|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medição de capacitância e ESR de capacitores com um instrumento combinado. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O autor oferece aos rádios amadores que montaram o dispositivo [1] um acessório para ele, com o qual você pode medir a capacitância e o ESR dos capacitores. Conhecer esses parâmetros, especialmente o EPS, é necessário com bastante frequência hoje, por exemplo, na fabricação de vários dispositivos de impulso. Durante a modernização do instrumento combinado [1], decidi, criando pequenos anexos a ele, introduzir novas funções relativamente pouco usadas no dispositivo que não podem ser implementadas apenas em software. Isso permite não alterar nada nele, exceto o programa do microcontrolador. A implementação deste método de modernização é garantida pela presença de um conector no dispositivo, ao qual estão conectadas quatro linhas de informação de seu microcontrolador e a tensão de alimentação. Os anexos são conectados a este conector. O primeiro passo nessa direção foi a criação de um acessório para medição de indutância, descrito em [2]. O novo acessório foi projetado para coletar capacitores que deveriam ser instalados apenas em algum dispositivo e não para medir seus parâmetros sem dessoldar o dispositivo. Com base nisso, considerei possível aumentar a tensão no capacitor medido, o que possibilitou reduzir o erro de medição. Com o anexo proposto, o dispositivo no modo de medição de capacitância e ESR tem o seguinte Características:
A medição de capacitância e EPS é baseada no princípio de carregar o capacitor medido com uma corrente estável e fixar os momentos em que a tensão atinge dois níveis de controle (limiares). Este princípio é usado em muitos outros dispositivos, por exemplo [3]. Estruturalmente, o prefixo considerado repete a parte de medição deste dispositivo.
O esquema de fixação é mostrado na fig. 1. Em comparação com [3], foram feitas as seguintes alterações: - diodos removidos, que devem proteger os elementos do dispositivo contra danos quando um capacitor carregado de alta capacidade é conectado a ele. Existem duas razões. Em primeiro lugar, segundo o autor, eles desempenham sua função protetora de forma muito limitada. Por exemplo, de um capacitor conectado acidentalmente a um dispositivo com capacidade de vários milhares de microfarads, carregado com uma tensão de 50 V ou mais, eles ainda não serão salvos. Em segundo lugar, os diodos não permitem que a tensão no capacitor medido seja maior que o nível de sua abertura. Se os diodos forem abandonados, a função de proteção dentro dos mesmos limites pode ser implementada usando o transistor VT3 com controle adequado pelo microcontrolador. E do ponto de vista da segurança do trabalho com o aparelho, será correto antes de conectar um capacitor de grande capacidade (principalmente de alta tensão) ao aparelho, certifique-se de descarregá-lo; - o decodificador usa apenas um gerador de corrente estável (GST), que fornece medições em toda a faixa de capacitância indicada acima. Difere do original em uma maior estabilidade da corrente de saída. Isso é obtido através do uso de um regulador de tensão integrado paralelo de maior precisão e um transistor com um alto coeficiente de transferência de corrente de base. Além disso, a corrente de saída do GTS foi aumentada, o que reduziu o erro de medição (especialmente ESR) associado à corrente de fuga do capacitor. A operação do set-top box, o processamento dos sinais provenientes dele e os cálculos necessários são realizados pelo microcontrolador do instrumento combinado. Os intervalos de tempo são contados por seus temporizadores de 32 bits, com clock de 32 MHz, o que fornece não apenas alta precisão de medição, mas também um grande limite superior teórico da capacitância medida (vários farads). No entanto, a obtenção de tal limite na prática é difícil porque a taxa de aumento de tensão no capacitor medido torna-se muito pequena com o aumento de sua capacitância, resultando em um erro na determinação do momento em que o limite é atingido pelo comparador aumenta. Portanto, a capacitância máxima