Компактный многофункциональный прибор - измеритель L, C, ESR, пробник-генератор сигналов. Компактный многофункциональный прибор - измеритель L, C, ESR, пробник-генератор сигналов Результат работы собранного устройства

Цифровой LC-метр удобный для испытания оборудования, который вы можете сделать для себя для измерения индуктивности и емкости в широком диапазоне. Цифровой LC-метр основан на оригинальной методике измерений, обеспечивает удивительную точность и прост в сборке. Многие современные цифровые мультиметры имеют широкие диапазоны измерения емкости, особенно в дорогих моделях.

Это отличается от профессионалов, которые в течение последнего времени могли использовать цифровые измерители LCR. Они позволяют быстро и автоматически измерять практически любой пассивный компонент, часто измеряя не только их первичный параметр (например, индуктивность или емкость), но и один или несколько вторичных параметров. Тем не менее, многие из этих приборов имеют высокую цену, благодаря микроконтроллерной технологии эта ситуация несколько изменилась за последние несколько лет, и теперь стали гораздо более доступны цифровые приборы. К ним относятся как профессиональные, так и самодельные приборы, а также устройство, описанное здесь.

Основные особенности цифровой LC-метр

Как показано на рисунке в тексте, наш новый цифровой LC-метр очень компактен. Он прост в сборке, имеет жидкокристаллический дисплей и его можно разместить в небольшом корпусе. Себестоимость цифровой LC-метр не высока так что каждый желающий может это себе позволить. Несмотря на свою скромную цену, цифровой LC-метр предлагает автоматическое прямое цифровое измерение в широком диапазоне емкости (C) и индуктивности (L) с разрешением в 4 знака. Фактически, он измеряет емкость от 0,1 до 800нФ и индуктивность от 10 до 70мГн. Точность измерения также удивительно хорошая, лучше, чем ± 1% от показаний. Цифровой LC-метр работает от 9В до 12В постоянного тока, потребляя в среднем ток менее 20 мА. Это означает, что он может питаться от 9В батареи встроенной в корпус или от внешнего блока питания.

Как работает цифровой LC-метр

Впечатляющие характеристики цифровой LC-метр зависят от оригинальной методики измерений, разработанной около 12 лет назад Нилом Хехтом из штата Вашингтон в США. Он использует тестовый генератор широкого диапазона, частота которого изменяется путем подключения неизвестной индуктивности или конденсатора, которую вы измеряете.

Результирующее изменение частоты измеряется микроконтроллером, который затем вычисляет значение компонента и отображает его непосредственно на жидкокристаллическом дисплее. Так что в приборе в основном только две ключевые части: (1) сам тестовый генератор и (2) Микроконтроллер, который измеряет его частоту (с измеряемым компонентом и без него) и вычисляет значение компонента. Для достижения надежной генерации в широком частотном диапазоне тестовый генератор основан на аналоговом компараторе с положительной обратной связью смотрим на рисунке. Эта конфигурация имеет естественную склонность к генерации из-за очень высокого усиления между входом и выходом компаратора. При первом включении питания (+ 5 В) неинвертирующий (+) вход компаратора удерживается при половине напряжения питания (+2,5) V делителем смещения, образованным двумя резисторами сопротивлением 100к.

Однако напряжение на инвертирующем входе изначально равно нулю, поскольку конденсатору 10мФ на этом входе требуется время для зарядки через резистор обратной связи сопротивлением 47к. Таким образом, с неинвертирующим входом, намного более положительным, чем его инвертирующий вход, компаратор первоначально переключает свой выходной сигнал на высокий уровень (т. е. на + 5 В). Как только это происходит, конденсатор 10 мФ на инвертирующем входе начинает заряжаться через резистор 47к и таким образом, напряжение на этом входе возрастает экспоненциально. Как только оно поднимается немного выше уровня + 2,5 В, выход компаратора внезапно переключается на низкий уровень. Это низкое напряжение подается обратно на неинвертирующий вход компаратора через резистор обратной связи сопротивлением 100к. Он также подключен через входной конденсатор 10 мФ к настроенной цепи, образованной индуктивностью L1 и конденсатором C1. Это вызывает генерацию на своей резонансной частоте.

