ЦИФРОВИЙ ВИМІРЮВАЧ ЄМНОСТІ

У радіоаматорського практиці часто з'являється необхідність вимірювання ємності електролітичних конденсаторів, так як їх ємність з часом може змінитися досить значно. Прилад, описаний в [1], на думку автора, має ряд недоліків – високе енергоспоживання, вузький діапазон вимірюваних ємностей (10 … 10000 мкФ), низьку точність вимірювання малих емкостей.Предлагаемий вимірювач вільний від вказаних недоліків. Разом з тим, залишивши незмінним число використовуваних мікросхем, вдалося істотно підвищити точність і ввести ряд сервісних функцій, що полегшують роботу з приладом. Даний прилад забезпечує вимірювання ємності конденсаторів від 0,01 до 10000 мкФ на чотирьох піддіапазонах з верхніми межами виміру 10, 100, 1000 і 10000 мкФ. Піддіапазони перемикаються автоматично. Результат вимірювань подається у цифровому вигляді на четирехразрядном індикаторі.

Схема вимірювача ємності

Принцип дії приладу заснований на підрахунку числа імпульсів за інтервал часу, пропорційний ємності конденсатора. Перетворювач "ємність-час" виконано на одновіб-раторе DD5.3, DD5.4. Загальна тривалість імпульсу, який формується таким одновібратором, визначається за емпіричною формулою з [2]:

Формула тривалості імпульсу

Резистори R7 і R8 підібрані таким чином, щоб тривалість імпульсів у мілісекундах була чисельно дорівнює ємності в мікрофарад. Запуск одновібратора здійснюється після натискання кнопки SB1. Для придушення брязкоту контактів кнопки призначений формувач DD5.1, DD5.2. Він формує імпульс негативної полярності, тривалість якого відповідає часу замикання контактів, а фронт і спад імпульсу кілька затримані щодо моментів замикання і розмикання [З]. Інвертор DD1.4 виробляє сигнал скидання, що співпадає за часом з імпульсом формувача, що забезпечує установку в початковий стан лічильників DD9 … DD12 і тригера DD7. Спад імпульсу негативної полярності за допомогою диференціюються ланцюжка C2-R5 перетвориться в короткий позитивний імпульс, що запускає одновібратор. Імпульс з виходу одновібратора відкриває електронний ключ DD1.3, що дозволяє проходження лічильних імпульсів від генератора опорних частот. Основною частиною цього генератора частот є мультівібратор на DD1.1, DD1.2 з кварцовою стабілізацією частоти [2]. Мікросхеми DD2 … DD4 складають лінійку дільників частоти на 10. Таким чином, на входи мультиплексора DD6.1 подаються частоти 1 МГц, 100, 10 та 1 кГц. Мультиплексор DD6.1 спільно з тригером DD7 та лічильником DD8 утворюють вузол автоматичного вибору межі вимірювання. При натисканні кнопки SB1 схема автоматичного вибору межі встановлюється у вихідний стан завдяки подачі на вхід R DD8 логічної "1" через резистор R4. Лічильник DD8 встановлюється в нульове стан, а мультиплексор DD6.1 подає на вхід електронного ключа DD1.3 частоту 1 МГц, що відповідає найменшому межі вимірювання. У разі переповнення лічильників DD9 … DD12, на виході перенесення DD12 відбувається спад імпульсу позитивної полярності, який збільшує стан лічильника DD8 на одиницю і записує в тригер DD7 логічний "О" з входу D. Цей логічний "О" викликає спрацювання формувача. За негативного імпульсу формувача відбувається скидання лічильників DD9 … DD12 і переклад тригера DD7 в стан логічної "1". В результаті тривалість імпульсу формувача буде дорівнює часу затримки. За спаду цього імпульсу відбувається перезапуск одновібратора. Зміна стану DD8 призведе до того, що частота на виході DD6.1 буде дорівнює 100 кГц, а це відповідає збільшенню межі вимірювання в 10 разів.

Мікросхеми DD9 … DD12 представляють собою декадні лічильники з виходом на семісегментний індикатор. В якості індикаторів використані вакуумно-люмінесцентні індикатори, які володіють низьким токопотребленіем і кращими, порівняно зі світлодіодними матрицями, яскравості характеристиками. Мультиплексор DD6.2 здійснює управління десятковими точками індикаторів.

Налагодження приладу рекомендується проводити в наступному порядку.

1. Вхід R DD8 тимчасово відключити від кнопки SB1.

2. У точку з'єднання R2 і R3 підключити генератор прямокутних імпульсів частотою 50 … 200 Гц. Особливих вимог до нього не пред'являється, і його можна зібрати з будь-якої із схем, наведених в [2, З].

3. В якості зразкового підключити конденсатор ємністю 0,5 .. .4 МкФ. Слід пам'ятати, що точність вимірювача залежить тільки від точності калібрування.

4. Резистором R8 слід домогтися як можна більш точної відповідності показань приладу і дійсною ємності зразкового конденсатора. Після налаштування движок R8 бажано законтріть фарбою.

Деталі. У вимірнику можна застосувати мікросхеми серій К176, К561, К1561, а також 564. Резистори-типу МЛТ-0, 125. Резистор R8 краще використовувати багатооборотні типу СП5-1. Як калібрувального конденсатора автор використав К71-5В 1 мкФ ± 1%. Слід зазначити, що не всі екземпляри ІМС К176ЛА7 стійко працюють в кварцовому генераторі, тому використовувати в якості DD1 К176ЛА7 не рекомендується.

В якості індикаторів можна застосувати, крім зазначених на схемі, ІВЗ, ІВ8. Якщо ж застосувати рідкокристалічні індикатори, що потребують невеликої доробки схеми [3, 4], прилад може харчуватися від однієї батареї напругою 9 В типу "Крона".

Література

1. Курочкіна Л. А. Цифровий вимірювач ємності оксидних конденсаторів. – Радіо, 1988, N8, С. 50-52.
2. Шелестов І. П. радіоаматорам: корисні схеми. Кн. 2. – М.: "Солон", 1998.
3. Бірюков С. А. Цифрові пристрої на КМОП-інтегральних мікросхемах. 2-е вид. Оформлені. і доп. – М.: Радіо і зв'язок, 1996.
4. Бистров Ю. О. та ін Оптоелектронні пристрої в радіоаматорського практиці – М.: Радіо і зв'язок, 1995

А. Уваров,
Радіоаматор № 5, 2001р.