Medidor de capacitância e EPS de capacitores - anexo ao multímetro. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Hoje em dia, quase todo radioamador possui multímetro digital, mas nem todo modelo possui função de medição de capacitância de capacitores. Tanto ao reparar equipamentos de rádio quanto ao avaliar a adequação de capacitores reutilizados, é muito útil medir a capacitância e a resistência em série equivalente (ESR) de capacitores "suspeitos".

Os principais critérios no desenvolvimento do medidor foram simplicidade do circuito, baixo custo e disponibilidade de elementos, facilidade de configuração e pequenas dimensões. Você poderia dizer que esta é uma “construção de fim de semana” que pode ser montada em poucas horas

O funcionamento deste dispositivo na medição de capacitância é baseado no princípio de carregar um capacitor de capacidade desconhecida a uma determinada tensão através de um resistor de resistência conhecida.A duração deste processo é diretamente proporcional à capacitância do capacitor.

O princípio de medição da ESR é o seguinte: um capacitor descarregado é conectado a uma fonte de tensão através de um resistor de resistência conhecida. então, em intervalos curtos, o microcontrolador mede a tensão no capacitor de carga duas vezes e calcula seu ESR.

À medida que a capacitância diminui, o erro na medição ESR aumenta. Portanto, esta medição é desabilitada por software quando a capacitância do capacitor é menor que 2 µF.

Principais características técnicas

• Intervalo de medição de capacitância, uF......0,02...10000
• Erro de medição de capacitância, não mais que, % ......5
• Intervalo de medição EPS, Ohm.......0.. 50
• Resolução de medição EPS, Ohm ...... 0,2
• Erro de medição ESR, Ohm .......±0,45
• Tensão máxima no capacitor testado, V ....... 5
• Consumo de corrente, mA em modo de repouso.......5,5
• no modo de medição.....11

O circuito do medidor é mostrado na Fig. 1 A base do dispositivo é o microcontrolador PIC 12F683 (DD1), que opera a uma frequência de clock de 4 MHz a partir de um oscilador RC interno. Após ser ligado, o microcontrolador entra no modo de medição de capacitância, e então a configuração das portas de E/S é a seguinte: GP0 e GP4 funcionam como saídas e controlam o carregamento do capacitor através dos resistores R1 e R3, respectivamente; GP1 é a entrada inversora do comparador embutido no microcontrolador, enquanto sua entrada não inversora é conectada a uma fonte interna de tensão de referência, que determina o limite de tensão antes do qual o tempo de carga do capacitor é calculado; GP3 - entrada de sinal do botão SB1 para passagem para o modo de medição ESR; GP5 - saída para controle da indicação da subfaixa de capacitância e, por fim, CCP1 - saída de sinal PHI cuja tensão média é proporcional ao parâmetro medido. O valor calculado do período do sinal PHI é 4096 μs.

As pontas de prova de um multímetro digital, ligado no modo de medição de tensão CC no limite de 2 mV, são conectadas aos soquetes de saída X2000 e XXNUMX. Não há filtragem de tensão PID na saída, pois todos os multímetros digitais na tensão CC O modo de medição possui um filtro passa-baixa na entrada do ADC com uma frequência de corte baixa.

Arroz. 1 (clique para ampliar)

As subfaixas da capacitância medida são indicadas pelos LEDs verdes HL1, HL2 e pelos LEDs vermelhos HL3, HL4. Ao medir capacitância inferior a 1 µF, bem como ao medir ESR, os LEDs estão apagados. Se a capacitância for superior a 1 µF, mas inferior a 10 µF, apenas os LEDs vermelhos acenderão. Se a capacitância for maior que µF, mas menor que 100 µF, todos eles queimam. Se a capacitância for superior a 100 µF, mas inferior a 1000 µF, apenas os LEDs verdes estarão acesos. Finalmente, se a capacitância for superior a 1000 µF, mas não superior a 10000 µF, os LEDs vermelho e verde piscarão. Nesta subfaixa , o valor máximo no display do multímetro é “1000”; no restante - “999 "

Se a capacitância medida for superior a 10000 µF, os LEDs permanecerão piscando alternadamente e o display do multímetro mostrará o valor limite descrito abaixo.

O capacitor medido é descarregado através dos resistores R1 e R2, enquanto a porta GP1 também muda para o modo de saída. O tempo total entre os ciclos de carga/descarga na última subfaixa de medição chega a 10 s; nas demais subfaixas é menor.

Ao pressionar o botão SB1, o dispositivo entra no modo de medição ESR por 5 s e depois retorna ao modo de medição de capacitância. No modo de medição ESR, a configuração das portas de entrada/saída do microcontrolador é a seguinte - GP0 e GP1 controlam sincronicamente o carregamento do capacitor através dos resistores R1 e R2; GP4 - entrada do conversor analógico-digital integrado;

GP5 e CCP1 executam as mesmas funções do modo de medição de capacitância. Durante a medição ESR, os LEDs não acendem; a indicação é exibida em décimos de ohm com resolução de 0,2 ohms. Isso se deve ao fato de que a resolução do microcontrolador ADC integrado é de cerca de 5 mV e a corrente de carga do capacitor neste modo é de 25 mA. Se a ESR medida do capacitor exceder 50 Ohms, o display do multímetro mostrará um valor limite.

