Circuito del medidor de capacitancia LED de 3 dígitos

Este proyecto es otro equipo de prueba que puede ser extremadamente útil para cualquier aficionado a la electrónica, y construir esta unidad puede ser muy divertido.

Un medidor de capacitancia es un equipo de prueba muy útil ya que le permite al usuario verificar un capacitor deseado y confirmar su confiabilidad.

Los medidores digitales ordinarios o estándar en su mayoría no tienen una instalación de medidor de capacitancia y, por lo tanto, un entusiasta de la electrónica tiene que depender de medidores costosos para obtener esta instalación.

El circuito que se analiza en el siguiente artículo explica un medidor de capacitancia LED de 3 dígitos, avanzado pero económico, que proporciona una medición razonablemente precisa para una gama de condensadores que se utilizan comúnmente en todos los circuitos electrónicos contemporáneos.

Rangos de capacitancia

El diseño propuesto del circuito del medidor de capacitancia proporciona una pantalla LED de 3 dígitos y mide los valores con cinco rangos, como se indica a continuación:

Rango # 1 = 0 a 9,99 nF
Rango # 2 = 0 a 99,9 nF
Rango # 3 = 0 a 999nF
Rango # 4 = 0 a 9,99 µF
Rango # 5 = 0 a 99,99 µF

Los rangos anteriores incluyen la mayoría de los valores estándar, sin embargo, el diseño no puede determinar valores extremadamente bajos de unos pocos picofaradios o condensadores electrolíticos de alto valor.

Prácticamente, esta limitación puede no ser demasiado preocupante, ya que los condensadores de valor extremadamente bajo rara vez se utilizan en los circuitos electrónicos actuales, mientras que los condensadores grandes podrían probarse utilizando un par de condensadores conectados en serie, como se describirá en profundidad más adelante en los siguientes párrafos.

Cómo funciona

Se incorpora un LED de advertencia de desbordamiento para evitar lecturas inexactas en caso de que se elija un rango inadecuado. El dispositivo funciona con una batería de 9 voltios y, por lo tanto, es absolutamente portátil.

La Figura 2 muestra el diagrama de circuito para el oscilador de reloj, un oscilador de bajo Hz, un controlador lógico y etapas de multivibrador monoestable del circuito del medidor de capacitancia LED.

Las etapas del circuito contador / controlador y de desbordamiento se muestran en la siguiente Figura anterior.

Mirando la Figura 2, IC5 es un regulador de voltaje fijo de 5 voltios que proporciona una salida de 5 voltios bien regulada desde la fuente de batería de 9 voltios. Todo el circuito utiliza esta potencia regulada de 5 voltios para el funcionamiento.

La batería debe tener una clasificación de mAh alta, ya que el uso actual del circuito es bastante grande, alrededor de 85 mA. El consumo de corriente podría ir más allá de 100 mA siempre que la mayoría de los dígitos de la pantalla de 3 se iluminen para la visualización.

El oscilador de baja frecuencia está construido alrededor de IC2a ​​e IC2b que son puertas CMOS NOR. Sin embargo, en este circuito en particular, estos circuitos integrados se conectan como inversores básicos y se aplican a través de una configuración estable CMOS normal.

Observe que la frecuencia de trabajo de la etapa del oscilador es mucho mayor en comparación con la frecuencia con la que se proporcionan las lecturas, porque este oscilador tiene que generar 10 ciclos de salida para permitir la finalización de un solo ciclo de lectura.

IC3 e IC4a están configurados como etapa lógica de control. IC3, que es un decodificador / contador CMOS 4017, incluye 10 salidas ('0' a '9'). Cada una de estas salidas aumenta, en sucesión, para cada ciclo de reloj de entrada consecutivo. En este diseño particular, la salida '0' suministra el reloj de reinicio a los contadores.

La salida '1' posteriormente se vuelve alta y alterna el monoestable que produce el pulso de puerta para el circuito de reloj / contador. Las salidas '2' a '8' están desconectadas, y el intervalo de tiempo durante el cual estas 2 salidas se vuelven altas permite un poco de tiempo para que el pulso de la puerta pueda completarse y permitir que el conteo termine.

La salida '9' suministra la señal lógica que engancha la nueva lectura sobre la pantalla LED, sin embargo, esta lógica debe ser negativa. Esto se logra con IC4a que invierte la señal de la salida 9 para que se traduzca en un pulso apropiado.

El multivibrador monoestable es una versión CMOS estándar que utiliza un par de puertas NOR de 2 entradas (IC4b e IC4c). A pesar de ser un diseño simple monoestable, ofrece características que lo hacen perfectamente digno de la aplicación actual.

