Anexo ao multímetro para medir a capacitância de capacitores. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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A revista "Radio" publicou artigos [1, 2] com descrições de medidores de capacitância. Segundo o autor, o dispositivo de maior sucesso está descrito no artigo [1]. Pode ser utilizado para medir a capacitância de capacitores sem dessoldá-los da placa, o que agiliza e simplifica significativamente o reparo e ajuste de dispositivos eletrônicos. Com base nisso, o dispositivo proposto foi desenvolvido. Durante o desenvolvimento, a tarefa foi montar um acessório para multímetro ou voltímetro usando componentes baratos e amplamente disponíveis, fáceis de ajustar e configurar, e capazes de operar de forma autônoma com baterias cinco dias por semana, oito horas por dia.

Ao contrário do protótipo [1], o set-top box contém um conversor elevador de tensão estabilizado, uma unidade de controle de descarga da bateria e desligamento automático. O decodificador usa amplificadores operacionais de micropotência. Para configurar e calibrar o protótipo [1], é necessário selecionar capacitores apropriados. Configurar e calibrar o decodificador é muito mais fácil e conveniente com resistores ajustados.

Fig. 1

Arroz. 2 (clique para ampliar)

O diagrama do decodificador proposto é mostrado na figura. É alimentado por uma bateria GB1 composta por três baterias Ni-Cd ou Ni-MH. A bateria é carregada a partir de uma fonte de alimentação externa com uma tensão de saída de 8...12 V. O transistor de efeito de campo VT1 estabiliza a corrente de carga, cujo valor é definido selecionando o resistor R2. O controle da descarga da bateria para uma tensão de 2,5...2,9 V é realizado por um gatilho nos transistores VT4 e VT5. Ele desliga o decodificador, evitando que as baterias se descarreguem excessivamente. O circuito R6VD5C3 é projetado para abrir o transistor VT4 quando a fonte de alimentação do decodificador é ligada pela chave SA1, que é mostrada na posição “Carregando”.

O conversor elevador de tensão contém um gerador de bloqueio nos transistores VT2 e VT3, transformador T1, capacitor C1, resistores R1 e R3, além de retificadores de tensão de polaridades positiva (VD3C4) e negativa (VD4C5). A frequência operacional do conversor é de cerca de 100 kHz, ele está operacional em uma tensão de entrada de 1,8...5 V e sua tensão de saída é estabilizada em ±(7±0,5) V.

Principais características técnicas

• Limites de medição de capacitância, uF mínimo ....... 0,001
• máximo ...... 10000
• Erro de medição como uma porcentagem do limite, não mais para uma capacitância não superior a 10 µF.......5
• para capacitância maior que 10 µF.......10
• Tensão de alimentação, V
• mínimo ....... 2,5
• máximo......5
• Consumo atual, mA, não mais.......13
• Dimensões totais, mm ....... 65x75x35
• Peso com bateria, g......200

O princípio de funcionamento do console proposto é o mesmo do protótipo. O gerador de pulso triangular é montado usando amplificadores operacionais DA 1.1, DA2.2, DA2.4. O amplificador operacional DA1.1 funciona como um comparador, de sua saída um sinal retangular é fornecido à entrada do integrador no amplificador operacional DA2.2, que converte pulsos de tensão retangulares em triangulares. A frequência do gerador é determinada por circuitos RC (R23C8 - 1 kHz, R24C9 - 100 Hz, R25C10 - 10 Hz, R26C11 - 1 Hz), que são comutados pelo multiplexador DD1. Os resistores desses circuitos são ajustados e definem a frequência de geração necessária. No circuito de realimentação do gerador existe um inversor baseado no amplificador operacional DA2.4, que fornece modo autooscilante. Um seguidor de tensão é montado no amplificador operacional DA2.3. A partir de sua saída, uma tensão triangular com amplitude de 50 mV é fornecida ao capacitor C* que está sendo testado. Os diodos VD21 e VD22 são de proteção. Um diferenciador é montado no amplificador operacional DA3. O resistor R42 limita a corrente se o capacitor em teste estiver quebrado.

Usando a chave SA2, os multiplexadores DD6 e DD17 são controlados através dos diodos VD1-VD2. Nas posições 1 a 5 da chave SA2, os canais de X1 a X5 do multiplexador DD2 são comutados, proporcionando medições na faixa de 1 nf a 10 μF, e o multiplexador DD1 possui o canal X1 aberto, garantindo assim que o gerador opere em uma frequência de 1 kHz. Nas posições 6 a 8 do SA2, os canais de X2 a X4 do multiplexador DD1 são comutados, o que dá uma medição de valores de capacitância de 100 a 10000 μF nas frequências de 100, 10 e 1 Hz, enquanto o multiplexador DD2 permanece aberto canal X5.