Как показано на рисунке, неизвестный компонент подключается через тестовые клеммы. Затем он подключается к настроенной цепи генератора через переключатель S1. При измерении неизвестного конденсатора S1 переключается в положение «C», так что конденсатор подключается параллельно C1. В качестве альтернативы для неизвестной индуктивности S1 переключается в положение «L», так что бы индуктивность соединялась последовательно с L1. В обоих случаях добавленные значения Cx или Lx снова вызывают изменение частоты генератора на новую частоту (F3). Как и в случае с F2, это всегда будет ниже, чем F1. Таким образом, измеряя F3, как и ранее, и отслеживая положение переключателя S1 (что осуществляется через соединение C / L на выводе 12 IC1), микроконтроллер может рассчитать значение неизвестного компонента, используя одно из уравнений, показанных в нижней части поля уравнений – т. е. раздел с надписью: «В режиме измерения».

Из этих уравнений вы можете видеть, что микроконтроллер имеет довольно максимальное «сжатие чисел», как в режиме калибровки, когда он вычисляет значения L1 и C1, так и в режиме измерения, когда он вычисляет значение Cx или Lx. Каждое из этих значений должно быть рассчитано с высокой степенью разрешения и точности. Для достижения этого в прошивке микроконтроллера необходимо использовать некоторые математические вычисления с 24-разрядными числами с плавающей запятой.

Так как эта оригинальная, но в то же время простая схема измерения используется для создания практичного прибора, видно из полной принципиальной схемы цифровой LC-метр высокой точности, показанной на рисунке. Это даже проще, чем вы могли бы ожидать, потому что нет отдельного компаратора, который сформировал бы ядро измерительного генератора. Вместо этого мы используем компаратор, встроенный в сам микроконтроллер (IC1). Как показано, микроконтроллер IC1 представляет собой PIC16F628A и фактически содержит два аналоговых компаратора, которые можно настраивать различными способами. Здесь мы используем компаратор 1 (CMP1) в качестве измерительного генератора. Компаратор 2 (CMP2) используется только для обеспечения некоторого дополнительного «возведения в квадрат» выхода CMP1, а затем его выход управляет внутренней схемой подсчета частоты. Схема генератора практически не отличается от схемы, показанной на рисунке.

Обратите внимание, что IC1 управляет реле RLY1 (которое переключает калибровочный конденсатор C2 в цепь и из нее) через линию RB7 его порта ввода / вывода B (контакт 13). Диод D1 служит для защиты внутренней схемы микроконтроллера от индуктивных всплесков, когда реле выключается. Во время работы IC1 определяет, в каком положении находится переключатель S1 в режиме использования RB6 (вывод 12). Он поднимается вверх, когда S1b находится в положении «C» и в низ, когда S1b находится в положении «L». Кварц X1 (4 МГц) устанавливает тактовую частоту микроконтроллера IC1, в то время как соответствующие конденсаторы 33 пФ обеспечивают правильное согласование для обеспечения надежного запуска тактового генератора. Результаты вычислений микроконтроллера IC1 выводятся на стандартный 2 × 16 ЖК-модуль. Это управляется непосредственно через контакты портов RB0-RB5. Потенциометр VR1 позволяет настроить оптимальную контрастность ЖК-дисплея.