mensurável é limitada por software a 99999 uF, o que é suficiente para a maioria dos propósitos práticos. Depois de conectar o acessório ao dispositivo e colocá-lo no modo de medição de capacitância e EPS, o microcontrolador abre o transistor VT3 e fecha o transistor VT1, que desliga o GTS. As entradas inversoras dos comparadores do microcircuito DA2 são fornecidas com tensões exemplares do divisor R4-R6, que definem os limites para sua operação (U1≈0,25 V; você2≈0,5 V). Níveis de tensão logicamente baixos são definidos nas saídas de ambos os comparadores no estado inicial. Próximo capacitor C medidox conecte ao conector X1 do set-top box e pressionando a tecla correspondente no dispositivo inicie o processo de medição. Durante os primeiros três segundos após o início, o programa mantém o transistor VT3 no estado aberto para remover uma possível carga residual do capacitor medido, após o que fecha este transistor e abre o transistor VT1, incluindo o HTS. A partir deste momento, a corrente de saída do HTS Iart. começa a carregar o capacitor Cx. A corrente de entrada dos comparadores pode ser ignorada, pois comparada a Iart.é extremamente pequeno. Durante o carregamento, a tensão no capacitor aumenta linearmente. Simultaneamente ao ligar o GTS, o programa inicia dois temporizadores de 32 bits do microcontrolador para determinar a duração do aumento de tensão no capacitor até os limites dos comparadores. No momento da operação de cada comparador, o nível de tensão em sua saída torna-se alto. Tendo corrigido isso, o programa interrompe o cronômetro correspondente. Após a operação de ambos os comparadores, o processo de medição termina, o programa fecha o transistor VT1, desligando o GTS com este, e abre o VT3, descarregando o capacitor medido através de seu canal aberto para preparar o prefixo para o próximo ciclo de medição. Em seguida, realiza cálculos de capacitância e ESR e exibe os resultados na tela LCD do instrumento combinado. Fórmula de cálculo de capacidade: C=Iart. (t2 - t1)/(VOCÊ2 - VOCÊ1) onde t1, T2 - os momentos de atingir a tensão no capacitor medido, respectivamente, o primeiro e o segundo nível de limiar; você1, ELA É2 - tensões do primeiro e segundo níveis de limiar. Depois de calcular a capacitância, o programa calcula o EPS. O método do seu cálculo é ilustrado pelos gráficos nas Figs. 2. A linha vermelha é o gráfico de carga do capacitor real medido. Devido à presença de EPS, a tensão nele no momento em que o carregamento começa aumenta abruptamente para UR - queda de tensão no ESR do capacitor quando a corrente de carga Icr flui através dele. Limiar U1 e você2 a tensão no capacitor atinge, respectivamente, nos momentos t1 e t2. A linha azul mostra a curva de carga de um capacitor ideal de mesma capacitância (lembre-se que a capacitância já foi medida). Como o ESR de um capacitor ideal é zero, a tensão no capacitor começa a aumentar linearmente a partir de zero. A linha azul corre paralela à linha vermelha porque a corrente de carga Iart. estabilizado e não depende de EPS. A tensão através de um capacitor ideal atingiria U2 na hora t3, que pode ser determinado pela fórmula t3 =U2 Cx/Iart.. Agora considere dois triângulos ABC e A'B'C. Eles são semelhantes, portanto, você pode fazer uma proporção: B'C/BC = A'C/AC
Da fig. 2 segue que: BC=t2; AC=U2 - VOCÊR; B'C = t3; A'C = U2. Substituindo esses valores na proporção acima, obtemos t3 /t2 =U2 / (VOCÊ2 - VOCÊR). Dada a fórmula para calcular t3 após transformações simples, é fácil determinar que a queda de tensão no EPS é igual a UR =U2 - Aart. (t2/Cx). E por fim, obtemos o valor desejado de EPS dividindo por Iart. os lados esquerdo e direito da fórmula anterior: R = (você2/Iart.) - (t2/Cx). Este cálculo também pode ser realizado no primeiro limiar, substituindo as variáveis U2 e t2 respectivamente em U1 e t1. Os valores encontrados de capacitância e ESR do capacitor medido são exibidos pelo programa na tela LCD do instrumento combinado. O prefixo é montado em uma placa de circuito impresso com dimensões de 30x60 mm, cujo desenho é mostrado na fig. 3. É projetado para instalação de componentes de montagem em superfície.
