Журнал Радио 1 номер 2002 год. РАДИО НАЧИНАЮЩИМ

Журнал Радио 1 номер 2002 год. "РАДИО" НАЧИНАЮЩИМ ПРОСТОЙ ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ "МАСТЕР С" В. АНДРЕЕВ, г. Тольятти Самарской обл.    В повседневной работе радиолюбителям часто приходится определять данные радиоэлементов. Если измерить сопротивление резистора не составляет особого труда — можно воспользоваться обычным мультиметром, то с емкостями конденсаторов дело обстоит сложнее. Бывает, что надпись на корпусе детали стерта или емкость обозначена неизвестным кодом. Иногда необходим точный подбор емкости (во время- и частотозадающих цепях, в фильтрах, резонансных контурах и т. д.). Во всех этих случаях вам поможет несложный прибор, подробное описание которого мы начинаем публиковать в этом номере.

НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Цифровой измеритель емкости предназначен для измерения емкости конденсаторов от единиц пикофарад до 9 999 микрофарад и более, если считать количество переполнений счетчика. Наличие постоянного напряжения смещения (не более 6,5 В) на входе прибора позволяет измерить емкость как неполярных, так и полярных оксидных конденсаторов. Измерителем емкости можно быстро подобрать или отбраковать конденсаторы, являющиеся одними из самых ненадежных компонентов радиоаппаратуры, что обычно обнаруживается при ее изготовлении или ремонте. Оксидные конденсаторы, включенные в сравнительно высокоомные цепи, удается проверить этим прибором без отпайки выводов.

Кроме того, измеритель емкости может использоваться для измерения длины коаксиальных кабелей или расстояния до места обрыва. В этом случае измеряется емкость кабеля, и полученное значение делится на погонную емкость (одного метра) кабеля, взятую из справочника или полученную опытным путем. К примеру, погонная емкость кабеля РК-75 составляет около 67 пФ, независимо от его диаметра.

Цифровой измеритель емкости имеет четырехразрядный цифровой индикатор и три предела измерения: 1 — 9999 пФ; 1 — 9999 нФ; 1 — 9999 мкФ. Точность измерения составляет 2,5 % ± единица младшего разряда выбранного диапазона при окружающей температуре 20°С. Температурная погрешность в диапазоне от +5 до +35°С не превосходит 0,25 % на 1°С (предел "пФ"], ±0,08 % на 1°С (предел "нФ" и "мкФ"). Габаритные размеры прибора — не более 150x88x48 мм.

Внешний вид цифрового измерителя емкости "Мастер С" показан на рис. 1. Прибор не содержит дефицитных или дорогих деталей, прост в налаживании, что делает его удобным для повторения даже начинающими. При желании можно увеличить число пределов измерения, сузив диапазон каждого. Это немного усложнит конструкцию прибора (понадобится установить другой переключатель), но повысит точность измерений.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Обратимся к функциональной схеме измерителя емкости (рис. 2). Основная идея его создания заимствована из [1]. Измеряемая емкость Сх подключается к генератору импульсов измерительного периода (ГИП). Период генерируемых импульсов пропорционален Сх. Они непрерывно поступают на формирователь импульсов управления счетом. По сигналу разрешения, который вырабатывается через каждые 0,8...1,0 с генератором цикла, формирователь импульсов управления выдает одиночный импульс, длительность которого равна одному периоду импульсов на выходе ГИП.

По переднему фронту этого импульса формирователь импульса сброса устанавливает счетчик — цифровой индикатор в нулевое состояние. Кроме того, импульс управления поступает на ключ и разрешает прохождение тактовых импульсов на вход счетчика. Эти импульсы вырабатываются генератором тактовых импульсов (ГТИ). Их частота на каждом пределе измерения выбрана такой, что за время действия импульса управления на счетчик поступает количество импульсов, равное численному значению измеряемой емкости в соответствующих единицах: пикофарадах на пределе "пФ", нанофарадах на пределе "нФ", микрофарадах на пределе "мкФ".

Так как к измеряемой емкости на входе ГИП всегда добавляется паразитная входная емкость самого прибора, на вход счетчика поступают импульсы, количество которых численно равно сумме этих емкостей. В данной конструкции входная емкость составляет 10...12 пФ. Чтобы на пределе "пФ" счетчик показывал истинное значение, длительность импульса сброса выбрана такой, чтобы счетчик не реагировал на некоторое количество первых импульсов, число которых соответствует паразитной входной емкости прибора.

Для большей наглядности вышеизложенного на рис. 3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу основных узлов измерителя емкости с указанием точек на принципиальной схеме, в которых можно наблюдать эти импульсы.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Принципиальная схема цифрового измерителя емкости показана на рис. 4. ГИП представляет собой мультивибратор на основе триггера Шмитта, состоящий из элемента DD1.3 и транзисторов VT1, VT2. Он служит для преобразования значения измеряемой емкости во временной интервал. Диоды VD1, VD2, резистор R9 и предохранитель FU1 защищают прибор от повреждения при подключении ко входу заряженного конденсатора. Конденсатор С7 и резистор R10 улучшают линейность показаний при измерении малых емкостей на пределе "пФ". Период колебаний мультивибратора определяется емкостью, подключаемой к его входу, и сопротивлением одного из резисторов в цепи обратной связи — R14, R15 или R16, в зависимости от выбранного предела измерений. Транзисторы VT1 и VT2 служат для "умощнения" выхода триггера Шмитта, что улучшает его работу на пределе "мкФ".


