هذا المشروع هو جهاز اختبار آخر يمكن أن يكون مفيدًا للغاية لأي هواة إلكتروني ، ويمكن أن يكون بناء هذه الوحدة ممتعًا للغاية.

يعد مقياس السعة جهاز اختبار مفيدًا للغاية لأنه يسمح للمستخدم بفحص المكثف المطلوب وتأكيد موثوقيته.

لا تحتوي العدادات الرقمية العادية أو القياسية في الغالب على تسهيلات لمقياس السعة ، وبالتالي يتعين على المتحمسين الإلكترونيين الاعتماد على العدادات المكلفة للحصول على هذا المرفق.

الدائرة التي تمت مناقشتها في المقالة التالية ، تشرح مقياس السعة LED المتطور والرخيص المكون من 3 أرقام ، والذي يوفر قياسًا دقيقًا بشكل معقول لمجموعة من المكثفات المستخدمة بشكل شائع في جميع الدوائر الإلكترونية المعاصرة.

نطاقات السعة

يوفر تصميم دائرة عداد السعة المقترحة شاشة LED مكونة من 3 أرقام ، ويقيس القيم بخمسة نطاقات ، كما هو موضح أدناه:

النطاق # 1 = 0 إلى 9.99nF
النطاق # 2 = 0 إلى 99.9nF
النطاق # 3 = 0 إلى 999nF
النطاق # 4 = 0 إلى 9.99 درجة فهرنهايت
النطاق # 5 = 0 إلى 99.99 درجة فهرنهايت

تشمل النطاقات المذكورة أعلاه معظم القيم القياسية ، ومع ذلك فإن التصميم غير قادر على تحديد قيم منخفضة للغاية لعدد قليل من البيكوفاراد ، أو المكثفات الإلكتروليتية عالية القيمة.

من الناحية العملية ، قد لا يكون هذا القيد مصدر قلق كبير لأن المكثفات ذات القيمة المنخفضة للغاية نادراً ما تستخدم في الدوائر الإلكترونية الحالية ، في حين يمكن اختبار المكثفات الكبيرة باستخدام زوج من المكثفات المتصلة ، كما سيتم وصفه بالتفصيل لاحقًا الفقرات التالية.

كيف تعمل

تم دمج مؤشر LED لتحذير الفائض من أجل منع القراءات غير الدقيقة في حالة اختيار نطاق غير مناسب. يتم تشغيل الجهاز من خلال بطارية 9 فولت ، وبالتالي فهو محمول تمامًا.

يعرض الشكل 2 مخطط الدائرة لمذبذب الساعة ، ومذبذب منخفض هرتز ، ووحدة تحكم منطقية ، ومراحل هزاز متعدد أحادي لدائرة عداد السعة LED.

يتم عرض مراحل العداد / المحرك ودائرة الفائض في الشكل التالي أعلاه.

بالنظر إلى الشكل 2 ، فإن IC5 عبارة عن منظم جهد ثابت 5 فولت يوفر خرجًا منظمًا جيدًا بجهد 5 فولت من مصدر بطارية 9 فولت. تستخدم الدائرة بأكملها طاقة 5 فولت المنظمة للتشغيل.

يجب أن تكون البطارية ذات تصنيف mAh مرتفع لأن الاستخدام الحالي للدائرة كبير إلى حد ما عند حوالي 85 مللي أمبير. يمكن أن يتجاوز الاستهلاك الحالي 100 مللي أمبير عندما يتم إضاءة معظم أرقام الشاشة الثلاثة للعرض.

تم بناء مذبذب التردد المنخفض حول IC2a و IC2b وهما عبارة عن بوابات CMOS NOR. ومع ذلك ، في هذه الدائرة المعينة ، يتم توصيل هذه الدوائر المتكاملة كعاكسات أساسية ويتم تطبيقها من خلال الإعداد المستقر العادي لـ CMOS.

لاحظ أن تردد العمل لمرحلة المذبذب أكبر بكثير مقارنة بالتردد الذي تقدم به القراءات ، لأن هذا المذبذب يجب أن يولد 10 دورات إخراج لتمكين إكمال دورة قراءة واحدة.

يتم تكوين IC3 و IC4a كمرحلة منطق التحكم. IC3 وهو وحدة فك ترميز / عداد CMOS 4017 ، يتضمن 10 مخرجات ('0' إلى '9'). كل من هذه المخرجات ترتفع ، على التوالي ، لكل دورة ساعة إدخال متتالية. في هذا التصميم المعين ، يوفر الناتج '0' ساعة إعادة التعيين إلى العدادات.

