ในโพสต์นี้เราจะพูดถึงวงจรเล็ก ๆ ที่ง่าย แต่มีประโยชน์สองสามอย่างในรูปแบบของเครื่องวัดความถี่และเครื่องวัดความจุโดยใช้ IC 555 ที่แพร่หลาย
ตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร
คาปาซิเตอร์เป็นหนึ่งในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลักที่อยู่ภายใต้ตระกูลส่วนประกอบแบบพาสซีฟ
สิ่งเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในวงจรอิเล็กทรอนิกส์และแทบจะไม่มีวงจรใดที่สามารถสร้างขึ้นได้โดยไม่ต้องเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สำคัญเหล่านี้
ฟังก์ชั่นพื้นฐานของตัวเก็บประจุคือการปิดกั้น DC และส่งผ่าน AC หรือพูดง่ายๆว่าแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่เป็นจังหวะตามธรรมชาติจะได้รับอนุญาตให้ผ่านตัวเก็บประจุและแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่ไม่ได้โพลาไรซ์หรือในรูปของ DC จะถูกบล็อกโดย a ตัวเก็บประจุผ่านกระบวนการชาร์จ
หน้าที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของตัวเก็บประจุคือการจัดเก็บกระแสไฟฟ้าโดยการชาร์จและส่งกลับไปยังวงจรที่เชื่อมต่อโดยกระบวนการคายประจุ
สองข้อข้างต้น หน้าที่หลักของตัวเก็บประจุ ใช้สำหรับการดำเนินการที่สำคัญหลายอย่างในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งช่วยให้ได้รับเอาต์พุตตามข้อกำหนดที่จำเป็นของการออกแบบ
อย่างไรก็ตามไม่เหมือน ตัวต้านทานตัวเก็บประจุ ยากที่จะวัดด้วยวิธีการปกติ
ตัวอย่างเช่นมัลติเตอร์ธรรมดาอาจมีคุณสมบัติการวัดมากมายเช่นเครื่องวัด OHM, โวลต์มิเตอร์, แอมป์มิเตอร์, เครื่องทดสอบไดโอด, เครื่องทดสอบ hFE เป็นต้น แต่อาจไม่มีภาพลวงตา คุณสมบัติการวัดความจุ .
คุณลักษณะของเครื่องวัดความจุหรือเครื่องวัดความเหนี่ยวนำนั้นมีให้เฉพาะในมัลติมิเตอร์ระดับไฮเอนด์ซึ่งแน่นอนว่าไม่ถูกและไม่ใช่ว่านักเล่นอดิเรกใหม่ทุกคนอาจสนใจที่จะจัดหามา
วงจรที่กล่าวถึงในที่นี้สามารถจัดการกับปัญหาเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพและแสดงวิธีการสร้างความจุที่ไม่แพงอย่างง่าย เครื่องวัดความถี่ ซึ่งสามารถสร้างขึ้นเองที่บ้านโดยสามเณรอิเล็กทรอนิกส์และใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่เป็นประโยชน์
แผนภูมิวงจรรวม
ความถี่ทำงานอย่างไรเพื่อตรวจจับความจุ
อ้างอิงจากรูป IC 555 เป็นหัวใจสำคัญของการกำหนดค่าทั้งหมด
ชิปอเนกประสงค์สำหรับม้าทำงานนี้ได้รับการกำหนดค่าในโหมดมาตรฐานส่วนใหญ่นั่นคือโหมดมัลติไวเบรเตอร์แบบ monostable
ทุกจุดสูงสุดที่เป็นบวกของพัลส์ที่ใช้กับอินพุตที่เป็นพิน # 2 ของ IC จะสร้างเอาต์พุตที่มีเสถียรภาพโดยมีช่วงเวลาคงที่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าซึ่งกำหนดโดย P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
