Explicación de 2 circuitos de medidor de capacitancia simple: uso de IC 555 e IC 74121

En esta publicación, hablaremos sobre un par de pequeños circuitos fáciles pero muy útiles en forma de medidor de frecuencia y medidor de capacitancia que utilizan el omnipresente IC 555.

Cómo funcionan los condensadores

Los condensadores son uno de los principales componentes electrónicos que pertenecen a la familia de componentes pasivos.

Estos se utilizan ampliamente en circuitos electrónicos y prácticamente no se puede construir ningún circuito sin involucrar estas partes importantes.

La función básica de un capacitor es bloquear CC y pasar CA o, en palabras simples, se permitirá que cualquier voltaje que sea de naturaleza pulsante pase a través de un capacitor y cualquier voltaje que no esté polarizado o en la forma de CC será bloqueado por un condensador a través del proceso de carga.

Otra función importante de los condensadores es almacenar electricidad mediante la carga y volver a suministrarla a un circuito adjunto mediante el proceso de descarga.

Los dos anteriores funciones principales de los condensadores se utilizan para implementar una variedad de operaciones cruciales en circuitos electrónicos que permiten obtener salidas según las especificaciones requeridas del diseño.

Sin embargo diferente resistencias, condensadores son difíciles de medir con métodos ordinarios.

Por ejemplo, un multiprobador ordinario puede tener muchas funciones de medición incluidas como un medidor de ohmios, voltímetro, amperímetro, probador de diodos, probador de hFE, etc., pero es posible que no tenga el ilusorio función de medición de capacitancia .

Se ve que la característica de un medidor de capacitancia o un medidor de inductancia está disponible solo en el tipo de multímetros de alta gama que definitivamente no son baratos y no todos los nuevos aficionados podrían estar interesados ​​en adquirir uno.

El circuito discutido aquí aborda estos problemas de manera muy efectiva y muestra cómo construir una capacitancia simple y económica medidor de frecuencia que puede ser construido en casa por cualquier principiante electrónico y utilizado para la aplicación útil prevista.

Diagrama de circuito

Cómo funciona la frecuencia para detectar capacitancia

Con referencia a la figura, el IC 555 forma el corazón de toda la configuración.

Este chip versátil de caballo de batalla está configurado en su modo más estándar, que es el modo multivibrador monoestable.
Cada pico positivo del pulso aplicado en la entrada que es el pin # 2 del IC crea una salida estable con un período fijo predeterminado establecido por el preajuste P1.

Sin embargo, por cada caída en el pico del pulso, el monoestable se reinicia y se dispara automáticamente con el próximo pico que llega.

Esto genera una especie de valor promedio en la salida del IC para el cual es directamente proporcional a la frecuencia del reloj aplicado.

En otras palabras, la salida del IC 555, que consta de algunas resistencias y condensadores, integra la serie de pulsos para proporcionar un valor promedio estable directamente proporcional a la frecuencia aplicada.

El valor promedio se puede leer o mostrar fácilmente a través de un medidor de bobina móvil conectado a través de los puntos mostrados.

Entonces, la lectura anterior dará una lectura directa de la frecuencia, por lo que tenemos un medidor de frecuencia de aspecto elegante a nuestra disposición.

Uso de frecuencia para medir la capacitancia

Ahora, mirando la siguiente figura a continuación, podemos ver claramente que al agregar un generador de frecuencia externo (IC 555 astable) al circuito anterior, es posible hacer que el medidor interprete los valores de un capacitor en los puntos indicados, porque este capacitor directamente afecta o es proporcional a la frecuencia del circuito de reloj.

Por lo tanto, el valor de frecuencia neta que se muestra ahora en la salida corresponderá al valor del condensador conectado a través de los puntos discutidos anteriormente.

Eso significa que ahora tenemos un circuito dos en uno que puede medir tanto la capacitancia como la frecuencia, usando solo un par de circuitos integrados y algunas partes electrónicas casuales. Con pequeñas modificaciones, el circuito se puede utilizar fácilmente como tacómetro o como equipo contador de RPM.

