LC Метр Прибор для измерения емкости и индуктивности на PIC16F628A. Цифровой LC-метр Видео работы измерителя

Прибор R/L/C/ESR-Meter для измерения малых сопротивлений , индуктивностей , емкостей конденсаторов и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) или по английски Equivalent Series Resistance (ESR) электролитических конденсаторов

В связи с тем, что в настоящее время очень широкое применение получили импульсные блоки питания, инверторы и пр. преобразователи, работающие на высоких частотах, то при их ремонте возникла необходимость в приборе для измерения ESR электролитических конденсаторов. Несколько месяцев я "гулял" по просторам Интернета в поисках нужного мне прибора, собрал несколько аналоговых и цифровых приборов для измерения ESR и остановился на одном, который и предлагаю к повторению. Множество предлагаемых в Интернете приборов, в том числе и тестер полупроводниковых приборов описание которого приведено , кроме своих основных функций могут измерять и ёмкости, и индуктивности, и т.д. Но, к сожалению, я не нашёл универсальный измерительный прибор, который может измерять абсолютно всё и качественно. Просмотрел кучу схем и видеороликов на YouTube и для себя решил, что нужно иметь несколько разных приборов, умеющих делать свою работу. В любом случае, все наши самоделки не являются высокоточными измерительными приборами, но обеспечивают измерения с достаточной для нашего творчества точностью. Дополнительно радует, лично меня, то, что устройство собрано моими руками, да ещё и работает:) короче говоря, кому интересно - читаем дальше о конструкторе который я всем предлагаю...

С помощью конструктора можно собрать очень полезный и, что самое главное, простой в сборке и наладке прибор, который будет очень полезен в повседневной работе специалисту по ремонту радиоаппаратуры, радиолюбителю и т.д. - измеритель индуктивности, ёмкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС или ESR) электролитических конденсаторов, очень маленьких сопротивлений (миллиомметр) - « LCM TESTER » . Индикация выполнена на жидкокристаллическом дисплее 2х16 символов с функцией подсветки.

Технические характеристики:

• Напряжение питания (при питании от батарейки 6F22) 9 В
• Ток потребляемый при работе от батарейки 8-10 мА
• Напряжение питания (при питании от блока питания) 9-12 В
• Тип индикатора ЖКИ 2х16
• Ток, потребляемый от сетевого адаптера 60-100 мА
• Максимальное измеряемое сопротивление 30 Ом
• Диапазон измерения ёмкости 0,1 пФ-0,1 Ф
• Погрешность при измерении ёмкости 0,1 пФ-200нФ 1%
• Погрешность измерения ёмкости >200 нФ 2,5%
• Погрешность измерения сопротивления до/более 500 мОм 5%/10%
• Диапазон измерения индуктивности (погр. 5%) 10 нГн-20 Гн
• Диапазон измерения сопротивлений (погр. 5%) 0-30 Ом
• Размеры печатной платы 80х65 мм

Что такое ЭПС или ESR? Зачем нужно его измерять?

ESR (Equivalent Series Resistance) - эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой сумму последовательно включенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками (пластинами) электролитического конденсатора, что является важнейшим параметром электролитических конденсаторов. В русскоязычной аббревиатуре - Эквивалентное Последовательное Сопротивление - ЭПС. По сути, измеритель ESR - это омметр переменного тока, работающей на частоте 50...120 кГц. На этих частотах емкостное сопротивление электролитических конденсаторов мало (около нуля), поэтому показания этого омметра при проверке конденсаторов как раз и дают ESR. Чем меньше это сопротивление - тем качественнее электролитический конденсатор! Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. Рассматривать детально процессы всех видов поляризации нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом. Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией). В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути, уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают. В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше. Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой, по сути, резистор, подключенный последовательно с конденсатором. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0,01 Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей импульсных источников питания на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров импульсных источников питания обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите. Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем, может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что, впоследствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу. Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации - Low impedance или Low ESR. Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора! Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу - годен или не годен для работы в конкретном узле устройства. Но, следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

Данная информация позаимствована с сайта http://tel-spb.ru , там размещена более подробная теоретическая информация по вопросам измерения ESR

В отличие от универсальных измерителей, предлагаемых на рынке, да и измерителей специализирующихся именно на измерении ESR, данный прибор обладает высокой точностью и отображает на дисплее достоверные данные измеренных величин, а не шо попало, абы только носить гордое имя измерителя ESR - это проверено неоднократно на практике.