Если вы видите частоту на дисплее в правильном диапазоне, запишите значение, затем выключите и переведите перемычку в положение LK1. Снова включите питание и убедитесь, что на ЖК-дисплее теперь отображается другое восьмизначное число после калибровки. Это будет F2 – т.е. частота генератора, когда конденсатор C2 подключается параллельно с C1. Поскольку оба конденсатора номинально имеют одинаковое значение, F2 должно быть очень близко к 71% от F1. Это потому, что удвоение емкости уменьшает частоту на коэффициент, равный квадратному корню из двух (т. Е. 1 / √2 = 0,707). Если ваши показания для F2 находятся далеко от 71% от F1, вам может потребоваться заменить C2 на другой конденсатор, значение которого ближе к C1. С другой стороны, если F2 точно такой же, как F1, это говорит о том, что реле RLY1 на самом деле не переключило С2 вообще. Это может быть связано с плохим паяным соединением на одном из контактов RLY1, или вы, возможно, неправильно установили его на плате. Как только вы получите сопоставимые показания для F1 и F2, ваш цифровой LC-метр будет готов для калибровки и использованию. Если у вас нет конденсатора с известным значением для выполнения собственной точной калибровки, вам придется полагаться на собственную авто калибровку прибора (которая в значительной степени зависит от точности конденсатора C2). В этом случае просто удалите все перемычки с LK1 на LK4 и установите плату прибора в корпус.

Точная настройка калибровка цифровой LC-метр

Если у вас есть конденсатор известного значения (потому что вы смогли измерить его с помощью высокоточного измерителя LCR), вы можете легко использовать его для точной настройки калибровки цифрового LC-метра. Сначала включите устройство и дайте ему поработать, а затем он проходит через последовательность «Калибровка» и «C = NN.N pF». После этого подождите минуту или две и нажмите кнопку обнуления (S2), убедившись, что на ЖК-дисплее отображается правильно обнуленное сообщение, т. е. «C = 0,0 пФ». Затем подключите конденсатор известного значения к тестовым клеммам и обратите внимание на индикатор. Он должен быть достаточно близок к значению конденсатора, но может быть несколько высоким или низким. Если показание слишком низкое, установите перемычку LK4 на задней панели и посмотрите на ЖК-дисплей. Каждые 200мс или около того показания будут увеличиваться по мере того, как микроконтроллер PIC регулирует коэффициент масштабирования измерителя в ответ на перемычку. Как только показание достигнет правильного значения, быстро снимите перемычку, чтобы завершить настройку калибровки.

И наоборот, если показания измерителя для известного конденсатора слишком высокие, выполните ту же процедуру, но с перемычкой в ​​положении LK3. Это заставит микроконтроллер уменьшать масштабный коэффициент измерителя каждый раз, когда он делает измерение, и, как и прежде, идея состоит в том, чтобы убрать перемычку LK3, как только показание достигнет правильного значения. Если вы недостаточно быстро снимаете перемычку вовремя из этих процедур калибровки, микроконтроллер будет «перерегулировать». В этом случае вам просто нужно использовать противоположную процедуру, чтобы вернуть показания к правильному значению. На самом деле, вам может потребоваться несколько раз отрегулировать калибровку взад и вперед, пока вы не убедитесь, что она правильная. Как упоминалось ранее, микроконтроллер PIC сохраняет свой масштабный коэффициент в своей EEPROM после каждого измерения во время этих процедур калибровки. Это означает, что вам нужно выполнить калибровку только один раз. Также обратите внимание, что, когда вы калибруете прибор таким образом, используя конденсатор с известным значением, он также автоматически калибруется для измерений индуктивности. Прошивка для цифровой LC-метр.

Этот прибор можно собрать в небольшом корпусе, например от китайского цифрового тестера. Он позволяет измерять емкости от 10 пикофарад до 1 микрофарады, индуктивности от 100 мкГн до 1 Гн, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) электролитических конденсаторов, выдает пять фиксированных частот (100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц) с амплитудой, регулируемой от 0 до 4…5 В. Кроме того, с его помощью можно проверить катушки индуктивности на отсутствие короткозамкнутых витков и измерить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов, не выпаивая их из плат, что позволяет за считанные минуты проверить, например, конденсаторы импульсного блока питания или телевизора, где именно показатель ESR имеет определяющее значение.

Схема прибора приведена на Рисунке 1.