อย่างไรก็ตามทุกครั้งที่จุดสูงสุดของพัลส์ลดลง monostable จะรีเซ็ตและทริกเกอร์อัตโนมัติพร้อมกับจุดสูงสุดที่มาถึงถัดไป
สิ่งนี้สร้างค่าเฉลี่ยชนิดหนึ่งที่เอาต์พุตของ IC ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของนาฬิกาที่ใช้
กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเอาท์พุทของ IC 555 ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุสองสามตัวรวมชุดของพัลส์เข้าด้วยกันเพื่อให้ค่าเฉลี่ยคงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ที่ใช้
ค่าเฉลี่ยสามารถอ่านหรือแสดงได้อย่างง่ายดายผ่านเครื่องวัดขดลวดเคลื่อนที่ที่เชื่อมต่อกับจุดที่แสดง
ดังนั้นการอ่านข้างต้นจะให้การอ่านความถี่โดยตรงดังนั้นเราจึงมีเครื่องวัดความถี่ที่ดูเรียบร้อยพร้อมใช้งาน
การใช้ความถี่ในการวัดความจุ
เมื่อมองไปที่รูปถัดไปด้านล่างเราจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าการเพิ่มตัวกำเนิดความถี่ภายนอก (IC 555 astable) ไปยังวงจรก่อนหน้านี้จะทำให้มิเตอร์แปลค่าของตัวเก็บประจุข้ามจุดที่ระบุได้เนื่องจากตัวเก็บประจุนี้โดยตรง มีผลต่อหรือเป็นสัดส่วนกับความถี่ของวงจรนาฬิกา
ดังนั้นค่าความถี่สุทธิที่แสดงที่เอาต์พุตจะสอดคล้องกับค่าของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อกับจุดที่กล่าวถึงข้างต้น
นั่นหมายความว่าตอนนี้เรามีวงจรสองในหนึ่งซึ่งสามารถวัดความจุและความถี่โดยใช้ไอซีเพียงไม่กี่ตัวและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ด้วยการปรับเปลี่ยนเพียงเล็กน้อยวงจรสามารถใช้เป็นเครื่องวัดวามเร็วหรือเป็นอุปกรณ์นับ RPM ได้อย่างง่ายดาย
ส่วนรายการ
- R1 = 4K7
- R3 = สามารถเปลี่ยนได้ 100K POT
- R4 = 3K3,
- R5 = 10K,
- R6 = 1K,
- R7 1K,
- R8 = 10K,
- R9, R10 = 100K,
- C1 = 1uF / 25V,
- C2, C3, C6 = 100n,
- C4 = 33uF / 25V,
- T1 = BC547
- IC1, IC2 = 555,
- M1 = 1V FSD เมตร
- D1, D2 = 1N4148
Capacitance Meter โดยใช้ IC 74121
วงจรมิเตอร์วัดความจุแบบธรรมดานี้มีช่วงการวัดค่าความจุที่ปรับเทียบเชิงเส้น 14 ช่วงตั้งแต่ 5 pF ถึง 15 uF FSD S1 ใช้เป็นสวิตช์ช่วงและทำงานร่วมกับ S4 (s1 / x10) และ S3 (x l) หรือ S2 (x3) IC 7413 ทำงานเหมือนกับออสซิลเลเตอร์แบบแอสซิลเลเตอร์ร่วมกับ R1 และ C1 ถึง C6 ซึ่งทำหน้าที่เหมือนองค์ประกอบกำหนดความถี่
ขั้นตอนนี้เปิดใช้งาน IC 74121 (โมโนสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์) เพื่อสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่ไม่สมมาตรพร้อมความถี่ที่เกิดซ้ำซึ่งค่าจะถูกกำหนดโดยส่วน R1 และ C1 ถึง C6 และด้วยรอบการทำงานตามที่ R2 (หรือ R3) และ Cx ตัดสินใจ .
