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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 커패시터의 커패시턴스 미터 및 EPS - 멀티 미터에 부착. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
요즘 거의 모든 라디오 아마추어에는 디지털 멀티미터가 있지만 모든 모델에 커패시터 커패시턴스 측정 기능이 있는 것은 아닙니다. 무선 장비를 수리할 때와 재사용된 커패시터의 적합성을 평가할 때 모두 "의심스러운" 커패시터의 정전 용량과 등가 직렬 저항(ESR)을 측정하는 것이 매우 유용합니다. 미터를 개발할 때 주요 기준은 회로의 단순성, 저렴한 비용 및 요소의 가용성, 설정의 용이성 및 작은 크기였습니다. 몇 시간이면 조립이 가능한 '주말 빌드'라고 할 수 있겠네요. 커패시턴스를 측정할 때 이 장치의 작동은 알 수 없는 용량의 커패시터를 알려진 저항의 저항을 통해 특정 전압으로 충전하는 원리를 기반으로 합니다. 이 프로세스의 지속 시간은 커패시터의 커패시턴스에 정비례합니다. ESR 측정 원리는 다음과 같습니다. 방전된 커패시터는 알려진 저항의 저항을 통해 전압 소스에 연결됩니다. 그런 다음 마이크로 컨트롤러는 짧은 간격으로 충전 커패시터의 전압을 두 번 측정하고 ESR을 계산합니다. 커패시턴스가 감소함에 따라 ESR 측정 오류가 증가합니다. 따라서 이 측정은 커패시터 커패시턴스가 2μF 미만인 경우 소프트웨어로 비활성화됩니다. 주요 기술 특성
미터 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 12 장치의 기본은 PIC 683F1(DD4) 마이크로 컨트롤러이며 내부 RC 발진기의 0MHz 클록 주파수에서 작동합니다. 전원을 켜면 마이크로 컨트롤러가 커패시턴스 측정 모드로 들어가고 I/O 포트의 구성은 다음과 같습니다. GP4 및 GP1는 출력으로 작동하고 각각 저항 R3 및 R1을 통해 커패시터 충전을 제어합니다. GP3은 마이크로컨트롤러에 내장된 비교기의 반전 입력이고, 비반전 입력은 커패시터 충전 시간이 계산되기 전의 전압 임계값을 결정하는 내부 기준 전압 소스에 연결됩니다. GP1 - ESR 측정 모드로 전환하기 위한 SB5 버튼의 신호 입력 GP1 - 커패시턴스 하위 범위 표시를 제어하기 위한 출력, 마지막으로 CCP4096 - 평균 전압이 측정된 매개변수에 비례하는 PHI 신호 출력. PHI 신호의 주기에 대해 계산된 값은 XNUMXμs입니다. 2mV 제한에서 DC 전압 측정 모드로 전환된 디지털 멀티미터의 프로브는 출력 소켓 X2000 및 XXNUMX에 연결됩니다. DC 전압의 모든 디지털 멀티미터는 출력에 PID 전압 필터링이 없습니다. 측정 모드에는 ADC 입력에 낮은 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터가 있습니다.
