Описываемый в статье прибор позволяет быстро и с приемлемой точностью измерять ёмкость оксидных конденсаторов. Использованный в нём метод измерения ёмкости основан на зарядке конденсатора стабильным током до заданного напряжения. В течение зарядки идёт счёт импульсов известной частоты. Ток зарядки подобран так, что число, накопленное счётчиком к моменту завершения счёта, равно ёмкости конденсатора в микрофарадах.
Интервал измеряемой прибором ёмкости - 1...99999 мкФ, погрешность измерения не превышает 10 %. Питают его от трёх гальванических элементов типоразмера АА или от стабилизированного сетевого источника с выходным напряжением 5 В. Потребляемый ток - 55 мА с включённой подсветкой индикатора, без неё он не превышает 17 мА. При сработавшем реле ток возрастает до 95 мА.
Схема измерителя ёмкости показана на рис. 1. Проверяемый конденсатор подключают к зажимам "Cx". Если в нём имеется остаточный заряд, происходит разрядка конденсатора через резисторы R2 и R3. По команде микроконтроллера DD1 электромагнитное реле K1 своими контактами переключает конденсатор из режима разрядки в режим измерения ёмкости. Микроконтроллер управляет реле с помощью ключа на транзисторе VT4.
Рис. 1. Схема измерителя ёмкости
На транзисторах VT1 и VT2 реализован источник тока зарядки конденсатора, изменяют этот ток подстроечным резистором R5. Пороговым устройством служит встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор, работающий с образцовым напряжением 1,11 В. Полевой транзистор VT3, закрывшись по команде микроконтроллера, разрешает зарядку измеряемого конденсатора от источника тока. Тактовая частота микроконтроллера и, следовательно, частота вырабатываемых им счётных импульсов стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Результат измерения микроконтроллер выводит наЖКИ HG1.
Чертёж печатной платы прибора изображён на рис. 2. Она рассчитана на установку выводных постоянных резисторов мощностью 0,25 Вт и подстроечного резистора 3266W1-1-101LF. Оксидный конденсатор C1 - К50-35, керамические конденсаторы C2, C5 - К10-17, C3 и C4 - типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Реле - HK4100F-5VDC-SHG с сопротивлением обмотки 125 Ом.
Рис. 2. Чертёж печатной платы прибора
После включения питания обмотка реле K1 обесточена, транзистор VT3 открыт. Программа периодически проверяет состояние кнопки SB1. При нажатии на неё на ЖКИ появляется сообщение "Разр. Cx", следует пауза длительностью 3 с, после чего начинает работать подпрограмма измерения ёмкости конденсатора. Подав команду на включение реле, она выдерживает паузу на время дребезга его контактов, после чего закрывает транзистор VT3 и запускает в микроконтроллере таймер T1. Тактовая частота этого таймера установлена равной 1 МГц. При каждом его переполнении содержимое ячеек памяти, в которых организован счётчик импульсов, увеличивается на единицу.
Запустив таймер, подпрограмма периодически проверяет состояние выхода ACO компаратора. При его нулевом значении (компаратор сработал) она останавливает таймер, открывает транзистор VT3 и подаёт реле K1 команду на отпускание. Далее содержимое счётного регистра таймера и организованного в памяти счётчика копируется в промежуточные регистры и после преобразования в двоично-десятичный формат выводится на ЖКИ. При этом два младших десятичных разряда числа программа отбрасывает, а незначащие нули гасит.
После обнуления счётчика программа снова ожидает нажатия на кнопку SB1, которое запустит следующее измерение. Конфигурация микроконтроллера приведена в таблице.
Разряд | Сост. | Разряд | Сост. |
DWEN | 1 | CKDIV8 | 1 |
EESAVE | 1 | CKOUT | 1 |
SPIEN | 0 | SUT1 | 1 |
WDTON | 1 | SUTO | 0 |
BODLEVEL2 | 1 | CKSEL3 | 1 |
BODLEVEL1 | 1 | CKSEL2 | 1 |
BODLEVELO | 1 | CKSEL1 | 1 |
RSTDISBL | 1 | CKSEL0 | 1 |
1 - не запрограммировано; 0 - запрограммировано. | |||
Готовый прибор калибруют по конденсатору известной ёмкости, находящейся в пределах 100...1000 мкФ. Подключив этот конденсатор к зажимам "Cx", устанавливают с помощью подстроечного резистора R5 на ЖКИ значение, равное ёмкости образцового конденсатора.
Временно отключив сток транзистора VT3 и подключив миллиамперметр между входом PB1 микроконтроллера и общим проводом, можно измерить зарядный ток конденсатора. Его ориентировочное значение - 10...11 мА. К сожалению, этот ток зависит от напряжения питания прибора и изменяется в процессе измерения по мере зарядки конденсатора. Именно это вносит основную погрешность в результаты измерения. Однако построить более стабильный источник зарядного тока, не повышая значительно напряжение питания, не представилось возможным.
Файл печатной платы в формате DipTrace и программа микроконтроллера имеются здесь.
Автор: Н. Салимов, г. Ревда Свердловской обл.