Цифровой измеритель ёмкости

September 19, 2012 by admin Комментировать »

В радиолюбительской практике часто появляется
необходимость измерения емкости электролитических конденсаторов,так как их
емкость со временем может измениться весьма значительно. Прибор, описанный
в [1], по мнению автора, имеет ряд недостатков — высокое
энергопотребление, узкий диапазон измеряемых емкостей (10… 10000 мкФ),
низкую точность измерения малых емкостей.Предлагаемый измеритель свободен
от указанных недостатков. Вместе с тем, оставив неизменным число
используемых микросхем, удалось существенно повысить точность и ввести ряд
сервисных функций, облегчающих работу с прибором. Данный прибор
обеспечивает измерение емкости конденсаторов от 0,01 до 10000 мкФ на
четырех поддиапазонах с верхними пределами измерения 10, 100, 1000 и 10000
мкФ. Поддиапазоны переключаются автоматически. Результат измерений
представляется в цифровом виде на четырехразрядном индикаторе.

Принцип действия прибора основан на подсчете
числа импульсов за интервал времени, пропорциональный емкости
конденсатора. Преобразователь “емкость-время” выполнен на одновиб-раторе
DD5.3, DD5.4. Длительность импульса, формируемого таким одновибратором,
определяется по эмпирической формуле из [2]:

Резисторы R7 и R8 подобраны таким образом,
чтобы длительность импульсов в миллисекундах была численно равна емкости в
микрофарадах. Запуск одновибратора осуществляется после нажатия кнопки
SB1. Для подавления дребезга контактов кнопки предназначен формирователь
DD5.1, DD5.2. Он формирует импульс отрицательной полярности, длительность
которого соответствует времени замыкания контактов, а фронт и спад
импульса несколько задержаны относительно моментов замыкания и размыкания
[З]. Инвертор DD1.4 вырабатывает сигнал сброса, совпадающий по времени с
импульсом формирователя, что обеспечивает установку в исходное состояние
счетчиков DD9…DD12 и триггера DD7. Спад импульса отрицательной
полярности при помощи дифференцирующей цепочки C2-R5 преобразуется в
короткий положительный импульс, запускающий одновибратор. Импульс с выхода
одновибратора открывает электронный ключ DD1.3, разрешающий прохождение
счетных импульсов от генератора опорных частот. Основной частью этого
генератора частот является мультивибратор на DD1.1, DD1.2 с кварцевой
стабилизацией частоты [2]. Микросхемы DD2…DD4 составляют линейку
делителей частоты на 10. Таким образом, на входы мультиплексора DD6.1
подаются частоты 1 МГц, 100, 10 и 1 кГц. Мультиплексор DD6.1 совместно с
триггером DD7 и счетчиком DD8 образуют узел автоматического выбора предела
измерения. При нажатии кнопки SB1 схема автоматического выбора предела
устанавливается в исходное состояние благодаря подаче на вход R DD8
логической “1” через резистор R4. Счетчик DD8 устанавливается в нулевое
состояние, а мультиплексор DD6.1 подает на вход электронного ключа DD1.3
частоту 1 МГц, что соответствует наименьшему пределу измерения. В случае
переполнения счетчиков DD9…DD12, на выходе переноса DD12 происходит спад
импульса положительной полярности, который увеличивает состояние счетчика
DD8 на единицу и записывает в триггер DD7 логический “О” с входа D. Этот
логический “О” вызывает срабатывание формирователя. По отрицательному
импульсу формирователя происходит сброс счетчиков DD9…DD12 и перевод
триггера DD7 в состояние логической “1”. В результате длительность
импульса формирователя будет равна времени задержки. По спаду этого
импульса происходит перезапуск одновибратора. Изменение состояния DD8
приведет к тому, что частота на выходе DD6.1 будет равна 100 кГц, а это
соответствует увеличению предела измерения в 10 раз.

Микросхемы DD9…DD12 представляют собой
декадные счетчики с выходом на семисегментный индикатор. В качестве
индикаторов использованы вакуумно-люминесцентные индикаторы, которые
обладают низким токопотреблением и лучшими, по сравнению со светодиодными
матрицами, яркостными характеристиками. Мультиплексор DD6.2 осуществляет
управление десятичными точками индикаторов.

Налаживание прибора рекомендуется производить в
следующем порядке.

1. Вход R DD8 временно отключить от кнопки
SB1.

2. В точку соединения R2 и R3 подключить
генератор прямоугольных импульсов частотой 50…200 Гц. Особых требований
к нему не предъявляется, и его можно собрать по любой из схем, приведенных
в [2, З].

3. В качестве образцового подключить
конденсатор емкостью 0,5.. .4 мкФ. Следует помнить, что точность
измерителя зависит только от точности калибровки.

4. Резистором R8 следует добиться как можно
более точного соответствия показаний прибора и действительной емкости
образцового конденсатора. После настройки движок R8 желательно законтрить
краской.

Детали. В измерителе можно применить
микросхемы серий К176, К561, К1561, а также 564. Резисторы —типа
МЛТ-0,125. Резистор R8 лучше использовать многооборотный типа СП5-1. В
качестве калибровочного конденсатора автор использовал К71-5В 1 мкф±1%.
Следует отметить, что не все экземпляры ИМС К176ЛА7 устойчиво работают в
кварцевом генераторе, поэтому использовать в качестве DD1 К176ЛА7 не
рекомендуется.

В качестве индикаторов можно применить, кроме
указаных на схеме, ИВЗ, ИВ8. Если же применить жидкокристаллические
индикаторы, что потребует небольшой доработки схемы [3, 4], прибор может
питаться от одной батареи напряжением 9 В типа “Крона”.

Литература

1. Курочкина Л. А. Цифровой измеритель емкости
оксидных конденсаторов. — Радио, 1988, N8, С. 50-52.
2. Шелестов И. П.
Радиолюбителям: полезные схемы. Кн. 2. — М.: “Солон”, 1998.
3. Бирюков
С. А. Цифровые устройства на КМОП-интегральных микросхемах. 2-е изд.,
перераб. и доп. — М.:Радио и связь, 1996.
4. Быстров Ю. А. и др.
Оптоэлектронные устройства в радиолюбительской практике — М.: Радио и
связь, 1995

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты