Цифровой LC-метр на контроллере PIC16F84
Надеемся, что радиолюбители оценят и то, что в нашем варианте используется более распространенный микроконтроллер PIC16F84(A), и простой цифровой индикатор, который на порядок дешевле многострочных алфавитно-цифровых модулей ЖКИ. Прибор в первую очередь предназначен для радиолюбителей, занимающихся ремонтом и изготовлением КВ и УКВ аппаратуры. В настоящее время ведутся дальнейшие работы по расширению диапазона измерения и пр.
Технические характеристики устройства:
Напряжение питания........................…........9-15 В
Средний потребляемый ток..................…...9 мА
Диапазон измерения емкости..............……0,1 пФ - 0,1 мкФ
Диапазон измерения индуктивности.....….0,01 мкГн -10мГн
Точность измерения…………………..….. не хуже 5%
Принципиальная схема устройства (рис. 1)
Так как принцип измерения L и С одинаков, рассмотрим процесс измерения емкости.
Так как калибровочный конденсатор тоже не является идеальным, в приборе предусмотрена возможность скорректировать его емкость программным способом. Практически это можно сделать так: запастись горстью точно измеренных на промышленном LC-метре конденсаторов и катушек разных номиналов. Затем подбирая значение константы для режима измерения "Сх", добиться соответствия емкости измеряемого конденсатора показаниям индикатора. Убедиться, что прибор не "врет" во всем диапазоне измерения. Затем перейти в режим измерения "Lx" и аналогично подобрать константу для измерения катушек индуктивности. На практике с калибровочным конденсатором КСО 1500 пФ константа для режима "Cx" - 1550, для режима "Lx"- 1360. К подбору констант нужно отнестись очень серьезно, так как от этого зависит точность прибора. Константы достаточно подобрать один раз, они автоматически заносятся во FLASH память контроллера.
На начальной стадии разработки предполагалось, что прибор будет питаться от собственной 9ти вольтовой батареи. Для этого в нем реализована функция сохранения энергии: после 4,5 минут простоя процессор при помощи транзистора VT1 отключает питание генератора DD2, а сам входит в режим S LEEP . Те, кто захочет собрать устройство с внутренней батареей, оценят данную функцию. Потребляемый ток в этом режиме около 300мкА + Iпот. DD1.
Настройка устройства
При наладке устройства емкость конденсатора C1 и индуктивность дросселя L1 большого значения не имеют. Необходимо лишь придерживаться двум правилам: 1) емкость C1 в пФ должна быть примерно в 6-15 раз больше, чем индуктивность L1 в мкГн; 2) Частота контура L1C1 должна лежать в пределах 550...750 кГц. По возможности, лучше придерживаться тех значений, которые указаны на схеме. Желательно использовать конденсатор С1 с малым значением ТКЕ (температурный коэффициент емкости), так как этот параметр напрямую зависит от того, как часто придется делать калибровку. Дроссель L1 должен также иметь хорошую температурную стабильность и малую собственную емкость. Конденсатор C2 считается эталонным и при вычислении принимается за константу, поэтому он также должен иметь очень малое значение ТКЕ. Для таких целей отлично подойдет конденсатор типа КСО (именно под габариты такого конденсатора и отведено место на плате), который отличается предельно малым значением ТКЕ. Емкость эталонного конденсатора может быть любой (желательно, она должна быть больше емкости С1), т.к. пользователь должен ввести ее во FLASH память процессора сам, предварительно измерив ее точным измерителем емкости. Для этого реализован соответствующий режим. Активизируется он следующим образом: при включении питания (включатель "S2") нужно удерживать клавишу "Calibration" до тех пор, пока на индикаторе не отобразится: "XXXX PF" , где ХХХХ - емкость эталонного конденсатора C2 в пФ. Причем, если при входе в этот режим, переключателем S1 был установлен режим измерения "Cx", то введенная константа будет использоваться только при калибровке для режима "Cx", а если был установлен режим измерения "Lx", то она будет использоваться только при калибровки для режима измерения "Lx". Далее, в режиме записи константы переключатель используется для изменения шага перестройки значения константы: режим "Cx" будет соответствовать шагу "1", а режим "Lx" шагу "10". Для изменения значения на один шаг вверх или вниз используются соответственно клавиши S 3 ("Calibration") и S 4 ("Measure"). При удержании клавиши значение константы будет изменяться со скоростью пять шагов в секунду. Для записи константы в память - не нажимать ни какие клавиши в течении пяти секунд, после чего произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу (режим ожидания измерения). Следует также не забыть подстроить кварцевый генератор процессора, при помощи подстроечного конденсатора С13. Для удобства настройки реализован специальный режим отображения, при активизации которого происходит обход всех вычислений, и на индикатор выводится реальная измеренная частота на входе TMR (вывод 3 DD3). Формат отображение частоты: "XXX, XX" кГц. Активизируется она установкой перемычки XS1. Для этого процесса потребуется частотомер, подключенный к выводу TMR DD3. Подстройкой конденсатора С13 следует добиться того, чтобы частота на индикаторе соответствовала частоте частотомера с точностью не менее 0,05 процента. На этом процесс настройки LC-метра завершен. Если пользователю необходимо посмотреть истинные вычисленные значения емкости и индуктивности колебательного контура, то это можно сделать следующим образом: при включении питания удерживать клавишу "Measure". В этом режиме будет циклически происходить калибровка с последующим выводом на индикатор вычисленных значений до тех пор, пока клавиша не будет отпущена. Вычисленные значения емкости и индуктивности будут отображаться в формате изображенном соответственно на рисунках 2 и 3. После отжатии клавиши произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу.
Эксплуатация устройства
Детали и конструкция платы
Устройство выполнено на двухсторонней плате размером 10,25 x 6,5 мм. Слой платы со стороны монтажа деталей используется в качестве общего провода.
В устройстве применены следующие детали в корпусе SMD, которые запаиваются на плату со стороны проводников: все резисторы, конденсатор С10, а также перемычка между эмиттером VT1 и шиной питания +5 В (на чертеже платы обозначена как резистор со значением "000"). Электролитические конденсаторы малогабаритные от импортной аппаратуры. Микросхема DD2 - LM311N в корпусе DIP8. Авторы рекомендуют использовать отечественный аналог К554СА3. Это дает возможность повысить верхний предел измерения. Под микроконтроллер DD3 в корпусе DIP18 устанавливается соответствующая панелька. Стабилизатор DD1 - любой малогабаритный с напряжением стабилизации +5 В. Если устройство будет питаться от собственной батареи, то желательно использовать стабилизаторы с малым собственным потребляемым током, типа LM2936-25 (Iпот. <1 мА) или КР1170ЕН5 (Iпот. ~1 мА). Транзистор VT1 любой "pnp" структуры с большим коэффициентом усиления. Если прибор будет питаться от внешнего блока питания, то транзистор можно не устанавливать, а вместо него запаять перемычку: между эмиттером и коллектором. Реле К1 - герконовое от импортного телефона или любое другое малогабаритное с напряжением срабатывания не более 5 В. Защитный диод VD1 любой с Iпр. макс. не менее 100 мА (1N4001, 1N4004). Модуль DD4 - десятиразрядный индикатор с последовательным вводом и контроллером управления - типа НТ1613 или НТ1611. Индикатор крепится непосредственно к плате на стойках, как показано на чертеже платы. На элементы генератора устанавливается экран размером 3 x 3 x 0,8 см (ДxШxВ), изготовленный из жести (на чертеже обозначен штриховой линией). Готовая плата устройства помещается в корпус с внутренними размерами 10,3 х 6,7 х 1,2 см (ДхШхВ).
Программное обеспечение
Программа для данного устройства была написана практически полностью "с нуля". Коды для прошивки контроллера (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных) находятся в файле " LC _P rog .hex " в формате INHX32.
Возможные неисправности
Здесь рассмотрены возможные трудности при первом запуске устройства, и советы по их устранению:
1) При включении ничего не работает:
Проверьте напряжение на входе и выходе стабилизатора DD1, возможно он неисправен. Если напряжение в норме, проверьте еще раз правильность подключения индикатора - возможно устройство работает, но индикатор не отображает информацию. Это можно определить следующим способом: при нажатии на клавишу "Calibration", должен прослушиваться щелчок срабатывания реле К1.