O medidor é alimentado por uma bateria de 9 V tamanho 6F22, que está conectada ao conector X1. A tensão da bateria é fornecida ao chip estabilizador 78L05 (DA1) com tensão de saída de 5 V. Os capacitores C1 e C2 garantem a estabilidade de seu funcionamento. Se possível, é melhor usar LP78CZ-05 em vez do chip 2950L5.0 - isso reduzirá o consumo de corrente para 1,5 mA no modo de repouso e para 7,5 mA no modo de medição. Os diodos VD1 e VD2 e um diodo zener VD3 são usados ​​para proteger as linhas de entrada/saída do microcontrolador contra falhas quando um capacitor carregado é conectado. Ao escolher um diodo zener VD3, é necessário levar em consideração que em uma tensão de 5 V, uma corrente superior a 0,5 mA não deve fluir por ele. Por exemplo, você pode usar BZX55C5V6. Diodos VD1 e VD2 - qualquer pulso de silício, por exemplo, das séries KD521, KD522. Mas os diodos 1N4148 foram escolhidos devido à maior corrente direta de pulso máxima permitida.O diodo VD4 pode ser substituído por um jumper se a polaridade incorreta de conexão da bateria ao conector X1 for excluída.

Devido à simplicidade do dispositivo, não foi desenvolvida uma placa de circuito impresso para ele, ela é montada em uma placa de ensaio de 26x40 mm. O microcontrolador está instalado no painel. Ao programar, a habilitação de reset do microcontrolador deve ser desabilitada - a caixa “MCLR Enable” não deve ser marcada, pois este pino é utilizado como entrada de sinal. LEDs HL1-HL4 - quaisquer cores de brilho diferentes com brilho perceptível em uma corrente de 5...6 mA; na cópia do autor foram utilizados DFL-3014RC e DFL-3014LGC com diâmetro de 3 mm. Uma condição necessária é que uma cadeia de quatro LEDs conectados em série não acenda quando conectada a uma fonte de 5 V, portanto são usados ​​quatro LEDs, embora apenas dois sejam necessários para indicação. Se o brilho dos LEDs de cores diferentes diferir visivelmente, ele será nivelado selecionando os resistores R8 e R9.

Fig. 2

O conector X1 é um bloco de contato de uma bateria tamanho 6F22. Os soquetes X2 e X2 para conexão do multímetro são retirados do conector de alimentação da placa-mãe do computador (Fig. 2). O soquete positivo X1 não possui características especiais. A tomada negativa XZ, combinada com o interruptor SA3, é um projeto caseiro, mostrado na Fig. 3. Uma das duas tiras de contato da mola foi removida e uma almofada isolante feita de fibra de vidro com um lado quadrado de 4...0,5 mm foi instalada nas proximidades. Um fio de mola dobrado com diâmetro de 0,6...1 mm é preso a ele, desempenhando a função de interruptor de alimentação SA3. Quando a ponta de prova negativa do multímetro é inserida no soquete X1, ela toca o fio da mola, fazendo com que o circuito do fio negativo da fonte de alimentação do medidor seja fechado. Claro, ao repetir o design, você pode usar qualquer interruptor industrial em miniatura SA2 e um soquete negativo, como XXNUMX.

Figura.3

Resistor trimmer R7 - SPZ-19a ou miniatura similar. O resistor R3 determina a corrente de carga para a faixa de capacitâncias medidas até 15 μF, é melhor tomá-la com tolerância de 1% ou selecioná-la usando um ohmímetro digital. O resistor R1, que determina a corrente de carga para capacitâncias superiores a 15 μF, pode ser selecionado a partir de um valor nominal de 1 kOhm 5%, sua resistência calculada é de 980 Ohms, mas é bastante aceitável definir 1 kOhm 1% sem seleção, uma vez que tal capacitância é típica para capacitores de óxido, e para eles a precisão da medição de sua capacidade de 5% é suficiente.

A calibração do instrumento pode ser feita de duas maneiras.

O primeiro método é conectar um ou mais capacitores com capacidade total superior a 10000 μF ao medidor e usar o resistor trimmer R7 para definir o valor limite “1023” no display do multímetro. Você também pode conectar um circuito de um resistor de 62...100 Ohm e um capacitor de 50...1000 μF à entrada do medidor, pressionar o botão SB1 e definir o mesmo valor limite no display da mesma forma. Dado que o medidor passa apenas 5 segundos neste modo, esta operação pode ter que ser repetida várias vezes.

O erro de calibração pode ser de cerca de 3% no pior caso, pois consiste em erros no oscilador interno e diferenças nas resistências dos resistores R1-R3 em relação aos valores calculados.A precisão da frequência do oscilador RC interno do microcontrolador DD1 é declarada pelo fabricante é de ±1% a uma temperatura constante de 25° e de ±2% na faixa de 0...85 °C.

O segundo método é conectar um capacitor de filme ou cerâmica com uma capacitância conhecida na faixa de 4,7...9 μF ao medidor e usar o resistor trimmer R7 para definir o valor de sua capacitância no display do multímetro. Primeiro é necessário medir a capacitância deste capacitor com um dispositivo padrão com uma precisão não inferior a 1%. Ao calibrar usando este método, o valor limite pode diferir ligeiramente de “1023”. A escolha do método de calibração não é importante - a dispersão das leituras de várias cópias do dispositivo, calibrado de diferentes maneiras, não excedeu 3%.

Naturalmente, apenas um capacitor previamente descarregado deve ser conectado ao medidor. Ao medir a capacitância de capacitores de óxido, deve-se observar a polaridade da conexão. Tocar nas pinças de medição com as mãos distorce as leituras.

Os programas de microcontroladores podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip.

Autor: Yu. Vanyushin

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