Todos os resistores e capacitores são de tamanho 1206. O prefixo é conectado ao conector XS1 do dispositivo [1] com um cabo plano com plugue X2 (PLS8). A tensão de +2 V da fonte de alimentação interna do instrumento deve ser conectada ao pino 1 do conector XS5. Em vez do transistor VS857C, você pode usar outro transistor de baixa potência da estrutura p-n-p com um coeficiente de transferência de corrente base de pelo menos 250 e, em vez do transistor VS847C, qualquer transistor de baixa potência da estrutura npn pode ser usado. Ambos os transistores devem estar no pacote SOT23, caso contrário, o PCB precisará ser retrabalhado. Substituindo o transistor IRLL024Z - efeito de campo por uma porta isolada e canal n. Ele deve ser projetado para controlar os níveis lógicos de tensão, ter uma resistência de canal aberto não superior a 50 ... 80 mOhm, uma capacitância de porta não superior a 500 ... /P pode ser substituída por LM850. A placa é colocada em qualquer caso conveniente. É conveniente usar grampos de mola como conector X1 para conectar o capacitor medido ao acessório. A configuração desses dispositivos geralmente é a etapa mais difícil de sua fabricação. Todos os dispositivos para medir capacitância e ESR, cujas descrições encontrei, requerem uma seleção precisa de várias partes, e algumas (por exemplo, [3]) também realizam vários cálculos e modificam o programa do microcontrolador para uma instância específica de o dispositivo fabricado. Este é um processo bastante trabalhoso, portanto, ao projetar o decodificador em questão, substituí o ajuste de hardware medindo os valores dos parâmetros determinantes e inserindo-os no dispositivo operacional para uso posterior. Em outras palavras, o processo de separação de peças foi substituído por uma operação de calibração de software. Os resultados da calibração são armazenados na EEPROM do microcontrolador do painel de instrumentos combinados, por isso só precisa ser feito uma vez. A calibração requer um multímetro capaz de medir DC 5...20 mA com uma precisão de pelo menos duas casas decimais após o ponto decimal e uma tensão DC de 0...2 V com uma precisão de pelo menos três casas decimais após o ponto decimal apontar. Esses requisitos são bem atendidos pela maioria dos multímetros digitais baratos. O programa da versão 2.05 anexado ao artigo deve ser carregado no microcontrolador do dispositivo. Conecte o decodificador, ao conector X1 do qual nada está conectado, ao dispositivo e aplique energia a ele. A tela LCD exibirá o menu principal mostrado na Fig. 4. Depois disso, deixe o dispositivo aquecer por dois a três minutos para estabelecer as condições térmicas. O modo de medição de capacitância e EPS é inserido pressionando a tecla "GN" pela terceira vez. Isso não é muito rápido e conveniente, mas não há teclas livres no teclado do dispositivo por muito tempo.
Quando você muda pela primeira vez para o modo de medição de capacitância e ESR, o programa do microcontrolador, não encontrando valores de coeficiente de calibração em sua EEPROM que possam ser interpretados corretamente, chamará automaticamente a sub-rotina de calibração. Se isso não acontecer, chame-o pressionando a tecla "2". A tela LCD terá a forma mostrada na fig. 5.
O programa solicitará que você insira os valores de quatro parâmetros sucessivamente: a corrente GTS, as tensões do primeiro e segundo limites e a resistência da conexão, acompanhando as solicitações com um menu interativo detalhado. O valor exato de cada parâmetro solicitado deve ser medido com um multímetro e digitado no teclado do aparelho. corrente GTS (Iart.) é medido conectando um multímetro no modo de medição atual ao conector X1 do set-top box. Deve estar dentro de 10 ... 25 mA. Tensão U1 medida no pino 6 do chip DA2. Limites permitidos - 0,2 ... 0,32 V. Tensão U2 medida no pino 2 do mesmo chip. Limites permitidos - 0,42 ... 0,55 V. Defina o valor de resistência de conexão para zero por enquanto. Esta é a resistência dos fios de conexão e dos contatos do conector, com os quais o capacitor medido é conectado ao acessório. Muitas vezes é comparável ao ESR deste capacitor. Mas falaremos sobre sua contabilidade mais tarde. Depois de inserir todos os parâmetros necessários, a inscrição "CALIBRATED" aparecerá na tela por 2 s e o dispositivo mudará para o modo de medição de capacitância e ESR. A visualização da tela LCD após a mudança para este modo é mostrada na fig. 6, e após a medição - na fig. 7. Se o valor ESR medido for menor que 0,01 ohm, ele será exibido como zero.