2) При включении индикатор отображает непонятную информацию:
Возможно, перепутаны местами выводы индикатора Clk и Data, или занижено его питание. Оно должно находиться в пределах 1,3 В-1,6 В. Если все в порядке, то следует уменьшить пропорционально сопротивление резисторов R9, R10.
3) При включении отображается таймер индикатора, и прибор не реагирует на нажатия клавиш:
Причина в контроллере. Проверьте правильность установки его в панельку. Также следует проверить с помощью программатора его работоспособность и зашитую в него программу. Контроллер нужно программировать полностью со всеми параметрами и данными, находящиеся в файле "LC_ Prog .hex" (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных). Если все в порядке, то, возможно, не функционирует кварцевый резонатор ZQ1.
4) При калибровке постоянно отображаются символы "PP" :
Причина в генераторе. Символы "PP" означают, что частота на входе TMR, ниже 1 кГц. Если калибровка происходит в режиме измерения "Lx", то, возможно, вы забыли вставить в клеммы "Lx" перемычку (см. раздел по эксплуатации устройства). Иначе не функционирует LC-генератор. Проверьте напряжение на выводе 8 DD2. Если оно отсутствует, то не исправен транзистор VT1. Запаяйте вместо него перемычку между выводами коллектора и эмиттера. Если не помогло, то проверьте исправность электролитических конденсаторов С3 и С6, а также дросселя L1. Если ни чего не помогло, то, возможно, потребуется заменить компаратор DD2.
P . S . У индикаторов применяемых в данном устройстве угол обзора напрямую зависит от его напряжения. При увеличении напряжения угол обзора перемещается вверх, но наблюдать показания индикатора снизу становится невозможно. В авторском варианте используется заниженное напряжение индикатора (1,35 В), т.к. корпус прибора сконструирован для работы в горизонтальном (лежачем) положении и, обычно, смотреть на него приходиться снизу. Напряжение индикатора устанавливается делителем R 8, R 11.
Испол ьзованы материалы:
Аникин Александр (RA4LCH), Аникин Дмитрий (RW4LED)
E-mail: [email protected]
г Ульяновск. Ноябрь 2003г.
Этот проект - простой LC-метр на основе популярного дешёвого микроконтроллера PIC16F682A. Он похож на другую, недавно опубликованную тут . Обычно такие функции трудно найти в дешевых коммерческих цифровых мультиметрах. И если некоторые ещё могут мерять ёмкость, то индуктивность точно нет. А значит придётся собрать такой приборчик своими руками, тем более ничего сложного в схеме нет. В нем используется PIC контроллер и все нужные файлы плат и HEX файлы для программирования микроконтроллера есть по ссылке .
Вот схема измерителя LC
Дроссель на 82uH. Общее потребление (с подсветкой) 30 мА. Резистор R11 ограничивает подсветку и должен быть рассчитан в соответствии с фактическим токопотреблением ЖК-модуля.
В измеритель нужно 9 В батарею питания. Поэтому тут использован стабилизатор напряжения 78L05. Также добавлен автоматический режим сна схемы. За время в режиме работы отвечает значение конденсатора C10 на 680nF. Это время в данном случае 10 минут. Полевой MOSFET Q2 может быть заменен на BS170.
В процессе настройки, следующей целью было сделать потребляемый ток максимально низким. С увеличением значения R11 до 1,2 ком, которые управляют подсветкой, общий ток устройства был снижен до 12 мА. Можно было уменьшить еще больше, но видимость очень страдает.
Результат работы собранного устройства
Эти фотографии показывают LC метр в действии. На первой конденсатор 1nF/1%, а на второй дроссель 22uH/10%. Прибор очень чувствителен - когда ставим щупы, то уже есть 3-5 пФ на дисплее, но это устраняется при калибровке кнопкой. Конечно можно купить готовый аналогичный по функциям измеритель, но конструкция его столь проста, что совсем не проблема спаять и самому.
Обсудить статью ИЗМЕРИТЕЛЬ LC
Этот точный LC метр построен на базе недорогих компонентов, которые очень легко найти в радиомагазинах. Диапазон измерителя LC-метра достаточно широк и подходит для измерения даже очень низких значения емкости и индуктивности.