측정된 커패시턴스의 하위 범위는 녹색 LED HL1, HL2 및 빨간색 LED HL3, HL4로 표시됩니다. 1μF 미만의 커패시턴스를 측정하는 경우와 ESR을 측정하는 경우에는 LED가 꺼지고, 커패시턴스가 1μF 이상 10μF 미만인 경우 빨간색 LED만 켜집니다. 커패시턴스가 µF보다 크고 100μF보다 작으면 모두 타버립니다. 커패시턴스가 100μF를 초과하고 1000μF 미만인 경우 녹색 LED만 켜지고, 마지막으로 커패시턴스가 1000μF를 초과하고 10000μF 이하인 경우 빨간색과 녹색 LED가 깜박입니다. , 멀티미터 디스플레이의 최대값은 "1000"이고 나머지는 "999"입니다. 측정된 정전 용량이 10000μF보다 크면 LED는 교대로 깜박이는 상태로 유지되고 멀티미터 디스플레이에는 아래에 설명된 임계값이 표시됩니다. 측정된 커패시터는 저항 R1 및 R2를 통해 방전되고 포트 GP1도 출력 모드로 전환됩니다. 마지막 측정 하위 범위에서 충전/방전 주기 사이의 총 시간은 10초에 이르며, 다른 하위 범위에서는 이보다 짧습니다. SB1 버튼을 누르면 장치는 5초 동안 ESR 측정 모드로 들어간 다음 커패시턴스 측정 모드로 돌아갑니다. ESR 측정 모드에서 마이크로 컨트롤러 입력/출력 포트의 구성은 다음과 같습니다. GP0 및 GP1은 저항 R1 및 R2를 통해 커패시터 충전을 동기적으로 제어합니다. GP4 - 내장형 아날로그-디지털 변환기의 입력. GP5 및 CCP1은 커패시턴스 측정 모드와 동일한 기능을 수행합니다. ESR 측정 중에는 LED가 켜지지 않으며 표시는 0,2ohm의 분해능으로 5분의 25ohm 단위로 표시됩니다. 이는 내장 ADC 마이크로 컨트롤러의 분해능이 약 50mV이고 이 모드의 커패시터 충전 전류가 XNUMXmA이기 때문입니다. 측정된 커패시터의 ESR이 XNUMXΩ을 초과하면 멀티미터 디스플레이에 다음이 표시됩니다. 임계값. 미터는 커넥터 X9에 연결된 6F22 크기의 1V 배터리로 전원을 공급받습니다. 배터리 전압은 78V의 출력 전압으로 05L1(DA5) 안정기 칩에 공급됩니다. 커패시터 C1 및 C2는 작동 안정성을 보장합니다. 가능하다면 78L05 칩 대신 LP2950CZ-5.0을 사용하는 것이 더 좋습니다. 이렇게 하면 대기 모드에서는 전류 소비가 1,5mA로, 측정 모드에서는 7,5mA로 줄어듭니다. 다이오드 VD1 및 VD2와 제너 다이오드 VD3은 충전된 커패시터가 연결될 때 마이크로컨트롤러의 입출력 라인을 오류로부터 보호하는 데 사용됩니다. 제너 다이오드 VD3을 선택할 때 5V의 전압에서 0,5mA 이상의 전류가 흐르지 않아야 한다는 점을 고려해야 합니다. 예를 들어 BZX55C5V6을 사용할 수 있습니다. 다이오드 VD1 및 VD2 - KD521, KD522 시리즈의 모든 실리콘 펄스. 그러나 최대 허용 펄스 순방향 전류가 더 크기 때문에 1N4148 다이오드가 선택되었습니다. 배터리를 커넥터 X4에 연결하는 잘못된 극성을 제외하면 다이오드 VD1를 점퍼로 교체할 수 있습니다. 장치의 단순성으로 인해 인쇄 회로 기판이 개발되지 않았으며 26x40mm 크기의 브레드보드에 조립됩니다. 마이크로컨트롤러는 패널에 설치됩니다. 프로그래밍할 때 마이크로 컨트롤러 재설정 활성화는 비활성화되어야 합니다. 이 핀은 신호 입력으로 사용되므로 "MCLR 활성화" 상자를 선택하면 안 됩니다. LED HL1-HL4 - 5~6mA의 전류에서 눈에 띄는 밝기를 갖는 다양한 발광 색상, 저자의 사본에는 직경 3014mm의 DFL-3014RC 및 DFL-3LGC가 사용되었습니다. 필요한 조건은 직렬 연결된 5개의 LED 체인이 8V 소스에 연결될 때 켜지지 않아야 한다는 것입니다. 따라서 표시에는 9개만 필요하지만 XNUMX개의 LED가 사용됩니다. 서로 다른 색상의 LED 밝기가 눈에 띄게 다른 경우 저항 RXNUMX 및 RXNUMX를 선택하여 평준화합니다.
