|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medición de capacitancia y ESR de capacitores con un instrumento combinado. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El autor ofrece a los radioaficionados que han ensamblado el dispositivo [1] un accesorio con el que se puede medir la capacitancia y la ESR de los condensadores. Conocer estos parámetros, especialmente el EPS, es necesario con bastante frecuencia hoy en día, por ejemplo, en la fabricación de diversos dispositivos de impulso. Durante la modernización del instrumento combinado [1], decidí, creando pequeños archivos adjuntos, introducir en el dispositivo nuevas funciones relativamente poco utilizadas que no se pueden implementar solo en software. Esto hace posible no cambiar nada en él, excepto el programa del microcontrolador. La implementación de este método de modernización está garantizada por la presencia de un conector en el dispositivo, al que están conectadas cuatro líneas de información de su microcontrolador y la tensión de alimentación. Los archivos adjuntos están conectados a este conector. El primer paso en esta dirección fue la creación de un accesorio para medir la inductancia, descrito en [2]. El nuevo accesorio está diseñado para recolectar condensadores que solo deben instalarse en algún dispositivo, y no para medir sus parámetros sin desoldarlos del dispositivo. En base a esto, consideré posible aumentar el voltaje en el capacitor medido, lo que permitió reducir el error de medición. Con el accesorio propuesto, el dispositivo en el modo de medición de capacitancia y ESR tiene lo siguiente Características:
La base para medir la capacitancia y la ESR es el principio de cargar el capacitor medido con una corriente estable y registrar los momentos en que el voltaje alcanza dos niveles de control (umbrales). Este principio se utiliza en muchos otros dispositivos, por ejemplo [3]. Estructuralmente, el accesorio considerado repite la parte de medición de este dispositivo.
El diagrama de fijación se muestra en la Fig. 1. En comparación con [3], se han realizado los siguientes cambios: - se eliminaron los diodos, que deberían proteger los elementos del dispositivo contra daños cuando se le conecta un condensador cargado de alta capacidad. Hay dos razones. En primer lugar, según el autor, cumplen su función protectora de forma muy limitada. Por ejemplo, un condensador con una capacidad de varios miles de microfaradios, conectado accidentalmente a un dispositivo, cargado a un voltaje de 50 V o más, aún no se salvará. En segundo lugar, los diodos no permiten que el voltaje en el condensador medido sea mayor que el nivel de su apertura. Si se abandonan los diodos, la función protectora dentro de los mismos límites se puede implementar utilizando el transistor VT3 con el control adecuado por parte del microcontrolador. Y desde el punto de vista de la seguridad de trabajar con el dispositivo, será correcto antes de conectar un condensador de gran capacidad (especialmente de alto voltaje) al dispositivo, asegúrese de descargarlo; - el decodificador utiliza solo un generador de corriente estable (GST), que proporciona mediciones en todo el rango de capacitancia indicado anteriormente. Se diferencia del original por una mayor estabilidad de la corriente de salida. Esto se logra mediante el uso de un regulador de voltaje integrado paralelo de mayor precisión y un transistor con un alto coeficiente de transferencia de corriente base. Además, se ha aumentado la corriente de salida del GTS, lo que ha reducido el error de medición (especialmente ESR) asociado con la corriente de fuga del capacitor. El funcionamiento del decodificador, el procesamiento de las señales provenientes del mismo y los cálculos necesarios son realizados por el microcontrolador del instrumento combinado. Los intervalos de tiempo se cuentan mediante temporizadores de 32 bits, sincronizados a 32 MHz, lo que proporciona no sólo una alta precisión de medición, sino también un gran límite superior teórico de la capacitancia medida (varios faradios). Sin embargo, lograr tal límite en la práctica es difícil porque la tasa de aumento de voltaje en el capacitor medido se vuelve muy pequeña con un aumento en su capacitancia, como resultado de lo cual el error al determinar el momento en que el comparador alcanza el umbral aumenta. Por lo tanto, la capacitancia máxima mensurable está limitada por software