Печатная плата — рисунок
Индуктивности — диапазоны измерений:
- 10nH — 1000nH
- 1uH — 1000uH
- 1mH — 100mH
Диапазоны измерения емкости:
- 0.1pF — 1000pF
- 1nF — 900nF
Большим плюсом устройства является автоматическая калибровка при включении питания, поэтому исключена ошибка в калибровке, что присуще некоторым аналогичным схемам индуктометров , особенно аналоговых. При необходимости, можно выполнить повторную калибровку в любой момент, нажатием кнопки reset. В обем данный LC метр полностью автоматический. Прошивку МК PIC16F628 .
Компоненты прибора
Слишком точные компоненты являются необязательными, за исключением одного (или более) конденсаторов, которые используются для калибровки измерителя. Два 1000 пФ конденсатора по входу должны быть достаточно хорошего качества. Пенополистирол является более предпочтительным. Избегайте керамических конденсаторы, ведь некоторые из них могут иметь большие потери.
Два конденсатора по 10 мкФ в генераторе должен быть танталовые (у них низкое последовательное сопротивление ЭПС и индуктивность). Кварцевый резонатор на 4 МГц должен быть строго 4.000 МГц, а не что-то приближенное к этому значению. Каждый 1% ошибки в частоте кварца добавляет 2% ошибок при измерении значения индуктивности. Реле должно обеспечить около 30 мА тока срабатывания. Резистором R5 выставляется контраст ЖК дисплея LC метра. Питается прибор от обычной батарейки Крона, так как дальше напряжение стабилизируется микросхемой 7805 .
Прибор R/L/C/ESR-Meter для измерения малых сопротивлений , индуктивностей , емкостей конденсаторов и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) или по английски Equivalent Series Resistance (ESR) электролитических конденсаторов
В связи с тем, что в настоящее время очень широкое применение получили импульсные блоки питания, инверторы и пр. преобразователи, работающие на высоких частотах, то при их ремонте возникла необходимость в приборе для измерения ESR электролитических конденсаторов. Несколько месяцев я "гулял" по просторам Интернета в поисках нужного мне прибора, собрал несколько аналоговых и цифровых приборов для измерения ESR и остановился на одном, который и предлагаю к повторению. Множество предлагаемых в Интернете приборов, в том числе и тестер полупроводниковых приборов описание которого приведено , кроме своих основных функций могут измерять и ёмкости, и индуктивности, и т.д. Но, к сожалению, я не нашёл универсальный измерительный прибор, который может измерять абсолютно всё и качественно. Просмотрел кучу схем и видеороликов на YouTube и для себя решил, что нужно иметь несколько разных приборов, умеющих делать свою работу. В любом случае, все наши самоделки не являются высокоточными измерительными приборами, но обеспечивают измерения с достаточной для нашего творчества точностью. Дополнительно радует, лично меня, то, что устройство собрано моими руками, да ещё и работает:) короче говоря, кому интересно - читаем дальше о конструкторе который я всем предлагаю...
С помощью конструктора можно собрать очень полезный и, что самое главное, простой в сборке и наладке прибор, который будет очень полезен в повседневной работе специалисту по ремонту радиоаппаратуры, радиолюбителю и т.д. - измеритель индуктивности, ёмкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС или ESR) электролитических конденсаторов, очень маленьких сопротивлений (миллиомметр) - « LCM TESTER » . Индикация выполнена на жидкокристаллическом дисплее 2х16 символов с функцией подсветки.
Технические характеристики:
- Напряжение питания (при питании от батарейки 6F22) 9 В
- Ток потребляемый при работе от батарейки 8-10 мА
- Напряжение питания (при питании от блока питания) 9-12 В
- Тип индикатора ЖКИ 2х16
- Ток, потребляемый от сетевого адаптера 60-100 мА
- Максимальное измеряемое сопротивление 30 Ом
- Диапазон измерения ёмкости 0,1 пФ-0,1 Ф
- Погрешность при измерении ёмкости 0,1 пФ-200нФ 1%
- Погрешность измерения ёмкости >200 нФ 2,5%
- Погрешность измерения сопротивления до/более 500 мОм 5%/10%
- Диапазон измерения индуктивности (погр. 5%) 10 нГн-20 Гн
- Диапазон измерения сопротивлений (погр. 5%) 0-30 Ом
- Размеры печатной платы 80х65 мм
Что такое ЭПС или ESR? Зачем нужно его измерять?
ESR (Equivalent Series Resistance) - эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой сумму последовательно включенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками (пластинами) электролитического конденсатора, что является важнейшим параметром электролитических конденсаторов. В русскоязычной аббревиатуре - Эквивалентное Последовательное Сопротивление - ЭПС. По сути, измеритель ESR - это омметр переменного тока, работающей на частоте 50...120 кГц. На этих частотах емкостное сопротивление электролитических конденсаторов мало (около нуля), поэтому показания этого омметра при проверке конденсаторов как раз и дают ESR. Чем меньше это сопротивление - тем качественнее электролитический конденсатор! Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. Рассматривать детально процессы всех видов поляризации нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом. Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией). В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути, уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают. В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше. Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой, по сути, резистор, подключенный последовательно с конденсатором. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0,01 Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей импульсных источников питания на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров импульсных источников питания обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите. Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем, может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что, впоследствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу. Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации - Low impedance или Low ESR. Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора! Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу - годен или не годен для работы в конкретном узле устройства. Но, следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.
Данная информация позаимствована с сайта http://tel-spb.ru , там размещена более подробная теоретическая информация по вопросам измерения ESR
В отличие от универсальных измерителей, предлагаемых на рынке, да и измерителей специализирующихся именно на измерении ESR, данный прибор обладает высокой точностью и отображает на дисплее достоверные данные измеренных величин, а не шо попало, абы только носить гордое имя измерителя ESR - это проверено неоднократно на практике.
Сборка и калибровка прибора:
В набор входят: печатная плата с маской и маркировкой радиокомпонентов, все необходимые для сборки тестера радиокомпоненты, кнопки с колпачками, провод с разъёмом для батарейки типа «крона», гнездо для подключения вешнего блока питания, ЖКИ дисплей 2х16. Необходимо запаять в плату все детали согласно принципиальной схеме, смыть флюс и выполнить осмотр печатной платы на предмет отсутствия ненужных перемычек из припоя между дорожками. После этого можно подключать дисплей и источник питания. Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Только необходимо при первом включении отрегулировать контрастность ЖКИ дисплея при помощи подстроечного резистора RV1. Для этого необходимо подать напряжение питания на тестер - нажать кнопку «POWER» и отрегулировать контрастность дисплея. После включения прибора необходимо выполнить его калибровку.
Начальная калибровка в режиме «С» происходит при включении прибора (прибор должен быть в этом режиме при включении прибора).
Если ноль "ушел", то для калибровки нужно:
1. Включить кнопку калибровки.
2. Дождаться появления сообщения типа R=0238 Ом
3. Отключить кнопку повторным нажатием и убрать руки от прибора.
4. Дождаться сообщения о подтверждении калибровки типа С->0. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль "ушел", то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.
Для режима «L» все точно также, только нужно замкнуть контакты разъема измерения индуктивности перемычкой (для режима «С» контакты открытые).
Аналогично для режима ESR нужно обязательно сделать калибровку, иначе малые значения R могут "съедаться":
1. Замкнуть контакты разъема измерения ёмкости и ESR перемычкой.
2. Нажать кнопку калибровки и будет выведена информация на экран о напряжении, прилагаемом к конденсатору, и частота измерения ESR.
3. После этого дождаться появления сообщения R= 0238 Ом, отжать кнопку. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль "ушел", то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.
Ток, потребляемый устройством очень мал, порядка 8-10 мА, поэтому батарейки 6F22 «Крона» 9В хватит на очень долгое время. При этом подсветка дисплея не работает. Чтобы работала подсветка дисплея необходимо подключить к разъёму на плате внешний сетевой адаптер 7-12В.