يصبح الناتج '1' مرتفعًا بعد ذلك ويقوم بتبديل monostable الذي ينتج نبض البوابة لدائرة الساعة / العداد. المخرجات من '2' إلى '8' غير متصلة ، والفاصل الزمني الذي يتحول خلاله هذان المخرجان إلى مستوى عالٍ يتيح القليل من الوقت بحيث يمكن أن تكتمل نبضة البوابة وتسمح بانتهاء العد.

يوفر الإخراج '9' الإشارة المنطقية التي تغلق القراءة الجديدة على شاشة LED ، ولكن هذا المنطق يحتاج إلى المنطق السلبي. يتم تحقيق ذلك مع IC4a الذي يقلب الإشارة من الخرج 9 بحيث يتم ترجمتها إلى نبضة مناسبة.

الهزاز المتعدد الأحادي هو إصدار CMOS قياسي يستخدم بوابتين من بوابتين NOR (IC4b و IC4c). على الرغم من كونه تصميمًا أحاديًا بسيطًا ، إلا أنه يوفر ميزات تجعله يستحق تمامًا التطبيق الحالي.

هذا شكل غير قابل للإرجاع ، ونتيجة لذلك يوفر نبضة خرج أصغر من نبضة الزناد المتولدة من IC3. هذه الوظيفة مهمة في الواقع ، لأنه عند استخدام نوع قابل للإعادة ، يمكن أن تكون أقل قراءة للعرض عالية إلى حد ما.

السعة الذاتية للتصميم المقترح ضئيلة للغاية ، وهو أمر ضروري لأن درجة كبيرة من السعة المحلية يمكن أن تزعج السمة الخطية للدائرة ، مما ينتج عنه قراءة عرض منخفضة للغاية.

أثناء الاستخدام ، يمكن رؤية شاشة النموذج الأولي بقراءة '000' عبر جميع النطاقات الخمسة عندما لا يكون هناك مكثف متصل عبر فتحات الاختبار.

تعمل المقاومات R5 إلى R9 كمقاومات اختيار النطاق. عندما تقوم بتقليل مقاومة التوقيت عبر خطوات العقد ، تزداد سعة التوقيت المطلوبة لقراءة معينة في زيادات العقد.

إذا اعتبرنا أن مقاومات النطاق مصنفة بتسامح لا يقل عن 1٪ ، فمن المتوقع أن يقدم هذا الإعداد قراءات موثوقة. هذا يعني أنه قد لا يكون من الضروري معايرة كل نطاق على حدة.

تم توصيل R1 و S1a لتشغيل مقطع الفاصلة العشرية على شاشة LED الصحيحة ، باستثناء النطاق 3 (999nF) حيث لا يكون مؤشر الفاصلة العشرية ضروريًا. مذبذب الساعة هو في الواقع تكوين شائع 555 مستقر.

يتم استخدام وعاء RV1 كوحدة تحكم في تردد الساعة ، لمعايرة مقياس السعة LED هذا. يتم استخدام الخرج أحادي الاستقرار للتحكم في الدبوس 4 من IC 1 ، وسيتم تنشيط مذبذب الساعة فقط أثناء توفر فترة البوابة. هذه الوظيفة تلغي الطلب على بوابة إشارة مستقلة.

الآن بفحص الشكل 3 ، نجد أن دائرة العداد موصولة بأسلاك باستخدام 3 CMOS 4011 ICs. لم يتم التعرف على هذه في الواقع من عائلة منطق CMOS المثالية ، ومع ذلك فهذه عناصر مرنة للغاية تستحق الاستهلاك المتكرر.

يتم تكوين هذه في الواقع على أنها عدادات أعلى / أسفل لها مدخلات فردية على مدار الساعة ومخرجات حمل / استعارة. كما يمكن فهمه ، فإن إمكانية الاستخدام في وضع العداد السفلي لا معنى لها هنا ، وبالتالي يتم ربط إدخال الساعة السفلية بخط الإمداد السالب.

يتم توصيل العدادات الثلاثة بالتسلسل للسماح بعرض تقليدي مكون من 3 أرقام. هنا ، تم توصيل IC9 لتوليد أقل رقم مهم ، وتمكن IC7 الرقم الأكثر أهمية. يتضمن 4011 عدادًا لعقد من الزمن ، وجهاز فك ترميز بسبعة أجزاء ، ومزلاج / عرض مراحل السائق.