a 99999 uF, lo cual es suficiente para la mayoría de los propósitos prácticos. Después de conectar el accesorio al dispositivo y cambiarlo al modo de medición de capacitancia y EPS, el microcontrolador abre el transistor VT3 y cierra el transistor VT1, lo que apaga el GTS. Las entradas inversoras de los comparadores del microcircuito DA2 se alimentan con voltajes ejemplares del divisor R4-R6, que establece los umbrales para su funcionamiento (U1≈0,25 V; tu2≈0,5V). Lógicamente, en el estado inicial se ajustan niveles de tensión bajos en las salidas de ambos comparadores. Condensador medido siguiente Cx conéctese al conector X1 del decodificador y presionando la tecla correspondiente en el dispositivo inicie el proceso de medición. Durante los primeros tres segundos después del inicio, el programa mantiene el transistor VT3 en estado abierto para eliminar una posible carga residual del condensador medido, después de lo cual cierra este transistor y abre el transistor VT1, incluido el HTS. A partir de este momento, la corriente de salida del HTS Iartículo comienza a cargar el condensador Cx. La corriente de entrada de los comparadores se puede ignorar, ya que en comparación con Iartículoes extremadamente pequeño. Durante la carga, el voltaje a través del capacitor aumenta linealmente. Simultáneamente con el encendido del GTS, el programa inicia dos temporizadores de 32 bits del microcontrolador para determinar la duración del aumento de voltaje en el capacitor hasta los umbrales de los comparadores. En el momento de funcionamiento de cada comparador, el nivel de voltaje en su salida aumenta. Una vez solucionado este problema, el programa detiene el cronómetro correspondiente. Una vez que se activan ambos comparadores, finaliza el proceso de medición, el programa cierra el transistor VT1, apaga el GTS y abre VT3, descargando el capacitor medido a través de su canal abierto para preparar el decodificador para el siguiente ciclo de medición. Luego realiza cálculos de capacitancia y ESR y muestra los resultados en la pantalla LCD del panel de instrumentos combinados. Fórmula de cálculo de capacidad: C=yoartículo (t2 - T1)/(tú2 - U1) donde t1, t2 - momentos en los que la tensión en el condensador medido alcanza el primer y segundo nivel umbral, respectivamente; Ud.1, ELLA ES2 - tensiones del primer y segundo nivel umbral. Después de calcular la capacidad, el programa calcula la ESR. El método de cálculo se ilustra en los gráficos de la Fig. 2. La línea roja es el gráfico de carga del condensador medido real. Debido a la presencia de EPS, el voltaje a través de él al inicio de la carga salta a UR - caída de tensión en el EPS del condensador cuando la corriente de carga Icr fluye a través de él. Umbral U1 y tú2 el voltaje en el capacitor alcanza, respectivamente, en los momentos t1 y t2. La línea azul muestra la curva de carga de un condensador ideal de la misma capacitancia (recuerde que la capacitancia ya ha sido medida). Dado que la ESR de un capacitor ideal es cero, el voltaje a través del capacitor comienza a aumentar linealmente desde cero. La línea azul corre paralela a la línea roja porque la corriente de carga Iartículo estabilizado y no depende de EPS. El voltaje a través de un capacitor ideal alcanzaría U2 en el momento t3, que se puede determinar mediante la fórmula t3 = tu2 Cx/Iartículo. Consideremos ahora dos triángulos ABC y A'B'C. Son semejantes, por tanto, puedes hacer una proporción: B'C/BC = A'C/AC
De la fig. 2 se sigue que: BC=t2; CA=U2 - UR; B'C = t3; A'C = U2. Sustituyendo estos valores en la proporción anterior, obtenemos t3 /t2 = tu2 / (tú2 - UR). Dada la fórmula para calcular t3 Después de transformaciones simples, es fácil determinar que la caída de voltaje a través del EPS es igual a UR = tu2 - Losartículo (t2/Cx). Y finalmente, obtenemos el valor deseado de EPS dividiendo por Iartículo lados izquierdo y derecho de la fórmula anterior: R = (U2/Iartículo) - (t2/Cx). Este cálculo también se puede realizar sobre el primer umbral, reemplazando las variables U2 y t2 respectivamente en U1 y t1. El programa muestra los valores de capacitancia encontrados y ESR del capacitor medido en la pantalla LCD del instrumento combinado. El prefijo se ensambla sobre una placa de circuito impreso con unas dimensiones de 30x60 mm, cuyo dibujo se muestra en la fig. 3. Está diseñado para la instalación de componentes de montaje en superficie.