Диаграмма ESR электролитических конденсаторов:
По приведенным выше графикам можно определить максимально допустимое сопротивление (значение ESR) электролитического конденсатора в зависимости от ёмкости и рабочего напряжения. Следовательно, для определения наибольшего эквивалентного сопротивления электролита необходимо на вертикальной оси найти значение (отметить точку) ёмкости указанное на корпусе конденсатора и провести через это значение горизонтальную прямую линию до пересечения с необходимым графиком. График нужно выбрать исходя из номинального рабочего напряжения конденсатора. Из точки пересечения горизонтальной прямой и графика опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. По шкале на горизонтальной оси определяем наибольшее допустимое значение ESR для испытываемого конденсатора. Кроме того, прибор отображает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика. Отображение выполняется при помощи индикатора Bar Graph (закрашиваемый столбик). Чем больше закрашен индикатор, тем хуже состояние диэлектрика и наоборот.
Что значит надпись m60 и т.п.? Эффект памяти конденсатора. Конденсатор заряжается постоянным напряжением, затем оставляется в покое на некоторое время, после этого проверяется напряжение на конденсаторе. Чем меньше "m**", тем лучше, для m60 памяти, я думаю это что-то похожее на плохой конденсатор из какого-то блока питания, хороший же электролитический конденсатор имеет "m20" или меньше, по крайней мере большинство из них которые я измерял, имели такую величину. И наилучшие могут иметь "m1-m2", это в основном металлизированные конденсаторы. Однако действительно очень хорошие электролитические конденсаторы могут иметь такие величины тоже. Теперь понятно также, что означают буквы и цифры типа "m60" в строке где показывается емкость - это эффект памяти конденсатора. Т.е. чем меньше это значение, тем лучше качество конденсатора.
Дополнительные функции:
Если дополнительно изготовить простенькие щупы, то можно производить измерение ESR конденсаторов непосредственно в печатной плате без выпаивания и без вреда компонентам платы!На схеме: резистор R1 0,6-2 Вт, 22±1% Ом, конденсатор С1 полипропиленовый с малыми потерями типа WIMO, D1 и D2 диоды с барьером Шоттки типа BAT46.
Доступны собранные приборы и наборы для сборки с ЖКИ дисплеем с синей подсветкой и белыми символами:
В варианте с синим дисплеем подсветка включается при питании как от батарейки, так и от сетевого адаптера. Ток, потребляемый от источника питания при работе измерителя, составляет 20...22 мА.
Схема электрическая принципиальная:
Видео работы прибора можно увидеть здесь:
Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 90 грн.
Стоимость запрограммированного микроконтроллера: 110 грн.
Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 430 грн.
Стоимость собранного и проверенного прибора: 460 грн.
Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится
Для заказа устройства просьба обращаться или
Удачи, мирного неба, добра! 73!
Этот прибор можно собрать в небольшом корпусе, например от китайского цифрового тестера. Он позволяет измерять емкости от 10 пикофарад до 1 микрофарады, индуктивности от 100 мкГн до 1 Гн, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) электролитических конденсаторов, выдает пять фиксированных частот (100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц) с амплитудой, регулируемой от 0 до 4…5 В. Кроме того, с его помощью можно проверить катушки индуктивности на отсутствие короткозамкнутых витков и измерить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов, не выпаивая их из плат, что позволяет за считанные минуты проверить, например, конденсаторы импульсного блока питания или телевизора, где именно показатель ESR имеет определяющее значение.
Схема прибора приведена на Рисунке 1.
| Рисунок 1. |
В основу работы прибора заложен принцип измерения постоянной составляющей сигнала генератора. На измерительную головку поступает постоянное напряжение, зависящее от величины измеряемой индуктивности или емкости. Чем больше номинал измеряемого элемента, тем на больший угол отклонится стрелка.
Широкополосный перестраиваемый генератор собран на цифровой микросхеме DD1, содержащей четыре логических элемента И-НЕ (можно ИЛИ-НЕ). В качестве такой микросхемы применимы, например, К561ЛА7 , К564ЛА7, К176ЛА7 (или с элементами ИЛИ-НЕ, например, К561ЛЕ5), питающее напряжение которых лежит в пределах 5..9 В. Переключением конденсаторов С1 - С5 задается частота генератора и предел измерения номинала емкости или индуктивности. Эти конденсаторы должны быть бумажными или, что лучше, металлопленочными (К71, К73, К77, К78). Далее через электронный ключ на транзисторе VТ1 сигнал генератора поступает на переключатель вида измерений S2 - «L/C» или «ЕSR». Переключателем S3 выбирается режим измерения индуктивности или емкости, также в режиме измерения емкости можно снимать с гнезда «F» пять вышеуказанных фиксированных частот, а резистором P2 регулировать выходное напряжение сигнала от 0 до 4 … 5 В.