커넥터 X1은 크기 6F22 배터리의 접점 블록입니다. 멀티미터 연결용 소켓 X2 및 X2은 컴퓨터 마더보드의 전원 커넥터에서 가져옵니다(그림 2). 양극 소켓 X1에는 특별한 기능이 없습니다. 전원 스위치 SA3과 결합된 음극 소켓 XZ는 그림 3에 표시된 것처럼 직접 만든 디자인입니다. 4. 두 개의 스프링 접점 스트립 중 하나를 제거하고 정사각형 측면이 0,5...0,6mm인 유리 섬유로 만든 절연 패드를 근처에 설치했습니다. 직경 1~3mm의 구부러진 스프링 와이어가 부착되어 전원 스위치 SA1의 기능을 수행합니다. 멀티미터의 음극 프로브를 소켓 X2에 삽입하면 스프링 와이어에 닿아 미터의 음극 전원 공급 와이어 회로가 닫힙니다. 물론 설계를 반복할 때는 소형 산업용 전원 스위치 SAXNUMX과 XXNUMX와 같은 음극 소켓을 사용할 수 있습니다.
트리머 저항 R7 - SPZ-19a 또는 이와 유사한 소형. 저항 R3은 최대 15μF까지 측정된 커패시턴스 범위에 대한 충전 전류를 결정하므로 허용 오차를 1%로 사용하거나 디지털 저항계를 사용하여 선택하는 것이 좋습니다. 1μF 이상의 커패시턴스에 대한 충전 전류를 결정하는 저항 R15은 공칭 값 1kOhm 5%에서 선택할 수 있으며 계산된 저항은 980Ω이지만 선택하지 않고 1kOhm 1%를 설정하는 것이 허용됩니다. 이러한 커패시턴스는 산화물 커패시터에 일반적이므로 5%의 용량 측정 정확도로 충분합니다. 기기 교정은 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 총 용량이 10000μF를 초과하는 하나 이상의 커패시터를 미터에 연결하고 트리머 저항 R7을 사용하여 멀티미터 디스플레이에서 임계값 "1023"을 설정하는 것입니다. 62 ... 100 Ohm 저항과 50 ... 1000 μF 커패시터 회로를 미터 입력에 연결하고 SB1 버튼을 누른 다음 디스플레이에 동일한 임계값을 유사하게 설정할 수도 있습니다. 미터는 이 모드에서 단 5초만 소비하므로 이 작업을 여러 번 반복해야 할 수도 있습니다. 교정 오류는 내부 발진기의 오류와 계산된 값과 저항 R3-R1의 저항 차이로 구성되므로 최악의 경우 약 3%가 될 수 있습니다. 마이크로 컨트롤러 DD1의 내부 RC 발진기의 주파수 정확도는 선언되었습니다. 제조업체에 따르면 1°의 일정한 온도에서 ±25%이고 2~0°C 범위에서는 ±85%입니다. 두 번째 방법은 알려진 커패시턴스가 4,7~9μF 범위인 필름 또는 세라믹 커패시터를 미터에 연결하고 트리머 저항기 R7을 사용하여 멀티미터 디스플레이의 커패시턴스 값을 설정하는 것입니다. 먼저 표준 장치를 사용하여 이 커패시터의 커패시턴스를 1% 미만의 정확도로 측정해야 합니다. 이 방법을 사용하여 교정할 때 임계값은 "1023"과 약간 다를 수 있습니다. 교정 방법 선택은 중요하지 않습니다. 서로 다른 방식으로 교정된 여러 장치 사본의 판독값 확산은 3%를 초과하지 않았습니다. 물론, 이전에 방전된 커패시터만 미터에 연결해야 합니다. 산화물 커패시터의 커패시턴스를 측정할 때는 연결 극성을 관찰해야 합니다. 측정 클램프를 손으로 만지면 판독값이 왜곡됩니다. 마이크로컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 저자: 바뉴신 유
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