ค่าทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าคลื่นสี่เหลี่ยมนี้จะเปลี่ยนไปในเชิงเส้นเมื่อรอบการทำงานเปลี่ยนไปซึ่งจะปรับเปลี่ยนเชิงเส้นตามค่าของ Cs ค่า R2 / R3 (s10 / x I) และความถี่ (กำหนดโดย ตำแหน่งสวิตช์ S1)
ตัวเลือกช่วงสุดท้ายจะสลับ S3j .. - xl) และ 52 (x3) โดยทั่วไปจะใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมกับมิเตอร์ การกำหนดค่ารอบพิน 10 และพิน 11 ของ IC 74121 และสำหรับ Cx ต้องสั้นและแข็งที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าความจุที่หลงทางอยู่ที่นี่น้อยที่สุดและไม่มีความผันผวน P5 และ P4 ใช้สำหรับการสอบเทียบศูนย์อิสระสำหรับช่วงความจุต่ำ สำหรับช่วงที่สูงขึ้นทั้งหมดการสอบเทียบที่ทำโดย oreset P3 นั้นเพียงพอแล้ว F.s.d. การสอบเทียบค่อนข้างตรงไปตรงมา
อย่าบัดกรี C6 ในวงจรในขั้นต้น แต่ติดไว้เหนือขั้วที่มีเครื่องหมาย Cx สำหรับตัวเก็บประจุที่ไม่รู้จัก วาง S1 ในตำแหน่ง 3, S4 ในตำแหน่ง x1 และ S2 ปิด (s3) สิ่งนี้ได้รับการตั้งค่าสำหรับช่วง 1500 pF f.s.d ตอนนี้ C6 พร้อมที่จะนำไปใช้เป็นค่าเครื่องหมายมาตรฐานการสอบเทียบ จากนั้นปรับแต่งหม้อ P1 จนกว่ามิเตอร์จะถอดรหัส 2/3 ของ f.s.d. จากนั้น S4 สามารถย้ายไปที่ตำแหน่ง 'x 10', S2 เปิดค้างไว้และ S3 ปิด (x1) ซึ่งเปรียบเทียบกับ 5,000 pF f.s.d. ในขณะที่ทำงานกับ C6 เป็นตัวเก็บประจุที่ไม่รู้จัก ผลลัพธ์สำหรับการตั้งค่าที่สมบูรณ์เหล่านี้ควรให้ 1/5 ของ fs.d
ในทางกลับกันคุณสามารถจัดหาตัวเก็บประจุที่รู้จักกันอย่างถูกต้องหลายประเภทและใช้สิ่งเหล่านี้ในจุด Cx จากนั้นปรับหม้อต่างๆเพื่อแก้ไขการสอบเทียบบนหน้าปัดมิเตอร์ให้เหมาะสม
การออกแบบ PCB
อีกหนึ่งวงจรมิเตอร์วัดความจุที่เรียบง่าย แต่แม่นยำ
เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทานประจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นในลักษณะเลขชี้กำลัง แต่ถ้าแหล่งจ่ายข้ามตัวเก็บประจุมาจากแหล่งกระแสคงที่ประจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นในลักษณะที่ค่อนข้างเป็นเส้นตรง
หลักการนี้ในการชาร์จตัวเก็บประจุแบบเชิงเส้นจะใช้ที่นี่ในเครื่องวัดความจุแบบง่ายที่กล่าวถึงด้านล่าง ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดค่าตัวเก็บประจุได้ดีเกินกว่าช่วงของมิเตอร์อนาล็อกที่คล้ายกันหลายตัว
การใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่มิเตอร์จะกำหนดเวลาที่ต้องใช้ในการเสริมประจุเหนือตัวเก็บประจุที่ไม่รู้จักกับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่รู้จัก มิเตอร์ให้ 5 ช่วงเต็มสเกลคือ 1,10, 100, 1000 และ 10,000 µF ในมาตราส่วน 1-µF สามารถวัดค่าความจุที่เล็กถึง 0.01 µF ได้โดยไม่ยาก
มันทำงานอย่างไร.
ดังแสดงในรูปชิ้นส่วน D1, D2, R6, Q1 และตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งระหว่าง R1 ถึง R5 มีตัวเลือก 5 ตัวสำหรับการจ่ายกระแสคงที่ผ่านสวิตช์ S1A
เมื่อ S2 ถูกจัดให้อยู่ในตำแหน่งที่ระบุกระแสคงที่นี้จะลัดวงจรลงกราวด์ผ่าน S2A เมื่อ S2 ถูกเปลี่ยนในการเลือกทางเลือกกระแสคงที่จะถูกขับเคลื่อนไปยังตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบทั่วทั้ง BP1 และ BP2 ซึ่งบังคับให้ประจุของตัวเก็บประจุในโหมดเชิงเส้น
