Sirkuit Pengukur Kapasitansi LED 3-Digit

Proyek ini adalah satu lagi alat uji yang bisa sangat berguna bagi semua penggemar elektronik, dan membangun unit ini bisa sangat menyenangkan.

Pengukur kapasitansi adalah peralatan uji yang sangat berguna karena memungkinkan pengguna untuk memeriksa kapasitor yang diinginkan dan memastikan kesesuaiannya.

Pengukur digital biasa atau standar kebanyakan tidak memiliki fasilitas pengukur kapasitansi, oleh karena itu penggemar elektronik harus bergantung pada pengukur yang mahal untuk mendapatkan fasilitas ini.

Rangkaian yang dibahas dalam artikel berikut menjelaskan pengukur kapasitansi LED 3 digit yang canggih namun murah, yang memberikan pengukuran yang cukup akurat untuk berbagai kapasitor yang umum digunakan di semua rangkaian elektronik kontemporer.

Rentang Kapasitansi

Desain rangkaian pengukur kapasitansi yang diusulkan menyediakan tampilan LED 3 digit, dan mengukur nilai dengan lima rentang, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Rentang # 1 = 0 hingga 9.99nF
Rentang # 2 = 0 hingga 99.9nF
Rentang # 3 = 0 hingga 999nF
Rentang # 4 = 0 hingga 9.99µF
Rentang # 5 = 0 hingga 99,99µF

Rentang di atas mencakup sebagian besar nilai standar, namun desain tidak dapat menentukan nilai yang sangat rendah dari beberapa pikofarad, atau kapasitor elektrolitik bernilai tinggi.

Secara praktis, batasan ini mungkin tidak terlalu menjadi perhatian karena kapasitor bernilai sangat rendah jarang digunakan di sirkuit elektronik saat ini, sedangkan kapasitor besar dapat diuji menggunakan beberapa kapasitor yang terhubung seri, seperti yang akan dijelaskan secara mendalam nanti di paragraf berikut.

Bagaimana itu bekerja

LED peringatan luapan dipasang agar pembacaan yang tidak akurat dapat dicegah jika kisaran yang tidak tepat dipilih. Perangkat ini digerakkan melalui baterai 9 volt, dan karenanya sangat portabel.

Gambar 2 menunjukkan diagram rangkaian untuk osilator jam, osilator Hz rendah, pengontrol logika, dan tahapan multivibrator monostabil dari rangkaian pengukur kapasitansi LED.

Tahapan rangkaian counter / driver dan overflow ditunjukkan pada Gambar di atas.

Melihat Gambar 2, IC5 adalah regulator tegangan tetap 5 volt yang menyediakan output 5 volt yang diatur dengan baik dari sumber baterai 9 volt. Seluruh rangkaian menggunakan daya 5 volt yang diatur ini untuk berfungsi.

Baterai harus memiliki peringkat mAh tinggi karena penggunaan sirkuit saat ini cukup besar sekitar 85 mA. Konsumsi saat ini dapat melampaui 100 mA setiap kali sebagian besar digit dari 3-tampilan sedang menyala untuk tampilan.

Osilator frekuensi rendah dibangun di sekitar IC2a ​​dan IC2b yang merupakan gerbang CMOS NOR. Namun demikian, dalam rangkaian khusus ini IC ini dihubungkan sebagai inverter dasar dan diterapkan melalui pengaturan astable CMOS normal.

Amati bahwa frekuensi kerja tahap osilator jauh lebih besar dibandingkan dengan frekuensi pembacaan yang diberikan, karena osilator ini harus menghasilkan 10 siklus keluaran untuk memungkinkan penyelesaian satu siklus pembacaan.

IC3 dan IC4a dikonfigurasi sebagai tahap logika kontrol. IC3 yang merupakan decoder / counter CMOS 4017, mencakup 10 output ('0' hingga '9'). Masing-masing keluaran ini menjadi tinggi, berturut-turut, untuk setiap siklus jam masukan yang berurutan. Dalam desain khusus ini, keluaran '0' memasok jam reset ke penghitung.