Esta es una forma que no se puede volver a disparar y, como resultado, proporciona un pulso de salida que es más pequeño que el pulso de disparo generado por IC3. Esta función es realmente crítica, porque cuando se usa un tipo reactivable, la lectura mínima de la pantalla podría ser bastante alta.

La autocapacidad del diseño propuesto es bastante mínima, lo cual es esencial ya que un grado sustancial de capacitancia local podría alterar el atributo lineal del circuito, lo que resulta en una lectura de pantalla enormemente más baja.

Mientras se usa, la pantalla del prototipo se puede ver con una lectura de '000' en los 5 rangos cuando no hay un capacitor conectado en las ranuras de prueba.

Las resistencias R5 a R9 funcionan como resistencias de selección de rango. Cuando disminuye la resistencia de sincronización a lo largo de los pasos de una década, la capacitancia de sincronización requerida para una lectura en particular aumenta en los incrementos de una década.

Si consideramos que las resistencias de rango tienen una tolerancia de al menos 1%, se puede esperar que esta configuración proporcione lecturas confiables. Esto significa que puede que no sea necesario calibrar cada rango por separado.

R1 y S1a están conectados para ejecutar el segmento de punto decimal en la pantalla LED correcta, excepto para el rango 3 (999nF) en el que no es necesaria una indicación de punto decimal. El oscilador de reloj es en realidad una configuración 555 astable común.

Pot RV1 se utiliza como controlador de frecuencia de reloj, para calibrar este medidor de capacitancia LED. La salida monoestable se usa para controlar el pin 4 de IC 1, y el oscilador de reloj se activará solo mientras el período de puerta esté disponible. Esta función elimina la demanda de una puerta de señal independiente.

Ahora, revisando la Figura 3, encontramos que el circuito contador está cableado usando 3 circuitos integrados CMOS 4011. En realidad, estos no se reconocen en la familia lógica CMOS ideal, sin embargo, son elementos extremadamente flexibles que merecen un consumo frecuente.

En realidad, estos están configurados como contadores ascendentes / regresivos con entradas de reloj individuales y salidas de acarreo / préstamo. Como se puede entender, el potencial para usar en el modo de contador regresivo no tiene sentido aquí, la entrada del reloj regresivo está, por lo tanto, enganchada con la línea de suministro negativa.

Los tres contadores están conectados en secuencia para permitir una visualización convencional de 3 dígitos. Aquí, IC9 está conectado para generar el dígito menos significativo e IC7 habilita el dígito más significativo. El 4011 incluye un contador de décadas, un decodificador de siete segmentos y etapas de controlador de pantalla / pestillo.

Cada IC podría, por esa razón, sustituir una opción típica de contador / controlador / pestillo de estilo TTL de 3 chips. Las salidas tienen suficiente potencia para iluminar directamente cualquier pantalla LED de siete segmentos de cátodo común apropiado.

A pesar de un suministro de bajo voltaje de 5 voltios, se recomienda conducir cada segmento de la pantalla LED a través de una resistencia limitadora de corriente para que el consumo de corriente de toda la unidad del medidor de caapcitancia se pueda mantener por debajo de un nivel aceptable.

La salida de 'acarreo' del IC7 se aplica a la entrada de reloj del IC6, que es una división de tipo D dual entre dos flip / flop. Sin embargo, en este circuito en particular, solo se implementa una parte del IC. La salida IC6 cambiará de estado solo cuando haya una sobrecarga. Esto implica que si la sobrecarga es significativamente alta, se producirán muchos ciclos de salida de IC7.

Encender directamente el indicador LED LED1 a través de IC6 podría ser bastante inapropiado, porque esta salida puede ser momentánea y el LED posiblemente pueda generar solo un par de iluminaciones cortas que podrían pasar desapercibidas fácilmente.

Para evitar esta situación, la salida IC7 se usa para impulsar un circuito biestable de armado / reinicio básico creado mediante el cableado de un par de puertas normalmente vacías de IC2, y posteriormente el pestillo conmuta el indicador LED LED1. Los dos IC6 y el pestillo son restablecidos por IC3 para que el circuito de desbordamiento comience desde cero cada vez que se implemente una nueva lectura de prueba.

Cómo construir

La construcción de este circuito de medidor de capacitancia de 3 dígitos consiste en ensamblar todas las piezas correctamente sobre el diseño de PCB que se indica a continuación.

Recuerde que todos los circuitos integrados son de tipo CMOS y, por lo tanto, sensibles a la electricidad estática de su mano. Para evitar daños por electricidad estática, se recomienda el uso de enchufes IC. Sostenga los circuitos integrados en su cuerpo y empújelos en los enchufes, sin tocar los pines en el proceso.