В основу работы прибора заложен принцип измерения постоянной составляющей сигнала генератора. На измерительную головку поступает постоянное напряжение, зависящее от величины измеряемой индуктивности или емкости. Чем больше номинал измеряемого элемента, тем на больший угол отклонится стрелка.

Широкополосный перестраиваемый генератор собран на цифровой микросхеме DD1, содержащей четыре логических элемента И-НЕ (можно ИЛИ-НЕ). В качестве такой микросхемы применимы, например, К561ЛА7 , К564ЛА7, К176ЛА7 (или с элементами ИЛИ-НЕ, например, К561ЛЕ5), питающее напряжение которых лежит в пределах 5..9 В. Переключением конденсаторов С1 - С5 задается частота генератора и предел измерения номинала емкости или индуктивности. Эти конденсаторы должны быть бумажными или, что лучше, металлопленочными (К71, К73, К77, К78). Далее через электронный ключ на транзисторе VТ1 сигнал генератора поступает на переключатель вида измерений S2 - «L/C» или «ЕSR». Переключателем S3 выбирается режим измерения индуктивности или емкости, также в режиме измерения емкости можно снимать с гнезда «F» пять вышеуказанных фиксированных частот, а резистором P2 регулировать выходное напряжение сигнала от 0 до 4 … 5 В.

При показанном на схеме положении переключателей S1 и S2 прибор работает в режиме измерения индуктивности.

На транзисторе VТ2 собран параметрический стабилизатор напряжения, что необходимо для стабильности генерируемой частоты и, следовательно, точности измерений. Выходное напряжение стабилизатора определяется типом стабилитрона VD1 и может лежать в пределах от 4.5 до 7.5 В (стабилитроны типа КС147, КС156, КС162, КС168, Д814А или другие с теми же напряжениями стабилизации). Для лучшей стабилизации напряжения и, соответственно, большей точности измерений желательно использовать стабилитроны типа КС с напряжением, близким к 6 В (КС156, КС162), так как они обладают лучшей термостабильностью параметров.

При измерениях конденсаторы подключаются к гнездам «Сх» и «Общ. Сх/Lx», индуктивности, соответственно, к «Lx» и «Общ. Cx/Lx». Гнездо «Lx» является также общим гнездом (GND) для генератора фиксированных частот и для измерения ESR электролитических конденсаторов. В качестве этих гнезд можно использовать уже установленные в корпусе тестера (если для данного прибора будет использоваться такой корпус). Нужно будет только добавить гнездо выхода генератора «F» аналогичного типа. В качестве переключателей S1, S2 и S3 можно применить любые подходящие на нужное количество контактов, например широко распространенные в свое время П2К или аналогичные импортные, а для переключения частоты генератора (коммутация конденсаторов С1 - С5) удобно использовать малогабаритные переключатели галетного типа (пример такого переключателя показан на Рисунке 2).

Диоды D1, D2 и D3 - германиевые, типа Д2, Д9, Д18, Д310, Д311, ГД507. В качестве измерительного прибора можно применить микроамперметр, например, стрелочный индикатор уровня записи от старого магнитофона или измерительную головку от небольшого стрелочного тестера.