Output '1' kemudian menjadi tinggi dan mengaktifkan monostabil yang menghasilkan pulsa gerbang untuk rangkaian jam / penghitung. Output '2' hingga '8' tidak terhubung, dan interval waktu di mana 2 output ini menjadi tinggi memungkinkan sedikit waktu sehingga pulsa gerbang dapat selesai dan memungkinkan penghitungan selesai.

Output '9' memasok sinyal logika yang mengunci pembacaan baru di atas tampilan LED, namun logika ini harus bernilai negatif. Ini dilakukan dengan IC4a yang membalikkan sinyal dari output 9 sehingga diterjemahkan menjadi pulsa yang sesuai.

Multivibrator monostabil adalah versi CMOS standar yang menggunakan 2 gerbang NOR masukan (IC4b dan IC4c). Meskipun memiliki desain monostabil sederhana, ia menawarkan fitur yang membuatnya sangat layak untuk aplikasi saat ini.

Ini adalah bentuk yang tidak dapat dipicu, dan sebagai hasilnya memberikan pulsa keluaran yang lebih kecil dari pulsa pemicu yang dihasilkan dari IC3. Fungsi ini sebenarnya sangat penting, karena ketika tipe retriggerable digunakan, pembacaan tampilan paling sedikit bisa jadi cukup tinggi.

Kapasitansi sendiri desain yang diusulkan cukup minimal, yang penting karena tingkat kapasitansi lokal yang besar dapat mengganggu atribut linier rangkaian, menghasilkan pembacaan tampilan terendah yang sangat besar.

Saat menggunakan, tampilan prototipe dapat dilihat dengan membaca '000' di semua 5 rentang ketika tidak ada kapasitor yang terhubung di seluruh slot pengujian.

Resistor R5 hingga R9 berfungsi sebagai resistor pemilihan range. Saat Anda mengurangi hambatan waktu di seluruh langkah dekade, kapasitansi waktu yang diperlukan untuk pembacaan tertentu akan meningkat dalam peningkatan dekade.

Jika kami menganggap bahwa resistor rentang dinilai dengan toleransi setidaknya 1%, pengaturan ini dapat diharapkan memberikan pembacaan yang andal. Artinya, setiap rentang mungkin tidak perlu dikalibrasi secara terpisah.

R1 dan S1a disambungkan untuk menjalankan segmen titik desimal pada tampilan LED yang benar, kecuali untuk Range 3 (999nF) di mana indikasi titik desimal tidak diperlukan. Osilator jam sebenarnya adalah konfigurasi astabil 555 yang umum.

Pot RV1 digunakan sebagai pengontrol frekuensi clock, untuk mengkalibrasi pengukur kapasitansi LED ini. Output monostabil digunakan untuk mengontrol pin 4 dari IC 1, dan osilator jam akan diaktifkan hanya selama periode gerbang tersedia. Fungsi ini menghilangkan permintaan akan gerbang sinyal independen.

Sekarang memeriksa Gambar 3, kami menemukan bahwa rangkaian counter kabel menggunakan 3 CMOS 4011 IC. Ini sebenarnya tidak dikenali dari keluarga logika CMOS yang ideal, namun ini adalah elemen yang sangat fleksibel yang layak untuk sering dikonsumsi.

Ini sebenarnya dikonfigurasi sebagai penghitung naik / turun yang memiliki input jam individu dan output carry / pinjam. Seperti dapat dipahami, potensi untuk digunakan dalam mode penghitung turun tidak ada artinya di sini, karena itu input jam turun dihubungkan dengan jalur suplai negatif.

Ketiga penghitung dihubungkan secara berurutan untuk memungkinkan tampilan 3 digit konvensional. Di sini, IC9 disambungkan untuk menghasilkan digit paling signifikan dan IC7 memungkinkan digit paling signifikan. 4011 mencakup penghitung dekade, decoder tujuh segmen, dan tahapan driver latch / display.