Todas las resistencias y condensadores son del tamaño 1206. El prefijo se conecta al conector XS1 del dispositivo [1] con un cable plano con conector X2 (PLS8). El voltaje de +2 V de la fuente de alimentación interna del instrumento debe conectarse al pin 1 del conector XS5. En lugar del transistor VS857C, puede usar otro transistor de baja potencia de estructura p-n-p con un coeficiente de transferencia de corriente base de al menos 250, y en lugar del transistor VS847C, puede usar cualquier transistor de baja potencia de estructura npn. Ambos transistores deben estar en el paquete SOT23; de lo contrario, será necesario reelaborar la PCB. Reemplazo del transistor IRLL024Z - efecto de campo con puerta aislada y canal n. Debe estar diseñado para controlar los niveles de voltaje lógico, tener una resistencia de canal abierto de no más de 50 ... 80 mOhm, una capacitancia de puerta de no más de 500 ... /P se puede reemplazar con LM850. El tablero se coloca en cualquier caso conveniente. Es conveniente utilizar abrazaderas de resorte como conector X1 para conectar el condensador medido al accesorio. La instalación de estos dispositivos suele ser la etapa más difícil de su fabricación. Todos los dispositivos para medir capacitancia y ESR, cuyas descripciones he conocido, requieren una selección precisa de varias partes, y algunos (por ejemplo, [3]) también realizan una serie de cálculos y modifican el programa del microcontrolador para una instancia específica de el dispositivo fabricado. Este es un proceso bastante laborioso, por lo que al diseñar el decodificador en cuestión, reemplacé el ajuste del hardware midiendo los valores de los parámetros determinantes e ingresándolos en el dispositivo operativo para su uso posterior. En otras palabras, el proceso de selección de piezas ha sido sustituido por una operación de calibración de software. Los resultados de la calibración se almacenan en la EEPROM del microcontrolador del panel de instrumentos combinados, por lo que solo es necesario realizarla una vez. La calibración requiere un multímetro capaz de medir CC de 5...20 mA con una precisión de al menos dos decimales después del punto decimal y una tensión CC de 0...2 V con una precisión de al menos tres decimales después del punto decimal. punto. Estos requisitos los cumplen bien la mayoría de los multímetros digitales económicos. Se debe cargar en el microcontrolador del dispositivo el programa de la versión 2.05 adjunto al artículo. Conecte el decodificador, al conector X1 del cual no hay nada conectado, al dispositivo y aplíquele energía. La pantalla LCD mostrará el menú principal que se muestra en la Fig. 4. Después de eso, deje que el dispositivo se caliente durante dos o tres minutos para establecer las condiciones térmicas. Al modo de medición de capacitancia y EPS se ingresa presionando por tercera vez la tecla "GN". Esto no es muy rápido ni conveniente, pero durante mucho tiempo no quedan teclas libres en el teclado del dispositivo.
Cuando cambia por primera vez al modo de medición de capacitancia y ESR, el programa del microcontrolador, al no encontrar valores de coeficiente de calibración en su EEPROM que puedan interpretarse correctamente, llamará automáticamente a la subrutina de calibración. Si esto no sucede, llámelo presionando la tecla "2". La pantalla LCD tomará la forma que se muestra en la fig. 5.
El programa le pedirá que introduzca sucesivamente los valores de cuatro parámetros: la corriente GTS, las tensiones del primer y segundo umbral y la resistencia de la conexión, acompañando las solicitudes con un menú interactivo detallado. El valor exacto de cada parámetro solicitado debe medirse con un multímetro y escribirse en el teclado del dispositivo. corriente GTS (Iartículo) se mide conectando un multímetro en el modo de medición actual al conector X1 del decodificador. Debe estar entre 10 ... 25 mA. Tensión U1 medido en el pin 6 del chip DA2. Límites permitidos: 0,2 ... 0,32 V. Tensión U2 medido en el pin 2 del mismo chip. Límites permitidos: 0,42 ... 0,55 V. Establezca el valor de resistencia de la conexión en cero por ahora. Esta es la resistencia de los cables de conexión y los contactos del conector con los que el condensador medido está conectado al accesorio. A menudo es comparable a la ESR de este condensador. Pero de su contabilidad hablaremos más adelante. Después de ingresar todos los parámetros requeridos, aparecerá la inscripción "CALIBRADO" en la pantalla durante 2 segundos y el dispositivo cambiará al modo de medición de capacitancia y ESR. La vista de la pantalla LCD después de cambiar a este modo se muestra en la fig. 6, y después de la medición - en la fig. 7. Si el valor de ESR medido es inferior a 0,01 ohmios, se muestra como cero.