Настройка измерителя С и L производится при помощи частотомера и вольтметра (можно использовать любой программный частотомер в компьютере). Переключатель S3 ставится в положение «С», а диапазон измерений (S1) - «1Гн/1мФ/100Гц». Частотомер подключают к гнездам «F» и «GND», и регулировкой резистора P1 6.8 кОм выставляется частота 100 Гц. Далее диапазон измерений переключается в положения 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц и подбором соответствующих конденсаторов С1 - С5 выставляются эти частоты. От точности подбора конденсаторов будет в дальнейшем зависеть и точность измерений прибора. При наличии осциллографа будет полезно посмотреть форму сигнала генератора на коллекторе транзистора VТ1. Подбором резистора R2 можно добиться формы сигнала, близкой к меандру на всех диапазонах измерений. После этого снова следует включить диапазон«1Гн/1мФ/100Гц», а к гнездам «Сх» подключить образцовый конденсатор емкостью 1 мФ. Подстроечным резистором VR2 следует установить отклонение стрелки прибора в конец шкалы. Далее подключаем емкости 0.1, 0.2, 0.3 … 0.9 мкФ и ставим на шкале прибора соответствующие метки (такие емкости можно составить из параллельно включенных конденсаторов номиналом по 0.1 мФ). Затем аналогичным образом подключаем к гнездам «Lx» образцовую катушку индуктивности 1 Гн и подстроечным резистором VR1 также выставляем стрелку прибора в конец шкалы. Надо заметить, что с наличием нужных для калибровки индуктивностей у меня лично дело обстоит сложнее, чем с конденсаторами, поэтому за несколько лет благополучного пользования прибором этот режим измерений так и не отградуирован (что можно видеть на фото). Но даже при не совсем точной калибровке шкалы прибор позволяет, тем не менее, с довольно высокой точностью подбирать парные элементы с одинаковыми или очень близкими номиналами.

При переключении в режим измерения «ESR» (переключатель S2) сигнал генератора поступает на обмотку трансформатора Tr1 через подстроечный резистор VR3. При этом также происходит перекоммутация измерительной головки. Частота, при которой измеряется эквивалентное последовательное сопротивление электролитических конденсаторов, составляет 100 кГц. Поэтому следует выставить соответствующий диапазон измерений («1мГ/1000пФ/100кГц/ESR») и поставить переключатель S3 в режим измерения «С».

Эта часть прибора в особой настройке не нуждается, следует просто выставить стрелку прибора в конец шкалы подстроечным резистором VR3 при разомкнутых входных контактах «ESR». Для градуировки используем резисторы 0.5, 2, 5 и 10 Ом. Подключаем их поочередно к контактам «ESR» и делаем на шкале соответствующие метки. Ниже приведены значения «нормальных» сопротивлений (ESR) для конденсаторов различных номиналов:

• 1 … 100 мкФ - не более 5 Ом;
• 100 … 1000 мкФ - не более 2.5 Ом;
• 1000 … 10,000 мкФ - не более 1 Ом.

(Следует заметить, что для очень малогабаритных конденсаторов и для конденсаторов номиналом 4.7 мкФ × 200 В сопротивление 5 Ом является нормальным).

В измерителе ESR использованы также германиевый диод D3 и шунтирующие измерительную головку диоды D4 и D5 типа КД521 (КД522), защищающие измерительную головку от напряжения разряда конденсатора в том случае, если он стоит на плате и не разряжен. Тем не менее, следует обязательно закоротить выводы проверяемого конденсатора перед его проверкой, чтобы он полностью разрядился! Особенно это касается конденсаторов на высокие напряжения и большой емкости, поскольку разрядный ток у них достаточно велик для того, чтобы сжечь и диоды и головку.

Трансформатор намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 10 … 15 мм, значение магнитной проницаемости и размер некритичны. Можно использовать кольца от дросселей материнской платы компьютера, маломощных импульсных блоков питания и т.д. Первичная обмотка (к которой подключается проверяемый конденсатор) имеет 10 витков провода ПЭВ-0.4…0.5, вторичная (к которой подключается измерительный прибор) - 200 витков ПЭВ-0.1 …0.15. В зависимости от применяемого стрелочного прибора и тока полного отклонения его стрелки, может потребоваться корректировка количества витков первичной обмотки (если не удастся выставить стрелку в конец шкалы подстроечным резистором VR3), поэтому сначала лучше наматывать вторичную обмотку, а поверх нее - первичную.