Setiap IC tunggal dapat karena alasan itu menggantikan opsi counter / driver / latch gaya 3 chip TTL yang khas. Outputnya memiliki daya yang cukup untuk secara langsung menerangi tampilan LED tujuh segmen katoda umum yang sesuai.

Meskipun suplai tegangan rendah 5 volt, disarankan untuk menggerakkan setiap segmen tampilan LED melalui resistor pembatas arus sehingga konsumsi arus dari seluruh unit pengukur caapcitance dapat disimpan di bawah tingkat yang dapat diterima.

Output 'membawa' IC7 diterapkan ke input jam IC6, yaitu tipe D ganda yang dibagi dua flip / flop. Namun di sirkuit khusus ini hanya satu bagian dari IC yang diimplementasikan. Output IC6 akan beralih status hanya jika ada kelebihan beban. Artinya, jika kelebihan beban secara signifikan akan menghasilkan banyak siklus keluaran dari IC7.

Memberi daya langsung ke indikator LED LED1 melalui IC6 bisa jadi sangat tidak tepat, karena output ini dapat bersifat sesaat dan LED mungkin dapat menghasilkan hanya beberapa iluminasi singkat yang dapat dengan mudah luput dari perhatian.

Untuk menghindari situasi ini, output IC7 digunakan untuk menggerakkan rangkaian set / reset bistable dasar yang dibuat dengan memasang kabel sepasang gerbang IC2 yang biasanya kosong, dan kemudian kait mengalihkan indikator LED1 LED. Kedua IC6 dan kaitnya disetel ulang oleh IC3 agar rangkaian luapan dimulai dari awal setiap kali pembacaan uji baru diterapkan.

Cara membangun

Membangun rangkaian pengukur kapasitansi 3 digit ini hanya tentang merakit semua bagian dengan benar di atas tata letak PCB yang diberikan di bawah ini.

Ingatlah bahwa IC semua jenis CMOS dan karena itu sensitif terhadap listrik statis dari tangan Anda. Untuk menghindari kerusakan melalui listrik statis, direkomendasikan penggunaan soket IC. Pegang IC di tubuhnya dan dorong ke dalam soket, tanpa menyentuh pin dalam prosesnya.

Kalibrasi

Sebelum Anda mulai mengkalibrasi rangkaian pengukur kapasitansi LED 3 digit yang telah diselesaikan ini, mungkin penting untuk menggunakan kapasitor dengan toleransi yang ketat dan besaran yang menyediakan sekitar 50 hingga 100% dari rentang skala penuh dari pengukur tersebut.

Bayangkan C6 telah dimasukkan ke dalam unit dan diterapkan untuk mengkalibrasi meteran. Sekarang, sesuaikan perangkat ke kisaran # 1 (skala penuh 9,99 nF) dan masukkan tautan langsung ke SK2 dan SK4.

Selanjutnya, sesuaikan RV1 dengan sangat hati-hati untuk memvisualisasikan pembacaan 4.7nF yang sesuai pada tampilan. Setelah ini selesai, Anda mungkin menemukan unit yang menunjukkan pembacaan yang sesuai di berbagai kapasitor.

Namun harap jangan mengantisipasi bacaan yang akurat. Pengukur kapasitansi 3 digit itu sendiri sudah cukup tepat, meskipun, seperti yang dibahas sebelumnya, praktis akan disertai dengan beberapa perbedaan kecil yang pasti.

Mengapa 3 Tampilan LED Digunakan

Banyak kapasitor cenderung memiliki toleransi yang agak besar, meskipun beberapa varietas mungkin menyertakan tingkat akurasi lebih tinggi dari 10%. Secara praktis, pengenalan digit tampilan LED ke-3 mungkin tidak dapat dibenarkan sehubungan dengan presisi yang diharapkan, namun menguntungkan karena secara efisien memperluas kapasitansi terendah yang dapat dibaca oleh perangkat selama satu dekade penuh.