Ahora el dispositivo está operativo y le permite realizar el último paso de la calibración: determinación de la resistencia de la conexión. Para hacer esto, conecte un capacitor con una capacidad de 1 ... 3300 μF al conector X4700 y, presionando el botón "D", comience a medir su capacitancia y ESR. Habiendo recordado el valor ESR medido, debe repetir la operación conectando el mismo condensador directamente a las almohadillas de contacto del conector mencionado en la placa de circuito impreso del decodificador. La diferencia entre los dos valores de EPS obtenidos será el valor de la resistencia de la conexión. Ahora queda transferir el dispositivo al modo de calibración presionando el botón "2" e ingresar el valor obtenido en el programa. El dispositivo está listo para funcionar. El tiempo de ejecución de una medición está en el rango de 3...6 s. No puede ser inferior a 3 s, ya que ese es el tiempo asignado en el programa para descargar el condensador medido. El proceso de medición en sí no dura más de 3 s. Durante las mediciones, se pueden mostrar mensajes en la pantalla del dispositivo sobre el valor de capacitancia medido que excede el límite superior o inferior permitido, así como sobre un mal funcionamiento del accesorio. Esto último indica un mal funcionamiento del sistema de interrupción del microcontrolador, que puede ocurrir durante cualquier manipulación con un decodificador en funcionamiento utilizando dispositivos que tienen alimentación de red. Para restablecer el funcionamiento normal, es necesario apagar y encender nuevamente el cuadro de instrumentos. El prefijo descrito permite medir una resistencia activa baja en el rango de 0,01 ... 0,2 ohmios, con lo que los multímetros simples no funcionan bien. Para hacer esto, la resistencia medida debe conectarse al conector X1 en serie con el capacitor, cuya ESR se midió de antemano. Después de medir la ESR de dicho circuito, el valor de la ESR del condensador se resta del resultado. El resto es la resistencia de la resistencia medida. El dispositivo se transfiere a otros modos de funcionamiento presionando los botones "OS", "LA" o "GN". Si el usuario dispone de un condensador cuyos parámetros se conocen de antemano con gran precisión, es recomendable medirlos mediante un accesorio fabricado para evaluar la corrección de su funcionamiento. Si se encuentran diferencias significativas entre los parámetros medidos y los conocidos, se deben buscar sus causas. Pueden ser piezas defectuosas o errores al medir e ingresar parámetros en el programa durante la calibración. La presencia de piezas defectuosas distorsiona radicalmente los resultados de la medición varias veces o provoca saltos significativos de una medición a otra. Esto último es típico de los comparadores inestables. En caso de errores en la medición y la introducción de los parámetros de calibración, los resultados son estables, pero no verdaderos. Son estos errores las principales fuentes de error del instrumento. Los valores umbral erróneos influyen especialmente en el resultado. En este caso, un error de 2 ... 3 mV provoca un cambio en el valor ESR medido en varios ohmios. Sin un multímetro preciso, pero con un condensador de referencia, el error se puede eliminar experimentalmente cambiando los parámetros de calibración de entrada dentro de límites pequeños. La versión 2.05 del programa del microcontrolador y el archivo PCB en formato Sprint Layout 5.0 se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/02/2-05.zip. Literatura
Autor: A. Savchenko
Una nueva forma de controlar y manipular señales ópticas
05.05.2024 Teclado Primium Séneca
05.05.2024 Inaugurado el observatorio astronómico más alto del mundo
04.05.2024
▪ registro de transferencia de datos grandes ▪ El Internet móvil más rápido ▪ Ahorro en cajeros automáticos ▪ Vidrio para proteger secretos
▪ sección del sitio Microcontroladores. Selección de artículos ▪ Artículo Terapia Hospitalaria. Notas de lectura ▪ artículo La composición funcional de los televisores JVC. Directorio ▪ Unidad de control del refrigerador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. ▪ Artículo de microondas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página