Сборка и калибровка прибора:

В набор входят: печатная плата с маской и маркировкой радиокомпонентов, все необходимые для сборки тестера радиокомпоненты, кнопки с колпачками, провод с разъёмом для батарейки типа «крона», гнездо для подключения вешнего блока питания, ЖКИ дисплей 2х16. Необходимо запаять в плату все детали согласно принципиальной схеме, смыть флюс и выполнить осмотр печатной платы на предмет отсутствия ненужных перемычек из припоя между дорожками. После этого можно подключать дисплей и источник питания. Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Только необходимо при первом включении отрегулировать контрастность ЖКИ дисплея при помощи подстроечного резистора RV1. Для этого необходимо подать напряжение питания на тестер - нажать кнопку «POWER» и отрегулировать контрастность дисплея. После включения прибора необходимо выполнить его калибровку.

Начальная калибровка в режиме «С» происходит при включении прибора (прибор должен быть в этом режиме при включении прибора).

Если ноль "ушел", то для калибровки нужно:

1. Включить кнопку калибровки.

2. Дождаться появления сообщения типа R=0238 Ом

3. Отключить кнопку повторным нажатием и убрать руки от прибора.

4. Дождаться сообщения о подтверждении калибровки типа С->0. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль "ушел", то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Для режима «L» все точно также, только нужно замкнуть контакты разъема измерения индуктивности перемычкой (для режима «С» контакты открытые).

Аналогично для режима ESR нужно обязательно сделать калибровку, иначе малые значения R могут "съедаться":

1. Замкнуть контакты разъема измерения ёмкости и ESR перемычкой.

2. Нажать кнопку калибровки и будет выведена информация на экран о напряжении, прилагаемом к конденсатору, и частота измерения ESR.

3. После этого дождаться появления сообщения R= 0238 Ом, отжать кнопку. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль "ушел", то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Ток, потребляемый устройством очень мал, порядка 8-10 мА, поэтому батарейки 6F22 «Крона» 9В хватит на очень долгое время. При этом подсветка дисплея не работает. Чтобы работала подсветка дисплея необходимо подключить к разъёму на плате внешний сетевой адаптер 7-12В.

Диаграмма ESR электролитических конденсаторов:

По приведенным выше графикам можно определить максимально допустимое сопротивление (значение ESR) электролитического конденсатора в зависимости от ёмкости и рабочего напряжения. Следовательно, для определения наибольшего эквивалентного сопротивления электролита необходимо на вертикальной оси найти значение (отметить точку) ёмкости указанное на корпусе конденсатора и провести через это значение горизонтальную прямую линию до пересечения с необходимым графиком. График нужно выбрать исходя из номинального рабочего напряжения конденсатора. Из точки пересечения горизонтальной прямой и графика опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. По шкале на горизонтальной оси определяем наибольшее допустимое значение ESR для испытываемого конденсатора. Кроме того, прибор отображает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика. Отображение выполняется при помощи индикатора Bar Graph (закрашиваемый столбик). Чем больше закрашен индикатор, тем хуже состояние диэлектрика и наоборот.

Что значит надпись m60 и т.п.? Эффект памяти конденсатора. Конденсатор заряжается постоянным напряжением, затем оставляется в покое на некоторое время, после этого проверяется напряжение на конденсаторе. Чем меньше "m**", тем лучше, для m60 памяти, я думаю это что-то похожее на плохой конденсатор из какого-то блока питания, хороший же электролитический конденсатор имеет "m20" или меньше, по крайней мере большинство из них которые я измерял, имели такую величину. И наилучшие могут иметь "m1-m2", это в основном металлизированные конденсаторы. Однако действительно очень хорошие электролитические конденсаторы могут иметь такие величины тоже. Теперь понятно также, что означают буквы и цифры типа "m60" в строке где показывается емкость - это эффект памяти конденсатора. Т.е. чем меньше это значение, тем лучше качество конденсатора.

Дополнительные функции:

Если дополнительно изготовить простенькие щупы, то можно производить измерение ESR конденсаторов непосредственно в печатной плате без выпаивания и без вреда компонентам платы!На схеме: резистор R1 0,6-2 Вт, 22±1% Ом, конденсатор С1 полипропиленовый с малыми потерями типа WIMO, D1 и D2 диоды с барьером Шоттки типа BAT46.