При показанном на схеме положении переключателей S1 и S2 прибор работает в режиме измерения индуктивности.
На транзисторе VТ2 собран параметрический стабилизатор напряжения, что необходимо для стабильности генерируемой частоты и, следовательно, точности измерений. Выходное напряжение стабилизатора определяется типом стабилитрона VD1 и может лежать в пределах от 4.5 до 7.5 В (стабилитроны типа КС147, КС156, КС162, КС168, Д814А или другие с теми же напряжениями стабилизации). Для лучшей стабилизации напряжения и, соответственно, большей точности измерений желательно использовать стабилитроны типа КС с напряжением, близким к 6 В (КС156, КС162), так как они обладают лучшей термостабильностью параметров.
При измерениях конденсаторы подключаются к гнездам «Сх» и «Общ. Сх/Lx», индуктивности, соответственно, к «Lx» и «Общ. Cx/Lx». Гнездо «Lx» является также общим гнездом (GND) для генератора фиксированных частот и для измерения ESR электролитических конденсаторов. В качестве этих гнезд можно использовать уже установленные в корпусе тестера (если для данного прибора будет использоваться такой корпус). Нужно будет только добавить гнездо выхода генератора «F» аналогичного типа. В качестве переключателей S1, S2 и S3 можно применить любые подходящие на нужное количество контактов, например широко распространенные в свое время П2К или аналогичные импортные, а для переключения частоты генератора (коммутация конденсаторов С1 - С5) удобно использовать малогабаритные переключатели галетного типа (пример такого переключателя показан на Рисунке 2).
Диоды D1, D2 и D3 - германиевые, типа Д2, Д9, Д18, Д310, Д311, ГД507. В качестве измерительного прибора можно применить микроамперметр, например, стрелочный индикатор уровня записи от старого магнитофона или измерительную головку от небольшого стрелочного тестера.
Настройка измерителя С и L производится при помощи частотомера и вольтметра (можно использовать любой программный частотомер в компьютере). Переключатель S3 ставится в положение «С», а диапазон измерений (S1) - «1Гн/1мФ/100Гц». Частотомер подключают к гнездам «F» и «GND», и регулировкой резистора P1 6.8 кОм выставляется частота 100 Гц. Далее диапазон измерений переключается в положения 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц и подбором соответствующих конденсаторов С1 - С5 выставляются эти частоты. От точности подбора конденсаторов будет в дальнейшем зависеть и точность измерений прибора. При наличии осциллографа будет полезно посмотреть форму сигнала генератора на коллекторе транзистора VТ1. Подбором резистора R2 можно добиться формы сигнала, близкой к меандру на всех диапазонах измерений. После этого снова следует включить диапазон«1Гн/1мФ/100Гц», а к гнездам «Сх» подключить образцовый конденсатор емкостью 1 мФ. Подстроечным резистором VR2 следует установить отклонение стрелки прибора в конец шкалы. Далее подключаем емкости 0.1, 0.2, 0.3 … 0.9 мкФ и ставим на шкале прибора соответствующие метки (такие емкости можно составить из параллельно включенных конденсаторов номиналом по 0.1 мФ). Затем аналогичным образом подключаем к гнездам «Lx» образцовую катушку индуктивности 1 Гн и подстроечным резистором VR1 также выставляем стрелку прибора в конец шкалы. Надо заметить, что с наличием нужных для калибровки индуктивностей у меня лично дело обстоит сложнее, чем с конденсаторами, поэтому за несколько лет благополучного пользования прибором этот режим измерений так и не отградуирован (что можно видеть на фото). Но даже при не совсем точной калибровке шкалы прибор позволяет, тем не менее, с довольно высокой точностью подбирать парные элементы с одинаковыми или очень близкими номиналами.