يمكن لكل IC واحد لهذا السبب أن يحل محل خيار عداد / سائق / مزلاج نمط TTL ذي 3 شرائح. تتمتع المخرجات بطاقة كافية لإضاءة أي شاشة LED ذات سبعة مقاطع كاثود مشتركة مناسبة.

على الرغم من إمداد الجهد المنخفض البالغ 5 فولت ، فمن المستحسن تشغيل كل مقطع عرض LED فردي من خلال المقاوم المحدد الحالي بحيث يمكن الاحتفاظ بالاستهلاك الحالي لوحدة عداد التيار الكهربائي بأكملها دون المستوى المقبول.

يتم تطبيق إخراج IC7 'الخاص بالحمل' على إدخال ساعة IC6 ، وهو نوع D مزدوج يقسم على اثنين من الوجه / التقليب. ومع ذلك ، في هذه الدائرة المعينة ، يتم تنفيذ جزء واحد فقط من IC. سيتحول خرج IC6 إلى الحالة فقط عندما يكون هناك حمل زائد. هذا يعني أنه إذا كان الحمل الزائد مرتفعًا بشكل ملحوظ فسوف ينتج عنه العديد من دورات الإخراج من IC7.

قد يكون تشغيل مؤشر LED مباشرة من LED1 إلى IC6 غير مناسب تمامًا ، لأن هذا الإخراج يمكن أن يكون مؤقتًا وقد يكون LED قادرًا على توليد عدد قليل من الإضاءة القصيرة التي يمكن أن تمر بسهولة دون أن يلاحظها أحد.

من أجل تجنب هذا الموقف ، يتم استخدام خرج IC7 لقيادة مجموعة أساسية / إعادة تعيين دائرة ثنائية الاستقرار تم إنشاؤها عن طريق توصيل زوج من بوابات IC2 الفارغة عادةً ، وبعد ذلك يقوم المزلاج بتبديل مؤشر LED 1. تتم إعادة تعيين IC6 والمزلاج بواسطة IC3 حتى تبدأ دائرة الفائض من نقطة الصفر كلما تم تنفيذ قراءة اختبار جديدة.

كيف تقوم بالبناء

إن إنشاء دائرة عداد السعة المكونة من 3 أرقام هو مجرد تجميع جميع الأجزاء بشكل صحيح على تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور الموضح أدناه.

تذكر أن IC هي جميع أنواع CMOS وبالتالي فهي حساسة للكهرباء الساكنة من يدك. لتجنب التلف من خلال الكهرباء الساكنة يوصى باستخدام مقابس IC. امسك الدوائر المتكاملة على أجسامهم وادفعها في المقابس ، دون لمس المسامير في هذه العملية.

معايرة

قبل أن تبدأ في معايرة هذه الدائرة النهائية المكونة من 3 أرقام لمقياس السعة LED ، قد يكون من المهم استخدام مكثف بتفاوت ضيق وحجم يوفر ما يقرب من 50 إلى 100 ٪ من نطاق المقياس الكامل للمقياس.

لنتخيل أن C6 قد تم دمجه في الوحدة ويتم تطبيقه لمعايرة العداد. الآن ، اضبط الجهاز على النطاق رقم 1 (9.99 nF full scale) وأدخل رابطًا مباشرًا عبر SK2 و SK4.

بعد ذلك ، اضبط RV1 برفق شديد لتصور القراءة المناسبة لـ 4.7nF على الشاشة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قد تجد الوحدة تعرض القراءات الصحيحة المقابلة عبر مجموعة من المكثفات.

ومع ذلك ، يرجى عدم توقع أن تكون القراءات دقيقة تمامًا. مقياس السعة المكون من 3 أرقام دقيق إلى حد ما ، على الرغم من أنه ، كما تمت مناقشته سابقًا ، سيكون مصحوبًا ببعض التناقضات الطفيفة بالتأكيد.

لماذا يتم استخدام 3 شاشات LED

تميل العديد من المكثفات إلى أن يكون لها تفاوتات كبيرة إلى حد ما ، على الرغم من أن حفنة من الأنواع قد تتضمن معدل دقة أعلى من 10٪. من الناحية العملية ، قد لا يكون إدخال رقم شاشة العرض LED الثالث مبررًا فيما يتعلق بالدقة المتوقعة ، ومع ذلك فهو مفيد نظرًا لأنه يوسع بكفاءة أقل سعة يمكن للجهاز قراءتها خلال عقد كامل.