Увеличить

Конденсатор С10 ограничивает частоту импульсов на выходе микросхемы DD1.3 на пределе "мкФ" в те моменты, когда измеряемый конденсатор ко входу не подключен. Без конденсатора С10 частота импульсов мультивибратора в такие моменты возрастает до 4...5 МГц, что может привести к неправильной работе триггеров DD2.1, DD2.2 и к постоянному мельканию цифр на индикаторах. Конденсатор С9 выполняет аналогичные функции на пределе "нФ", но его основная задача — снижение уровня наводки на входе DD1.3 от импульсов ГТИ на пределе "пФ" ("заземление" перемычки между контактами переключателей SB1.2 — SB3.2).

ГТИ собран на элементе DD1.1. Период его колебаний на пределе "пФ" определяется емкостью конденсатора СЗ и сопротивлением резисторов в цепи обратной связи R1, R6. На пределах "нФ" и "мкФ" к конденсатору СЗ подключаются конденсаторы С1 или С2 с цепочками резисторов с большим сопротивлением для увеличения периода колебаний. Частота тактовых импульсов на пределе "пФ", "нФ" и "мкФ" составляет примерно 2 МГц, 125 и 1,5 кГц.

Генератор цикла представляет собой мультивибратор на элементе DD1.2. Он вырабатывает импульсы, определяющие время между циклами измерений или время удержания показаний.

Триггеры DD2.1 и DD2.2 образуют формирователь импульсов управления, служащий для выработки импульса, длительность которого равна длительности одного периода колебаний ГИП, т. е. времени зарядки и разрядки измеряемого конденсатора. Такой способ формирования импульсов управления позволяет повысить точность при измерении емкости конденсаторов с большими токами утечки (увеличение времени заряда компенсируется уменьшением времени разряда).

Ключ на элементе DD1.4 служит для выдачи на счетчик DD3 — DD6 импульсов тактового генератора в течение времени, равного длительности импульса управления. Формирователь импульса сброса собран на транзисторе VT3. Из его коллекторной цепи импульс сброса поступает на электронный счетчик перед началом каждого нового цикла измерения. Длительность импульса сброса устанавливается подстроечным резистором R11 и выбирается такой, чтобы электронный счетчик не реагировал на первые 10—12 импульсов счета на пределе "пФ". На других пределах длительность этого импульса намного короче периода тактовых импульсов и на работу счетчика не влияет.

Электронный счетчик содержит четыре одинаковых узла А1 — А4. Каждый узел состоит из десятичного счетчика-дешифратора на микросхеме DD3 (DD4 — DD6) и цифрового люминесцентного индикатора HG1 (HG2 — HG4). Аноды индикаторов подключаются к выходам микросхемы К176ИЕ4 непосредственно. Это упрощает схему счетчиков-индикаторов, однако при такой схеме включения напряжение на анодах (светящихся сегментах) индикатора не превышает напряжения питания микросхемы (обычно 9 В). При таком напряжении яркость свечения индикаторов (особенно бывших в употреблении) может оказаться недостаточной, кроме того, сильнее проявляется неравномерность свечения отдельных индикаторов.

Для увеличения и выравнивания яркости свечения люминесцентных индикаторов напряжение питания микросхем счетчиков-дешифраторов немного завышено (9,5...9,7 В), что вполне допустимо. Кроме того, на нити накала (катоды) индикаторов подано небольшое отрицательное смещение (2,5...2,8 В) относительно общего провода. При этом напряжение на анодах-сегментах индикаторов относительно катода изменяется от 2,5...2,8 В (сегмент погашен) до 12,0...12,5 В (сегмент горит). Это заметно повышает яркость свечения сегментов и уменьшает разницу в яркости свечения отдельных индикаторов [2].

В блоке питания прибора использован унифицированный трансформатор типа Т10-220-50, который широко применялся в старых калькуляторах. На холостом ходу он выдает напряжение около 40 В (выводы 3 и 4) и 1,9 + 1,9 В (выводы 5, 7 и 6, 7). Для понижения этих напряжений до требуемых в цепь первичной обмотки включается реактивный гасящий элемент — конденсатор С13. Он понижает напряжение на первичной обмотке примерно до 100...110 В. Соответственно снижаются и вторичные. Основным недостатком этого способа понижения напряжения является сильное увеличение выходного сопротивления источника питания. Поэтому для уменьшения изменений выпрямленного напряжения, в зависимости от нагрузки, параллельно сглаживающему конденсатору С14 подключены стабилитроны VD4, VD5. Совместно с конденсатором С13 они образуют параметрический стабилизатор.

Можно использовать и другие трансформаторы подходящих габаритов, в том числе самостоятельно изготовленные, позволяющие получить вторичные напряжения 12...18 В при токе не менее 30 мА и 0,75...1,0 В при токе 200 мА. При использовании такого трансформатора конденсатор С13 и стабилитроны VD4 и VD5 необходимо исключить.

Падение напряжения на свето-диоде HL1 и диоде VD6 создает отрицательное смещение на катодах цифровых люминесцентных индикаторов. Стабилизатор напряжения собран на транзисторах VT4 и VT5. Об особенностях его работы подробно рассказано в [3]. Диод VD8 служит для уменьшения напряжения питания микросхем D1 и D2 до номинального (9,0 В) с целью некоторого снижения потребляемого тока при работе микросхем на высоких частотах.

ЛИТЕРАТУРА
1. Точен цифров капацитометър. — Радио телевизия електроника, 1987, ╧ 11, с. 37.
2. Андреев В. Повышение яркости люминесцентных индикаторов. — Радиолюбитель, 1996, ╧ 4, с. 25.
3. Андреев В. Экономичные стабилизаторы. — Радио, 1998, ╧ 6, с. 57— 60; ╧ 7, с. 50, 51; ╧ 8, с. 60, 61.

(Окончание следует)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 1 номер 2002 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.