Доступны собранные приборы и наборы для сборки с ЖКИ дисплеем с синей подсветкой и белыми символами:

В варианте с синим дисплеем подсветка включается при питании как от батарейки, так и от сетевого адаптера. Ток, потребляемый от источника питания при работе измерителя, составляет 20...22 мА.

Схема электрическая принципиальная:

Видео работы прибора можно увидеть здесь:

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 90 грн.

Стоимость запрограммированного микроконтроллера: 110 грн.

Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 430 грн.

Стоимость собранного и проверенного прибора: 460 грн.

Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится

Для заказа устройства просьба обращаться или

Удачи, мирного неба, добра! 73!

Милливольтметр переменного тока (узел Б) выполнен на транзисторе VT3 и микросхеме DA4. Каскад на полевом транзисторе, выполненный по схеме истокового повторителя, увеличивает входное сопротивление устройства до 100 МОм. Стрелочный измеритель РА1 включен на выходе усилителя в диагональ выпрямительного моста на диодах VD3, VD4 и резисторах R44, R45. Шкала милливольтметра линейна, погрешность измерений практически определяется классом применяемого стрелочного измерителя.
В конструкции прибора применен стрелочный измеритель типа М906 с током полного отклонения 50 мкА. Переключатели SA1 и SA2 галетные, типа ПГГ - 9П6Н и 3П1Н соответственно. Переключатель SA3 типа ТВ1-1.
В качестве калибровочных использованы резисторы С2-10, С-13, С2-14, остальные резисторы типа МЛТ или ОМЛТ. Конденсаторы КТ-1, КСО, МБМ, К73-17, К50-6, К50-20, возможно применение и других типов. Точность измерений прибора в определяющей мере зависит от подбора калибровочных конденсаторов, дополнительных и калибровочных резисторов, поэтому их необходимо подобрать с точностью не хуже ±0,5 %. Если же эти элементы использовать с точностью ±0,1...0,25%, то погрешность измерения практически сведется к точности используемой измерительной головки микроамперметра.
Операционные усилители К574УД1 и К140УД8 могут быть использованы с любыми буквенными индексами и возможна взаимная их замена без изменения рисунка печатной платы. Кроме того, вместо микросхемы К574УД1 можно применить К544УД2, а вместо К553УД2 микросхему К153УД2, но для каждого из этих случаев потребуется изменить рисунок токоведущих дорожек платы.
Кроме указанных на схеме типов диодов, можно использовать диоды Д311А, Д18, Д9. Транзистор КП103М можно заменить на любой транзистор из группы КП103, а КП303В на КП303Г или КП303Е. В качестве транзистора VT2 применим любой транзистор из групп КТ815 или КТ817.
Все калибровочные и дополнительные элементы подпаяны непосредственно к выводам переключателя SA1, а элементы генератора и милливольтметра размещены на двух печатных платах из фольгированного стеклотекстолита с односторонней металлизацией. На плате генератора транзистор VT2 следует разместить на теплоотводящем радиаторе с площадью теплорассеивающей поверхности 50 см 2 . Плата милливольтметра закреплена непосредственно на выходных зажимах стрелочной измерительной головки.
Налаживание измерителя следует начать с регулировки генератора. При правильно выполненном монтаже и исправных элементах вращением движка подстроечного резистора R26 генератор устанавливают в устойчивый режим работы. Удобно наблюдать настройку генератора по экрану осциллографа, а частоту определять по электронно-счетному частотомеру.
Для установки генератора на частоту 159 Гц переключатель SA1 ставят в любое из семи верхних по схеме положений и с помощью подстросчных резисторов R21 и R22 регулируют значение частоты. Если пары конденсаторов С7, С10 и С8, С9 подобраны с точностью не хуже ±1%, то настройку на частоту 15,9 кГц производить не требуется, она обеспечивается автоматически. Следует отметить, что точная установка частот не обязательна, важно лишь, чтобы они отличались друг от друга в 100 раз. Влияние неточности установки частот легко компенсируется при калибровке прибора.
Налаживание милливольтметра сводится к установке подстроенным резистором R43 стрелки микроамперметра на последнее деление шкалы при подаче на вход милливольтметра напряжения 0,05 В частотой 159 Гц. Затем проверяют соответствие отклонения стрелки прибора при подаче на вход напряжения 0,05 В частотой 15,9 кГц. При исправных элементах схемы это обеспечивается автоматически, никаких подстроек не требуется.
Для удобства отсчета показаний шкалу микроамперметра следует выполнить на 100 делений или использовать готовую от аналогичного микроамперметра на 100 мкА, установив ее взамен шкалы 50 мкА.

Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.

Схема:

Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).

Прошивки для микроконтроллера:

Печатная плата:

Файл печатной платы в формате sprint layout:

Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.

У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.

Провода измерительные:

Должны быть как можно короче.

Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:

Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.

Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).

Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).

Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.

Проверка и калибровка:

1. Проверьте установку деталей на плате.
2. Проверьте установку всех перемычек на плате.
3. Проверьте правильность установки PIC, диодов и 7805.
4. Не забудьте – «прошить» PIC до установки в LC — метр.
5. Осторожно включите питание. Если есть возможность, используйте регулируемый источник питания в первый раз. Измерять ток при увеличении напряжения. Ток должен быть не более 20мА. Образец потреблял ток 8мА. Если ничего не видно на дисплее покрутите переменный резистор регулировки контраста. На дисплее должно быть написано «Calibrating », затем C=0.0pF (или С= +/- 10пФ).
6. Подождите несколько минут («warm-up»), затем нажмите кнопку «zero» (Reset) для повторной калибровки. На дисплее должно быть написано C=0.0pF.
7. Подключите «калибровочный» конденсатор. На дисплее LC – метра увидите показания (с +/- 10% ошибкой).
8. Для увеличения показаний емкости замкните перемычку «4» см. картинку ниже (прим. 7 ножка PIC). Для уменьшения показаний емкости, замкните перемычку «3» (прим. 6 ножка PIC) см. картинку ниже. Когда значение емкости будет совпадать с «калибровочным» удалите перемычку. PIC запомнит калибровку. Вы можете повторять калибровку множество раз (до 10,000,000).
9. Если есть проблемы с измерениями, вы можете с помощью перемычек «1» и «2» проверить частоту генератора. Подсоедините перемычку «2» (прим. 8 ножка PIC) проверьте частоту «F1» генератора. Должно быть 00050000 +/- 10%. Если показания будут слишком большие (near 00065535), прибор выходит в режим «переполнение» и показывает ошибку «overflow» . Если показание слишком низкие (ниже 00040000), вы потеряете точность измерения. Подсоедините перемычку «1» (прим. 9 ножка PIC) для проверки калибровки частоты «F2». Должно быть около 71% +/- 5% от «F1» которые вы получили подсоединяя перемычку «2».
10. Для получения максимально точных показаний можно регулировать L до получения F1 около 00060000. Предпочтительней устанавливать «L» = 82 мкГн на схеме 100мкГн (вы можете не купить 82мкГн;)).
11. Если на дисплее 00000000 для F1 или F2, проверьте монтаж около переключателя L/C — это означает, что генератор не работает.
12. Функция калибровки индуктивности автоматически калибруется, когда происходит калибровка емкости. (прим. калибровка происходят в момент срабатывания реле когда замыкаются L иC в приборе).

Тестовые перемычки

1. Проверка F2
2. Проверка F1
3. Уменьшение C
4. Увеличение C

Как проводить измерения:

Режим измерения емкости:

1. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «C»
2. Нажимаем кнопку «Zero»
3. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «C = 0.00pF»

Режим измерения индуктивности:

1. Включаем прибор, ждем пока загрузится
2. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «L»
3. Замыкаем измерительные провода
4. Нажимаем кнопку «Zero»
5. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «L = 0.00uH»

Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.

Я уверен, что этот проект не является новым, но это собственная разработка и хочу, чтобы этот проект так, же был известен и полезен.

Схема LC метра на ATmega8 достаточно проста. Осциллятор является классическим и выполнен на операционном усилителе LM311. Основная цель, которую я преследовал при создании данного LC метра — сделать его не дорогим и доступным для сборки каждым радиолюбителем.