Da saída do amplificador operacional DA3, pulsos cuja amplitude é proporcional à capacitância medida Cx são alimentados a um detector síncrono montado em um transistor de efeito de campo VT6 com uma unidade de controle no amplificador operacional DA1.2. Do capacitor-C7, através do seguidor de tensão de desacoplamento no amplificador operacional DA2.1, uma tensão, também proporcional a C*, é fornecida a um voltímetro ou multímetro, que deve estar no modo de medição de tensão de pelo menos 1 V. A capacitância do capacitor 07 deve ser de pelo menos 100 μF, caso contrário. Com um limite de medição de 10000 μF e uma frequência do gerador de 1 Hz, as leituras do voltímetro serão instáveis.

Nos limites de 1 nF e 0,01 μF, é aconselhável desconectar o capacitor em teste dos circuitos shunt.

As conclusões sobre sua influência na precisão da medição de capacitância, formuladas em [1] para o protótipo, também são válidas para o set-top box.

Considerando que os amplificadores operacionais do decodificador processam um sinal com frequência não superior a 1 kHz, foi utilizado o microcircuito 1401UDZ, contendo quatro amplificadores operacionais microconsumidores. Ele pode ser substituído por 1463UD4 ou quatro 140UD12 individuais. Deve-se atentar para o fato de que a amplitude das oscilações na saída do gerador é a mesma em todas as frequências (1, 10, 100 e 1000 Hz). Caso contrário, reduza a resistência dos resistores R11 e R18, controlando a corrente através deles para que não ultrapasse 0,2 mA.

O decodificador usa resistores de sintonia SPZ-19 com um desvio permitido de ±10%. Resistores fixos - C2-33, com desvio permitido de ±5%. Capacitores de óxido - K53-18. Capacitores C9-C11 - K73-17 ou outro filme metálico, capacitor C8 - KM5a ou KM56, com TKE não pior que MPO ou PZZ. É possível usar elementos montados em superfície - resistores R1-12, R1-16, capacitores K53-68, K10-50 ou seus análogos importados.

O transformador T1 é enrolado em um núcleo magnético de tamanho padrão W4x4 feito de ferrite 2000NM com fio PEV-2 com diâmetro de 0,15 mm. O enrolamento I contém 15 voltas, os enrolamentos II e III - 35 voltas cada.

O amplificador operacional DA3 foi selecionado da série 140UD14 devido ao seu baixo consumo de corrente e alta resistência de entrada. No limite de medição de 1 nf, a influência de sua resistência de entrada é corrigida aumentando a resistência do resistor R43 de 10 (como no protótipo) para 12 MOhm. A compensação da influência da capacitância parasita do acessório e das sondas (definindo a tensão de saída zero do acessório neste limite de medição) é realizada com o resistor R35. Foi utilizada uma correção de frequência não padrão do amplificador operacional DA3 com capacitor C18, o que elimina oscilações parasitas, uma vez que o diferenciador é propenso à autoexcitação.

A configuração do decodificador começa com a configuração da frequência de geração em cada limite usando resistores de ajuste R23-R26. Em seguida, conecte um capacitor padrão com capacidade de 10 μF ou um pouco menos. O resistor trimmer R16 define a tensão de saída em volts igual a um décimo da capacitância de um capacitor padrão em microfarads. Em seguida, o acessório é calibrado de forma semelhante com resistores de ajuste R37-R40 em limites de medição menores usando outros capacitores padrão. A fonte de tensão de referência - LED AL102VM (HL1) pode ser substituída por AL307VM ou por uma cadeia de vários diodos de silício conectados em série da série KD522. Se necessário, a tensão de referência é ajustada selecionando a resistência do resistor R8 dentro de ±30%. Se isso não for suficiente, altere o número de diodos no circuito. A tensão de desligamento é definida entre 2,5...2,9 V.

A corrente de carga das baterias é selecionada pelo resistor R2. Na cópia do autor a corrente está definida para 26 mA. Se necessário, substitua o transistor de efeito de campo KP302V (VT1) por um KP903V mais potente.

Literatura

1. Vasiliev V. Medidor de capacitância do capacitor. - Rádio, 1998, nº 4, p. 36, 37; 2000, nº 7, pág. 50.
2. Kuchin S. Um dispositivo para medição de capacitância. - Rádio, 1993, nº 6, p. 21-23.

Autor: A. Suchinsky

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