Op amp IC1 ติดอยู่เหมือนตัวเปรียบเทียบโดยมีขาอินพุต (+) ติดกับ R8 ซึ่งจะแก้ไขระดับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง
ทันทีที่ประจุที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นในตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบถึงพินอินพุต (-) ที่สูงกว่า (-) ของ IC1 เพียงไม่กี่มิลลิโวลต์มันจะเปลี่ยนเอาต์พุตตัวเปรียบเทียบจาก +12 โวลต์เป็น -12 โวลต์ทันที
ทำให้เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเปิดใช้งานแหล่งกระแสคงที่ที่สร้างขึ้นโดยใช้ชิ้นส่วน D3, D4, D5, R10, R11 และ Q2
ในกรณีที่เปลี่ยน S2A เป็นกราวด์เช่นเดียวกับ S2B สิ่งนี้ส่งผลให้ขั้ว C1 ของตัวเก็บประจุลัดวงจรทำให้ศักย์ไฟฟ้าข้าม C1 เป็นศูนย์ เมื่อ S2 อยู่ในสภาพเปิดท่อกระแสคงที่ผ่าน C1 จะกระตุ้นให้แรงดันไฟฟ้าข้าม C1 เพิ่มขึ้นในรูปแบบเชิงเส้น
เมื่อแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบทำให้ตัวเปรียบเทียบสลับส่งผลให้ไดโอด D6 เปลี่ยนเอนเอียงแบบย้อนกลับ การดำเนินการนี้จะหยุด C1 จากการเรียกเก็บเงินเพิ่มเติม
เนื่องจากการชาร์จ C1 จะเกิดขึ้นจนถึงจุดที่สถานะเอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบเปลี่ยนไปเท่านั้นหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาข้ามควรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าความจุของตัวเก็บประจุที่ไม่รู้จัก
เพื่อให้แน่ใจว่า C1 ไม่ระบายออกในขณะที่มิเตอร์ M1 วัดแรงดันไฟฟ้าจะมีการรวมสเตจบัฟเฟอร์ความต้านทานสูงที่สร้างขึ้นโดยใช้ IC2 สำหรับมิเตอร์ M1
ตัวต้านทาน R13 และมิเตอร์ M1 เป็นจอภาพโวลต์มิเตอร์พื้นฐานประมาณ 1 V FSD เมื่อจำเป็นคุณสามารถใช้โวลต์มิเตอร์ระยะไกลได้หากมีช่วงเต็มสเกลต่ำกว่า 8 โวลต์ (ในกรณีที่คุณใช้มิเตอร์ภายนอกชนิดนี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งค่า R8 ไว้ที่ช่วง 1-µF เพื่อให้ตัวเก็บประจุ 1-µF ที่ระบุอย่างถูกต้องสอดคล้องกับการอ่านค่า 1 โวลต์)
คาปาซิเตอร์ C2 ใช้เพื่อต่อต้านการสั่นของแหล่งจ่ายกระแสคงที่ Q1 และใช้ R9 และ R12 เพื่อป้องกันออปแอมป์ในกรณีที่แหล่งจ่ายไฟ DC ปิดในช่วงเวลาที่ตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบและ C1 กำลังถูกชาร์จหรือ มิฉะนั้นพวกเขาอาจเริ่มปล่อยผ่านออปแอมป์ซึ่งนำไปสู่ความเสียหาย
ส่วนรายการ
การออกแบบ PCB
วิธีการสอบเทียบ
ก่อนที่จะจ่ายไฟให้กับวงจรมิเตอร์ความจุให้ใช้ไขควงละเอียดเพื่อปรับเข็มมิเตอร์ M1 ให้อยู่ในระดับศูนย์อย่างแม่นยำ
วางตำแหน่งตัวเก็บประจุที่รู้จักอย่างถูกต้องประมาณ 0.5 และ 1.0 µF ที่ +/- 5% สิ่งนี้จะทำหน้าที่เป็น 'เครื่องหมายฐานการสอบเทียบ'
ต่อตัวเก็บประจุนี้ข้าม BP1 และ BP2 (ด้านบวกกับ BP1) ปรับสวิตช์ช่วง S1 ไปที่ตำแหน่ง '1' (มิเตอร์ควรแสดง 1-µF เต็มสเกล)
ตำแหน่ง S2 เพื่อปลดสายกราวด์ออกจากสองวงจร (ตัวเก็บ Q1 และ Cl) ตอนนี้เครื่องวัด M1 จะเริ่มการเคลื่อนไหวระดับสูงและทำการอ่านค่าเฉพาะ การสลับ S2 กลับจะต้องส่งผลให้มิเตอร์ตกลงมาที่เครื่องหมายศูนย์โวลต์ เปลี่ยน S2 อีกครั้งและยืนยันการอ่านมิเตอร์ระดับสูง
อีกทางเลือกหนึ่งข้าม S2 และปรับแต่ง R8 จนกว่าคุณจะพบมิเตอร์ที่แสดงค่าที่แม่นยำของการสอบเทียบของตัวเก็บประจุ 5% การตั้งค่าการสอบเทียบเพียงรายการเดียวข้างต้นจะเพียงพอสำหรับช่วงที่เหลือ
คู่ของ: วงจรสัญญาณกันขโมยรถยนต์แบบธรรมดา ถัดไป: สร้างวงจรทรานซิสเตอร์อย่างง่าย