Принципиальная схема измерителя емкости и индукции

Характеристики LC-метра:

• Измерение емкости конденсаторов: 1пФ — 0,3мкФ.
• Измерение индуктивности катушек: 1мкГн-0,5мГн.
• Вывод информации на ЖК индикатор 1×6 или 2×16 символов в зависимости от выбранного программного обеспечения

Для данного прибора я разработал программное обеспечение, позволяющее использовать тот индикатор, который есть в распоряжении у радиолюбителя либо 1х16 символьный ЖК-дисплей, либо 2х 16 символов.

Тесты с обоих дисплеев, дали отличные результаты. При использовании дисплея 2х16 символов в верхней строке отображается режим измерения (Cap – емкость, Ind – ) и частота генератора, в нижней же строке результат измерения. На дисплее 1х16 символов слева отображается результат измерения, а справа частота работы генератора.

Однако, чтобы поместить на одну строку символов измеренное значение и частоту, я сократил разрешение дисплея. Это ни как не сказывается на точность измерения, только чисто визуально.

Как и в других известных вариантах, которые основаны на той же универсальной схеме, я добавил в LC-метр кнопку калибровки. Калибровка проводится при помощи эталонного конденсатора емкостью 1000пФ с отклонением 1%.

При нажатии кнопки калибровки отображается следующее:

Измерения, проведенные с помощью данного прибора на удивление точны, и точность во многом зависит от точности стандартного конденсатора, который вставляется в цепь, когда вы нажимаете кнопку калибровки. Метод калибровки устройства заключается всего лишь в измерении емкости эталонного конденсатора и автоматической записи его значения в память микроконтроллера.

Если вы не знаете точное значение, можете откалибровать прибор, изменяя значения измерений шаг за шагом до получения наиболее точного значения конденсатора. Для подобной калибровки имеются две кнопки, обратите внимание, на схеме они обозначены как «UP» и «DOWN». Нажимая их можно добиться корректировки емкости калибровочного конденсатора. Затем данное значение автоматически записывается в память.

Перед каждым замером емкости необходимо сбросить предыдущие показания. Сброс на ноль происходит при нажатии «CAL».

Для сброса в режиме индуктивности, необходимо сначала замкнуть выводы входа, а затем нажать «CAL».

Весь монтаж разработан с учетом свободной доступности радиодеталей и с целью достижения компактности устройства. Размер платы не превышают размеров ЖК-дисплея. Я использовал как дискретные компоненты, так и компоненты поверхностного монтажа. Реле с рабочим напряжением 5В. Кварцевый резонатор — 8MHz.

Цифровой LC-метр на контроллере PIC16F84

Надеемся, что радиолюбители оценят и то, что в нашем варианте используется более распространенный микроконтроллер PIC16F84(A), и простой цифровой индикатор, который на порядок дешевле многострочных алфавитно-цифровых модулей ЖКИ. Прибор в первую очередь предназначен для радиолюбителей, занимающихся ремонтом и изготовлением КВ и УКВ аппаратуры. В настоящее время ведутся дальнейшие работы по расширению диапазона измерения и пр.

Технические характеристики устройства:

Напряжение питания........................…........9-15 В

Средний потребляемый ток..................…...9 мА

Диапазон измерения емкости..............……0,1 пФ - 0,1 мкФ

Диапазон измерения индуктивности.....….0,01 мкГн -10мГн

Точность измерения…………………..….. не хуже 5%

Принципиальная схема устройства (рис. 1)

Так как принцип измерения L и С одинаков, рассмотрим процесс измерения емкости.

Так как калибровочный конденсатор тоже не является идеальным, в приборе предусмотрена возможность скорректировать его емкость программным способом. Практически это можно сделать так: запастись горстью точно измеренных на промышленном LC-метре конденсаторов и катушек разных номиналов. Затем подбирая значение константы для режима измерения "Сх", добиться соответствия емкости измеряемого конденсатора показаниям индикатора. Убедиться, что прибор не "врет" во всем диапазоне измерения. Затем перейти в режим измерения "Lx" и аналогично подобрать константу для измерения катушек индуктивности. На практике с калибровочным конденсатором КСО 1500 пФ константа для режима "Cx" - 1550, для режима "Lx"- 1360. К подбору констант нужно отнестись очень серьезно, так как от этого зависит точность прибора. Константы достаточно подобрать один раз, они автоматически заносятся во FLASH память контроллера.