Menguji Kapasitor Lama

Jika kapasitor lama diuji dengan peralatan ini, Anda mungkin dapat melihat bahwa pembacaan digital pada layar meningkat secara bertahap. Ini mungkin tidak selalu menandakan kapasitor yang rusak, melainkan ini mungkin hanya karena hangatnya jari-jari kita yang menyebabkan nilai kapasitor naik sedikit. Saat memasukkan kapasitor ke dalam slot SKI dan SK2, pastikan untuk menahan kapasitor pada badannya, dan bukan kabelnya.

Menguji Kapasitor Nilai Tinggi Overrange

Kapasitor bernilai tinggi yang tidak berada dalam jangkauan meter kapasitansi LED ini, dapat diperiksa dengan menghubungkan kapasitor bernilai tinggi secara seri dengan kapasitor bernilai lebih rendah, dan kemudian menguji kapasitansi seri total dari kedua unit tersebut.

Katakanlah, kita ingin memeriksa sebuah kapasitor yang memiliki nilai 470 µF tercetak di atasnya. Ini dapat diimplementasikan dengan memasangnya secara seri dengan kapasitor 100µF. Kemudian nilai kapasitor 470 µF dapat diverifikasi dengan rumus sebagai berikut:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

Nilai 82,5 µF akan memastikan bahwa 470 µF baik-baik saja dengan nilainya. Tetapi misalkan, jika meteran menunjukkan beberapa bacaan lain seperti 80 µF, itu berarti 470 µF tidak OK, karena nilai sebenarnya maka akan menjadi:

(X x 100) / (X + 100) = 80
100X / X + 100 = 80
100X = 80X + 8000
100X - 80X = 8000
X = 400 µF

Hasilnya menunjukkan bahwa kesehatan kapasitor 470µF yang diuji mungkin tidak terlalu baik

Dua soket tambahan (SK3 dan SK4) dan kapasitor C6 dapat dilihat pada diagram. Maksud dari SK3 adalah untuk memudahkan pelepasan elemen uji dengan menyentuh seluruh SK1 dan SK3 sebelum menyambungkannya ke SKI dan SK2 untuk pengukuran.

Ini hanya berlaku untuk kapasitor yang mungkin memiliki kecenderungan untuk menyimpan beberapa muatan sisa ketika dilepaskan dari rangkaian sebelum pengujian. Kapasitor tipe tegangan tinggi dan nilai tinggi adalah yang mungkin rentan terhadap masalah ini.

Namun, dalam kondisi serius kapasitor mungkin perlu dibuang dengan hati-hati melalui resistor pembuangan sebelum mengeluarkannya dari rangkaian. Alasan menyertakan SK3 adalah agar kapasitor yang diuji dapat dilepaskan dengan menghubungkan di SK1 dan SK3 sebelum mengujinya di SKI dan SK2 untuk pengukuran.

C6 adalah sampel kapasitor yang praktis dan siap digunakan untuk tujuan kalibrasi cepat. Jika kapasitor yang diuji menunjukkan beberapa pembacaan yang salah, maka penting untuk beralih ke kisaran 1, dan meletakkan tautan jumper melintasi SK2 ke SK4 sehingga C6 terhubung sebagai kapasitor uji. Selanjutnya, Anda mungkin ingin memeriksa untuk memastikan bahwa nilai sah 47nF ditunjukkan di atas layar.

Namun, ada satu hal yang perlu dipahami: Pengukur itu sendiri sudah cukup akurat dalam beberapa% plus / minus, selain nilai kapasitor yang hampir sama dengan nilai kalibrasi. Masalah tambahan adalah bahwa pembacaan kapasitor mungkin tergantung pada suhu dan beberapa parameter eksternal. Jika pembacaan kapasitansi menunjukkan sedikit kesalahan yang melebihi nilai toleransinya, ini kemungkinan besar menunjukkan bahwa bagian tersebut benar-benar baik-baik saja, dan sama sekali tidak rusak.

Daftar Bagian