При переключении в режим измерения «ESR» (переключатель S2) сигнал генератора поступает на обмотку трансформатора Tr1 через подстроечный резистор VR3. При этом также происходит перекоммутация измерительной головки. Частота, при которой измеряется эквивалентное последовательное сопротивление электролитических конденсаторов, составляет 100 кГц. Поэтому следует выставить соответствующий диапазон измерений («1мГ/1000пФ/100кГц/ESR») и поставить переключатель S3 в режим измерения «С».
Эта часть прибора в особой настройке не нуждается, следует просто выставить стрелку прибора в конец шкалы подстроечным резистором VR3 при разомкнутых входных контактах «ESR». Для градуировки используем резисторы 0.5, 2, 5 и 10 Ом. Подключаем их поочередно к контактам «ESR» и делаем на шкале соответствующие метки. Ниже приведены значения «нормальных» сопротивлений (ESR) для конденсаторов различных номиналов:
- 1 … 100 мкФ - не более 5 Ом;
- 100 … 1000 мкФ - не более 2.5 Ом;
- 1000 … 10,000 мкФ - не более 1 Ом.
(Следует заметить, что для очень малогабаритных конденсаторов и для конденсаторов номиналом 4.7 мкФ × 200 В сопротивление 5 Ом является нормальным).
В измерителе ESR использованы также германиевый диод D3 и шунтирующие измерительную головку диоды D4 и D5 типа КД521 (КД522), защищающие измерительную головку от напряжения разряда конденсатора в том случае, если он стоит на плате и не разряжен. Тем не менее, следует обязательно закоротить выводы проверяемого конденсатора перед его проверкой, чтобы он полностью разрядился! Особенно это касается конденсаторов на высокие напряжения и большой емкости, поскольку разрядный ток у них достаточно велик для того, чтобы сжечь и диоды и головку.
Трансформатор намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 10 … 15 мм, значение магнитной проницаемости и размер некритичны. Можно использовать кольца от дросселей материнской платы компьютера, маломощных импульсных блоков питания и т.д. Первичная обмотка (к которой подключается проверяемый конденсатор) имеет 10 витков провода ПЭВ-0.4…0.5, вторичная (к которой подключается измерительный прибор) - 200 витков ПЭВ-0.1 …0.15. В зависимости от применяемого стрелочного прибора и тока полного отклонения его стрелки, может потребоваться корректировка количества витков первичной обмотки (если не удастся выставить стрелку в конец шкалы подстроечным резистором VR3), поэтому сначала лучше наматывать вторичную обмотку, а поверх нее - первичную.
Прибором можно также проверить катушку индуктивности или, например, трансформатор на наличие короткозамкнутых витков. Для этого ее подключают к гнездам «ESR». Катушки малой индуктивности проверяют, как и электролитические конденсаторы, при частоте 100 кГц, а большие - при частоте 1 кГц. У нормальной катушки высокое реактивное сопротивление, и стрелка останется в конце шкалы. При наличии же короткозамкнутых витков сопротивление резко уменьшается, и прибор покажет сопротивление в единицы Ом.
Питать прибор можно от батареи типа «Крона» или от сетевого адаптера с напряжением холостого хода (без нагрузки) от 9 до 18 В. При нормальных, исправных деталях ток, потребляемый прибором, не превышает 7-9 мА. К гнездам прибора подключаются измерительные щупы с зажимами «крокодил», провода для щупов следует использовать диаметром 0.7 … 1 мм и как можно меньшей длины, чтобы они не вносили значительной погрешности при измерениях.
Вместо измерительной головки (микроамперметра) можно, конечно, использовать обычный тестер в режиме измерения напряжений 1-2 В. Тогда при настройке нужно будет выставить подстроечными резисторами «L», «C» и «ESR» значение 1 В. Однако применение стрелочного индикатора предпочтительнее, так как шкала измерений нелинейна. Погрешность измерений прибора зависит исключительно от качества применяемых деталей и точности их подбора/настройки.
Конструкция
Внешний вид прибора показан на Рисунке 3. Печатная плата разрабатывалась под конкретные переключатели и корпус и здесь не приводится. (Корпуса такого размера и формы вряд ли сейчас можно найти). Деталей немного, и монтаж легко можно сделать навесным способом, прямо на контактах переключателей и переменных резисторов.
Loading...