Lista de partes

• R1 = 4K7
• R3 = PUEDE SER VARIABLE BOTE 100K
• R4 = 3K3,
• R5 = 10 K,
• R6 = 1 K,
• R7 1K,
• R8 = 10 K,
• R9, R10 = 100 K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100n,
• C4 = 33 uF / 25 V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = medidor FSD de 1 V,
• D1, D2 = 1N4148

Medidor de capacitancia con IC 74121

Este circuito medidor de capacitancia simple proporciona 14 rangos de medición de capacitancia calibrados linealmente, desde 5 pF a 15 uF FSD. S1 se emplea como un interruptor de rango y funciona en colaboración con S4 (s1 / x10) y S3 (x l) o S2 (x3). El IC 7413 funciona como un oscilador astable, junto con R1 y C1 a C6 que actúan como elementos determinantes de frecuencia.

Esta etapa activa el IC 74121 (un multivibrador monoestable) de modo que genera una onda cuadrada asimétrica con una frecuencia recurrente cuyo valor es decidido por las partes R1 y C1 a C6 y con un ciclo de trabajo según lo decidido por R2 (o R3) y Cx .

El valor típico de este voltaje de onda cuadrada cambia linealmente a medida que se cambia el ciclo de trabajo, que a su vez se modifica linealmente en función del valor de Cs, el valor de R2 / R3 (s10 / x I) y la frecuencia (establecida por el Posición del interruptor S1).

Los interruptores selectores de rango final S3j ..- xl) y 52 (x3) básicamente insertan una resistencia en serie con el medidor. La configuración alrededor de los pines 10 y 11 del IC 74121, y para el Cx, debe ser tan corta y rígida como sea posible, para asegurar que la capacitancia parásita aquí sea mínima y sin fluctuaciones. P5 y P4 se emplean para una calibración cero independiente para rangos de capacitancia bajos. Para todos los rangos superiores, la calibración realizada por oreset P3 es suficiente. F.s.d. la calibración es bastante sencilla.

No suelde inicialmente C6 en el circuito, más bien conéctelo a los terminales marcados con Cx para el condensador desconocido. Coloque S1 en la posición 3, S4 en la posición x1 y S2 cerrado (s3), esto se configura para los rangos de 1500 pF f.s.d. Ahora, C6 está listo para ser aplicado como valor de referencia de calibración. A continuación, se ajusta el potenciómetro P1 hasta que el medidor descifra 2/3 de f.s.d. Entonces, S4 podría moverse a la posición 'x 10', S2 se mantendrá abierto y S3 se cerrará (x1) esto se compara con 5000 pF f.s.d., mientras se trabaja con C6 como el condensador desconocido. El resultado de esta configuración completa debería proporcionar 1/5 de fs.d.

Por otro lado, puede adquirir una variedad de condensadores conocidos con precisión y usarlos en los puntos Cx y luego ajustar las diversas ollas para fijar las calibraciones en el dial del medidor de manera adecuada.

Diseño de PCB

Otro circuito medidor de capacitancia simple pero preciso

Cuando se aplica un voltaje constante a un capacitor a través de una resistencia, la carga del capacitor aumenta de manera exponencial. Pero si el suministro a través de un capacitor proviene de una fuente de corriente constante, la carga en el capacitor exhibe un aumento que es bastante lineal.

Este principio en el que un condensador se carga linealmente se utiliza aquí en el medidor de capacitancia simple que se analiza a continuación. Está diseñado para medir valores de condensadores mucho más allá del rango de muchos medidores analógicos similares.

Usando un suministro de corriente constante, el medidor establece el tiempo que requiere para complementar la carga sobre el capacitor desconocido a algún voltaje de referencia conocido. El medidor proporciona 5 rangos de escala completa de 1,10, 100, 1000 y 10,000 µF. En la escala de 1 µF, se podían medir sin dificultad valores de capacitancia tan pequeños como 0,01 µF.