На начальной стадии разработки предполагалось, что прибор будет питаться от собственной 9ти вольтовой батареи. Для этого в нем реализована функция сохранения энергии: после 4,5 минут простоя процессор при помощи транзистора VT1 отключает питание генератора DD2, а сам входит в режим S LEEP . Те, кто захочет собрать устройство с внутренней батареей, оценят данную функцию. Потребляемый ток в этом режиме около 300мкА + Iпот. DD1.

Настройка устройства

При наладке устройства емкость конденсатора C1 и индуктивность дросселя L1 большого значения не имеют. Необходимо лишь придерживаться двум правилам: 1) емкость C1 в пФ должна быть примерно в 6-15 раз больше, чем индуктивность L1 в мкГн; 2) Частота контура L1C1 должна лежать в пределах 550...750 кГц. По возможности, лучше придерживаться тех значений, которые указаны на схеме. Желательно использовать конденсатор С1 с малым значением ТКЕ (температурный коэффициент емкости), так как этот параметр напрямую зависит от того, как часто придется делать калибровку. Дроссель L1 должен также иметь хорошую температурную стабильность и малую собственную емкость. Конденсатор C2 считается эталонным и при вычислении принимается за константу, поэтому он также должен иметь очень малое значение ТКЕ. Для таких целей отлично подойдет конденсатор типа КСО (именно под габариты такого конденсатора и отведено место на плате), который отличается предельно малым значением ТКЕ. Емкость эталонного конденсатора может быть любой (желательно, она должна быть больше емкости С1), т.к. пользователь должен ввести ее во FLASH память процессора сам, предварительно измерив ее точным измерителем емкости. Для этого реализован соответствующий режим. Активизируется он следующим образом: при включении питания (включатель "S2") нужно удерживать клавишу "Calibration" до тех пор, пока на индикаторе не отобразится: "XXXX PF" , где ХХХХ - емкость эталонного конденсатора C2 в пФ. Причем, если при входе в этот режим, переключателем S1 был установлен режим измерения "Cx", то введенная константа будет использоваться только при калибровке для режима "Cx", а если был установлен режим измерения "Lx", то она будет использоваться только при калибровки для режима измерения "Lx". Далее, в режиме записи константы переключатель используется для изменения шага перестройки значения константы: режим "Cx" будет соответствовать шагу "1", а режим "Lx" шагу "10". Для изменения значения на один шаг вверх или вниз используются соответственно клавиши S 3 ("Calibration") и S 4 ("Measure"). При удержании клавиши значение константы будет изменяться со скоростью пять шагов в секунду. Для записи константы в память - не нажимать ни какие клавиши в течении пяти секунд, после чего произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу (режим ожидания измерения). Следует также не забыть подстроить кварцевый генератор процессора, при помощи подстроечного конденсатора С13. Для удобства настройки реализован специальный режим отображения, при активизации которого происходит обход всех вычислений, и на индикатор выводится реальная измеренная частота на входе TMR (вывод 3 DD3). Формат отображение частоты: "XXX, XX" кГц. Активизируется она установкой перемычки XS1. Для этого процесса потребуется частотомер, подключенный к выводу TMR DD3. Подстройкой конденсатора С13 следует добиться того, чтобы частота на индикаторе соответствовала частоте частотомера с точностью не менее 0,05 процента. На этом процесс настройки LC-метра завершен. Если пользователю необходимо посмотреть истинные вычисленные значения емкости и индуктивности колебательного контура, то это можно сделать следующим образом: при включении питания удерживать клавишу "Measure". В этом режиме будет циклически происходить калибровка с последующим выводом на индикатор вычисленных значений до тех пор, пока клавиша не будет отпущена. Вычисленные значения емкости и индуктивности будут отображаться в формате изображенном соответственно на рисунках 2 и 3. После отжатии клавиши произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу.

Эксплуатация устройства

Детали и конструкция платы

Устройство выполнено на двухсторонней плате размером 10,25 x 6,5 мм. Слой платы со стороны монтажа деталей используется в качестве общего провода.