اختبار المكثفات القديمة

في حالة اختبار مكثف قديم بهذا الجهاز ، يمكنك أن ترى أن القراءة الرقمية على الشاشة ترتفع تدريجياً. قد لا يشير هذا بالضرورة إلى وجود خلل في المكثف ، بل قد يكون هذا ببساطة نتيجة دفء أصابعنا مما يؤدي إلى ارتفاع قيمة المكثف بشكل هامشي. أثناء إدخال مكثف في فتحات SKI و SK2 ، تأكد من إمساك المكثف بجسمه ، وليس الخيوط.

اختبار المكثفات عالية القيمة الزائدة

يمكن فحص المكثفات عالية القيمة التي لا تقع ضمن نطاق مقياس السعة LED هذا ، عن طريق توصيل مكثف عالي القيمة في سلسلة بمكثف ذو قيمة أقل ، ثم اختبار السعة الإجمالية للسلسلة للوحدتين.

لنفترض أننا نريد فحص مكثف مطبوع عليه قيمة 470 valueF. يمكن تنفيذ ذلك عن طريق توصيله على التوالي بمكثف 100 درجة فهرنهايت. ثم يمكن التحقق من قيمة المكثف 470 µF باستخدام الصيغة التالية:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82.5 درجة فهرنهايت

سيؤكد 82.5 درجة فهرنهايت أن 470 درجة فهرنهايت مناسبة لقيمته. لكن لنفترض ، إذا أظهر العداد بعض القراءة الأخرى مثل 80 درجة فهرنهايت ، فهذا يعني أن 470 درجة فهرنهايت ليس جيدًا ، نظرًا لأن قيمته الفعلية ستكون:

(س × 100) / (س + 100) = 80
100 س / س + 100 = 80
100 س = 80 س + 8000
100 س - 80 س = 8000
س = 400 درجة فهرنهايت

تشير النتيجة إلى أن صحة المكثف الذي تم اختباره 470 درجة فهرنهايت قد لا تكون جيدة جدًا

“محول التيار المتردد إلى التيار المستمر ”

يمكن رؤية المقبسين الإضافيين (SK3 و SK4) والمكثف C6 في الرسم التخطيطي. الغرض من SK3 هو تسهيل تفريغ عناصر الاختبار عن طريق لمسها عبر SK1 و SK3 قبل توصيلها عبر SKI و SK2 للقياس.

ينطبق هذا فقط على المكثفات التي قد تميل إلى تخزين بعض الشحنة المتبقية عند إزالتها من الدائرة قبل الاختبار مباشرة. المكثفات ذات القيمة العالية والجهد العالي هي المكثفات التي قد تكون عرضة لهذه المشكلة.

ومع ذلك ، في الظروف الخطيرة ، قد تحتاج المكثفات إلى التفريغ برفق عبر المقاوم النازف قبل إخراجها من الدائرة. سبب تضمين SK3 هو السماح للمكثف قيد الاختبار بالتفريغ عن طريق الاتصال عبر SK1 و SK3 قبل اختبارهما عبر SKI و SK2 للقياس.

C6 هو مكثف عينة سهل الاستخدام وجاهز للاستخدام لغرض المعايرة السريعة. في حالة إظهار مكثف قيد الاختبار بعض الخلل في القراءة ، فقد يكون من الضروري التبديل إلى النطاق 1 ، ووضع رابط العبور عبر SK2 إلى SK4 بحيث يتم توصيل C6 كمكثف اختبار. بعد ذلك ، قد ترغب في التحقق من التأكد من الإشارة إلى قيمة شرعية لـ 47nF على شاشات العرض.

ومع ذلك ، هناك شيء واحد يجب فهمه: المقياس في حد ذاته دقيق إلى حد ما في غضون بضع٪ زائد / ناقص ، بصرف النظر عن قيم المكثف المتطابقة تقريبًا مع قيمة المعايرة. هناك مشكلة إضافية تتمثل في أن قراءات المكثف قد تعتمد على درجة الحرارة وبعض المعلمات الخارجية. في حالة ما إذا أظهرت قراءة السعة خطأً طفيفًا يتجاوز قيمة التسامح ، فهذا يشير على الأرجح إلى أن الجزء على ما يرام تمامًا ، وليس به عيب بأي حال من الأحوال.