Calibración

Antes de comenzar a calibrar este circuito de medidor de capacitancia LED de 3 dígitos finalizado, puede ser importante emplear un capacitor con una tolerancia ajustada y una magnitud que proporcione aproximadamente del 50 al 100% del rango de escala completa del medidor.

Imaginemos que se ha incorporado C6 en la unidad y se aplica para calibrar el medidor. Ahora, ajuste el dispositivo al rango n. ° 1 (escala completa de 9,99 nF) e inserte un enlace directo entre SK2 y SK4.

A continuación, ajuste RV1 muy suavemente para visualizar la lectura adecuada de 4,7 nF en la pantalla. Una vez hecho esto, es posible que la unidad muestre las lecturas correspondientemente correctas en una gama de condensadores.

Sin embargo, no espere que las lecturas sean exactamente precisas. El medidor de capacitancia de 3 dígitos por sí solo es bastante preciso, aunque, como se discutió anteriormente, prácticamente estará acompañado de algunas discrepancias menores con seguridad.

Por qué se utilizan 3 pantallas LED

Muchos condensadores tienden a tener tolerancias bastante grandes, aunque algunas variedades pueden incluir una tasa de precisión superior al 10%. En términos prácticos, la introducción del tercer dígito de la pantalla LED puede no estar justificada con respecto a la precisión esperada, sin embargo, es ventajoso debido al hecho de que expande de manera eficiente la capacitancia más baja que el dispositivo puede leer durante una década completa.

Prueba de condensadores viejos

En caso de que se pruebe un condensador antiguo con este equipo, es posible que vea que la lectura digital en la pantalla aumenta gradualmente. Esto puede no significar necesariamente un capacitor defectuoso, sino que puede ser simplemente como resultado del calor de nuestros dedos que hace que el valor del capacitor aumente marginalmente. Mientras inserta un capacitor en las ranuras SKI y SK2, asegúrese de sujetar el capacitor por su cuerpo y no por los cables.

Prueba de condensadores de alto valor por encima del rango

Los condensadores de alto valor que no están dentro del rango de este medidor de capacitancia LED, se pueden examinar conectando el condensador de alto valor en serie con un condensador de valor más bajo y luego probando la capacitancia total en serie de las dos unidades.

Digamos que queremos examinar un capacitor que tiene impreso un valor de 470 µF. Esto se puede implementar conectándolo en serie con un condensador de 100 µF. Entonces, el valor del condensador 470 µF podría verificarse usando la siguiente fórmula:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

El 82,5 µF confirmará que el 470 µF está bien con su valor. Pero suponga que, si el medidor muestra alguna otra lectura como 80 µF, eso significaría que 470 µF no está bien, ya que su valor real entonces sería:

(X x 100) / (X + 100) = 80
100X / X + 100 = 80
100X = 80X + 8000
100X - 80X = 8000
X = 400 µF

El resultado indica que la salud del capacitor de 470µF probado puede no ser muy buena

Los dos enchufes adicionales (SK3 y SK4) y el condensador C6 se pueden ver en el diagrama. La intención de SK3 es facilitar la descarga de los elementos de prueba al tocar SK1 y SK3 antes de conectarlos a SKI y SK2 para la medición.

Esto es aplicable solo a aquellos capacitores que pueden tener la tendencia a almacenar algo de carga residual cuando se retiran de un circuito justo antes de la prueba. Los condensadores de alto valor y alto voltaje son los que pueden ser susceptibles a este problema.

Sin embargo, en condiciones graves, es posible que los condensadores deban descargarse suavemente a través de una resistencia de purga antes de sacarlos de un circuito. La razón para incluir SK3 es permitir que el condensador bajo prueba se descargue conectándolo a través de SK1 y SK3 antes de probarlos a través de SKI y SK2 para la medición.

El C6 es un capacitor de muestra útil y listo para usar para realizar una calibración rápida. En caso de que un capacitor bajo prueba muestre una lectura defectuosa, entonces podría ser esencial cambiar al rango 1 y colocar un puente entre SK2 y SK4 para que C6 se conecte como capacitor de prueba. A continuación, es posible que desee verificar y asegurarse de que se indique un valor legítimo de 47nF en las pantallas.

Sin embargo, hay una cosa que debe entenderse: el medidor por sí solo es bastante preciso dentro de un pequeño% más / menos, aparte de los valores del capacitor casi idénticos al valor de calibración. Un problema adicional es que las lecturas del condensador pueden depender de la temperatura y algunos parámetros externos. En caso de que una lectura de capacitancia muestre un ligero error que exceda su valor de tolerancia, esto probablemente indica que la pieza está absolutamente bien y no tiene ningún defecto.

Lista de partes