В устройстве применены следующие детали в корпусе SMD, которые запаиваются на плату со стороны проводников: все резисторы, конденсатор С10, а также перемычка между эмиттером VT1 и шиной питания +5 В (на чертеже платы обозначена как резистор со значением "000"). Электролитические конденсаторы малогабаритные от импортной аппаратуры. Микросхема DD2 - LM311N в корпусе DIP8. Авторы рекомендуют использовать отечественный аналог К554СА3. Это дает возможность повысить верхний предел измерения. Под микроконтроллер DD3 в корпусе DIP18 устанавливается соответствующая панелька. Стабилизатор DD1 - любой малогабаритный с напряжением стабилизации +5 В. Если устройство будет питаться от собственной батареи, то желательно использовать стабилизаторы с малым собственным потребляемым током, типа LM2936-25 (Iпот. <1 мА) или КР1170ЕН5 (Iпот. ~1 мА). Транзистор VT1 любой "pnp" структуры с большим коэффициентом усиления. Если прибор будет питаться от внешнего блока питания, то транзистор можно не устанавливать, а вместо него запаять перемычку: между эмиттером и коллектором. Реле К1 - герконовое от импортного телефона или любое другое малогабаритное с напряжением срабатывания не более 5 В. Защитный диод VD1 любой с Iпр. макс. не менее 100 мА (1N4001, 1N4004). Модуль DD4 - десятиразрядный индикатор с последовательным вводом и контроллером управления - типа НТ1613 или НТ1611. Индикатор крепится непосредственно к плате на стойках, как показано на чертеже платы. На элементы генератора устанавливается экран размером 3 x 3 x 0,8 см (ДxШxВ), изготовленный из жести (на чертеже обозначен штриховой линией). Готовая плата устройства помещается в корпус с внутренними размерами 10,3 х 6,7 х 1,2 см (ДхШхВ).

Программное обеспечение

Программа для данного устройства была написана практически полностью "с нуля". Коды для прошивки контроллера (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных) находятся в файле " LC _P rog .hex " в формате INHX32.

Возможные неисправности

Здесь рассмотрены возможные трудности при первом запуске устройства, и советы по их устранению:

1) При включении ничего не работает:

Проверьте напряжение на входе и выходе стабилизатора DD1, возможно он неисправен. Если напряжение в норме, проверьте еще раз правильность подключения индикатора - возможно устройство работает, но индикатор не отображает информацию. Это можно определить следующим способом: при нажатии на клавишу "Calibration", должен прослушиваться щелчок срабатывания реле К1.

2) При включении индикатор отображает непонятную информацию:

Возможно, перепутаны местами выводы индикатора Clk и Data, или занижено его питание. Оно должно находиться в пределах 1,3 В-1,6 В. Если все в порядке, то следует уменьшить пропорционально сопротивление резисторов R9, R10.

3) При включении отображается таймер индикатора, и прибор не реагирует на нажатия клавиш:

Причина в контроллере. Проверьте правильность установки его в панельку. Также следует проверить с помощью программатора его работоспособность и зашитую в него программу. Контроллер нужно программировать полностью со всеми параметрами и данными, находящиеся в файле "LC_ Prog .hex" (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных). Если все в порядке, то, возможно, не функционирует кварцевый резонатор ZQ1.

4) При калибровке постоянно отображаются символы "PP" :

Причина в генераторе. Символы "PP" означают, что частота на входе TMR, ниже 1 кГц. Если калибровка происходит в режиме измерения "Lx", то, возможно, вы забыли вставить в клеммы "Lx" перемычку (см. раздел по эксплуатации устройства). Иначе не функционирует LC-генератор. Проверьте напряжение на выводе 8 DD2. Если оно отсутствует, то не исправен транзистор VT1. Запаяйте вместо него перемычку между выводами коллектора и эмиттера. Если не помогло, то проверьте исправность электролитических конденсаторов С3 и С6, а также дросселя L1. Если ни чего не помогло, то, возможно, потребуется заменить компаратор DD2.

P . S . У индикаторов применяемых в данном устройстве угол обзора напрямую зависит от его напряжения. При увеличении напряжения угол обзора перемещается вверх, но наблюдать показания индикатора снизу становится невозможно. В авторском варианте используется заниженное напряжение индикатора (1,35 В), т.к. корпус прибора сконструирован для работы в горизонтальном (лежачем) положении и, обычно, смотреть на него приходиться снизу. Напряжение индикатора устанавливается делителем R 8, R 11.

Испол ьзованы материалы:

Аникин Александр (RA4LCH), Аникин Дмитрий (RW4LED)

E-mail: [email protected]

г Ульяновск. Ноябрь 2003г.