Cómo funciona.

Como se muestra en la Figura, las partes D1, D2, R6, Q1 y una de las resistencias a través de R1 a R5 proporcionan una selección para el suministro de corriente constante a través del interruptor S1A.

Cuando S2 se mantiene en la posición indicada, esta corriente constante se corta a tierra a través de S2A. Cuando S2 se conmuta en la selección alternativa, la corriente constante se impulsa al condensador bajo prueba, a través de BP1 y BP2, lo que fuerza la carga del condensador en el modo lineal.

El amplificador operacional IC1 está conectado como un comparador, con su pin de entrada (+) conectado a R8, que fija el nivel de voltaje de referencia.

Tan pronto como la carga linealmente creciente a través del capacitor bajo prueba, alcanza unos milivoltios más alto que el pin de entrada (-) de IC1, instantáneamente cambia la salida del comparador de +12 voltios a -12 voltios.

Esto hace que la salida del comparador active una fuente de corriente constante hecha con las partes D3, D4, D5, R10, R11 y Q2.

En caso de que S2A se cambie a tierra, al igual que S2B, esto da como resultado el cortocircuito de los terminales del condensador C1, convirtiendo el potencial en C1 a cero. Con S2 en la condición abierta, la corriente constante que pasa a través de C1 activa el voltaje a través de C1 para aumentar de forma lineal.

Cuando el voltaje a través del condensador bajo prueba hace que el comparador se alterne, el diodo D6 se vuelve polarizado en reversa. Esta acción evita que C1 se cargue más.

Dado que la carga de C1 solo ocurre hasta el punto donde el estado de salida del comparador simplemente cambia, implica que el voltaje desarrollado a través de él debe ser directamente proporcional al valor de capacitancia del capacitor desconocido.

Para asegurar que el C1 no se descargue mientras el medidor M1 mide su voltaje, se incorpora una etapa de búfer de alta impedancia, creada usando IC2, para el medidor M1.

La resistencia R13 y el medidor M1 constituyen un monitor voltímetro básico de alrededor de 1 V FSD. Cuando sea necesario, se puede utilizar un voltímetro remoto siempre que presente un rango de escala completa de menos de 8 voltios. (En caso de que incorpore este tipo de medidor externo, asegúrese de configurar R8 en el rango de 1 µF, de modo que un capacitor de 1 µF identificado con precisión corresponda a una lectura de 1 voltio).

El condensador C2 se utiliza para contrarrestar la oscilación del suministro de corriente constante Q1, y R9 y R12 se emplean para proteger los amplificadores operacionales en caso de que el suministro de CC se desconecte durante el tiempo en que el condensador bajo prueba y C1 se están cargando, o de lo contrario, podrían comenzar a descargarse a través de los amplificadores operacionales, lo que provocaría daños.

Lista de partes

Diseños de PCB

Cómo calibrar

Antes de suministrar energía al circuito del medidor de capacitancia, use un destornillador fino para ajustar la aguja del medidor M1 con precisión al nivel cero.

Coloque un capacitor conocido con precisión alrededor de 0.5 y 1.0 µF a +/- 5%. Esto funcionaría como el 'punto de referencia de calibración'.

Conecte este condensador a través de BP1 y BP2 (lado positivo a BP1). Ajuste el interruptor de rango S1 a la posición '1' (el medidor debe mostrar 1-µF de escala completa).

Posicione S2 para desconectar el cable de tierra de los dos circuitos (colector Q1 y Cl). El medidor M1 ahora comenzará un movimiento de escala y se asentará en una lectura específica. Cambiar S2 hacia atrás debe resultar en que el medidor caiga hacia abajo en la marca de cero voltios. Cambie S2 una vez más y confirme la lectura de escala superior del medidor.

Alternativamente, salte S2 y ajuste R8 hasta que encuentre el medidor que muestra el valor preciso del 5% de la calibración del capacitor. La configuración de una calibración anterior será suficiente para los rangos restantes.