Agora o dispositivo está operacional e permite que você execute a última etapa da calibração - determinação da resistência da conexão. Para fazer isso, conecte um capacitor com capacidade de 1 ... 3300 μF ao conector X4700 e, pressionando o botão "D", comece a medir sua capacitância e ESR. Tendo lembrado o valor ESR medido, você deve repetir a operação conectando o mesmo capacitor diretamente aos contatos do conector mencionado na placa de circuito impresso do set-top box. A diferença entre os dois valores de EPS obtidos será o valor da resistência de conexão. Agora resta transferir o dispositivo para o modo de calibração pressionando o botão "2" e inserir o valor obtido no programa. O dispositivo está pronto para funcionar. O tempo de execução de uma medição está na faixa de 3...6 s. Não pode ser inferior a 3 s, pois é esse o tempo previsto no programa para descarregar o capacitor medido. O próprio processo de medição não leva mais do que 3 s. Durante as medições, podem ser exibidas mensagens na tela do dispositivo sobre o valor medido da capacitância excedendo o limite superior ou inferior permitido, bem como sobre um mau funcionamento do acessório. Este último indica um mau funcionamento do sistema de interrupção do microcontrolador, que pode ocorrer durante qualquer manipulação com um decodificador em funcionamento usando dispositivos que possuem energia elétrica. Para restabelecer o funcionamento normal, o painel de instrumentos combinado deve ser desligado e ligado novamente. O prefixo descrito permite medir baixa resistência ativa na faixa de 0,01 ... 0,2 Ohm, com a qual multímetros simples funcionam mal. Para fazer isso, o resistor medido deve ser conectado ao conector X1 em série com o capacitor, cujo ESR foi medido antecipadamente. Depois de medir o ESR de tal circuito, o valor do ESR do capacitor é subtraído do resultado. O restante é a resistência do resistor medido. O dispositivo é transferido para outros modos de operação pressionando os botões "OS", "LA" ou "GN". Se o usuário tiver um capacitor à sua disposição, cujos parâmetros são conhecidos antecipadamente com alta precisão, é aconselhável medi-los usando um acessório fabricado para avaliar a exatidão de sua operação. Se forem encontradas diferenças significativas entre os parâmetros medidos e os conhecidos, suas causas devem ser procuradas. Podem ser peças defeituosas ou erros na medição e entrada de parâmetros no programa durante a calibração. A presença de peças defeituosas distorce radicalmente os resultados da medição várias vezes ou leva a saltos significativos de medição para medição. O último é típico para comparadores instáveis. Com erros de medição e entrada de parâmetros de calibração, os resultados são estáveis, mas não verdadeiros. São esses erros que são as principais fontes de erro do instrumento. Valores de limite errados têm uma influência particularmente forte no resultado. Aqui, um erro de 2 ... 3 mV leva a uma alteração no valor ESR medido em vários ohms. Sem um multímetro preciso, mas com um capacitor de referência, o erro pode ser eliminado experimentalmente alterando os parâmetros de calibração de entrada dentro de pequenos limites. O programa do microcontrolador versão 2.05 e o arquivo PCB no formato Sprint Layout 5.0 podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/02/2-05.zip. Literatura
Autor: A. Savchenko
O ruído do trânsito atrasa o crescimento dos pintinhos
06.05.2024 Alto-falante sem fio Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Uma nova maneira de controlar e manipular sinais ópticos
05.05.2024
▪ Novo material para a estrutura óssea ▪ Está muito quente no metrô de Londres ▪ Mouse sem fio Logitech MX Anywhere 3
▪ seção do site Art of Audio. Seleção de artigos ▪ artigo Efeito do álcool no corpo humano. Noções básicas de uma vida segura ▪ artigo Que répteis são capazes de correr na superfície da água? Resposta detalhada ▪ artigo Transporte de pessoas por estrada. Instrução padrão sobre proteção do trabalho ▪ artigo Chave no gancho. Segredo do foco
Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site
www.diagrama.com.ua |
Veja outros artigos seção 
Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:
Todos os idiomas desta página