Прибором можно также проверить катушку индуктивности или, например, трансформатор на наличие короткозамкнутых витков. Для этого ее подключают к гнездам «ESR». Катушки малой индуктивности проверяют, как и электролитические конденсаторы, при частоте 100 кГц, а большие - при частоте 1 кГц. У нормальной катушки высокое реактивное сопротивление, и стрелка останется в конце шкалы. При наличии же короткозамкнутых витков сопротивление резко уменьшается, и прибор покажет сопротивление в единицы Ом.

Питать прибор можно от батареи типа «Крона» или от сетевого адаптера с напряжением холостого хода (без нагрузки) от 9 до 18 В. При нормальных, исправных деталях ток, потребляемый прибором, не превышает 7-9 мА. К гнездам прибора подключаются измерительные щупы с зажимами «крокодил», провода для щупов следует использовать диаметром 0.7 … 1 мм и как можно меньшей длины, чтобы они не вносили значительной погрешности при измерениях.

Вместо измерительной головки (микроамперметра) можно, конечно, использовать обычный тестер в режиме измерения напряжений 1-2 В. Тогда при настройке нужно будет выставить подстроечными резисторами «L», «C» и «ESR» значение 1 В. Однако применение стрелочного индикатора предпочтительнее, так как шкала измерений нелинейна. Погрешность измерений прибора зависит исключительно от качества применяемых деталей и точности их подбора/настройки.

Конструкция

Внешний вид прибора показан на Рисунке 3. Печатная плата разрабатывалась под конкретные переключатели и корпус и здесь не приводится. (Корпуса такого размера и формы вряд ли сейчас можно найти). Деталей немного, и монтаж легко можно сделать навесным способом, прямо на контактах переключателей и переменных резисторов.

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.

Представляем оригинальную конструкцию lc-метра от нашего коллеги R2-D2. Далее слово автору схемы: В радиолюбительском деле, особенно при ремонтах, необходимо иметь под рукой прибор для измерения емкости и индуктивности - так называемый lc метр. На сегодняшний день для повторения в интернете можно найти много схем подобных устройств, сложных и не очень. Но решил создать свой вариант устройства. Практически все схемы LC метров с использованием микроконтроллеров представленные в интернете, выглядят одинаково. Идея заключается в расчете номинала неизвестных компонентов по формуле зависимости частоты от емкости и индуктивности. Для простоты своей конструкции решил использовать внутренний компаратор микроконтроллера в качестве генератора. Для отображения информации используется LCD от телефона Nokia 3310 либо ему подобный с контроллером PCD8544 и разрешением 84х48, например Nokia 5110 .

Схема lc метра на микроконтроллере

Настройка и функции

Сердцем устройства является микроконтроллер PIC18F2520 . Для стабильной работы генератора в качестве С3 и С4 лучше использовать неполярные конденсаторы либо танталовые. Реле можно использовать любое, соответствующее по напряжению (3-5 вольт), но желательно с минимально возможным сопротивлением контактов в замкнутом положении. Для звука используется буззер без встроенного генератора, или обычный пьезоэлемент.

При первом старте собранного устройства, программа автоматически запускает режим настройки контраста дисплея. Кнопками 2/4 необходимо установить приемлемый контраст и нажать кнопку OK (3). После выполнения данных действий устройство следует выключить и включить заново. Для некоторой настройки работы измерителя в меню есть раздел «Setup ». В подменю «Capacitor », необходимо указать точный номинал используемого калибровочного конденсатора (С_cal) в пФ. Точность указанного номинала напрямую влияет на точность измерения. Контролировать работу самого генератора можно с помощью частотомера в контрольной точке «B», однако лучше использовать уже встроенную систему контроля частоты в подменю «Oscillator ».

С помощью подбора L1 и С1, необходимо добиться стабильных показаний частоты в районе 500-800 кГц. Большая частота положительно влияет на точность измерения в тоже время с ростом частоты может ухудшаться стабильность генератора. Частоту и стабильность генератора, как я уже сказал выше, удобно мониторить в разделе меню «Oscillator ». При наличии внешнего калиброванного частотомера можно выполнить калибровку частотомера LC-метра. Для этого необходимо подключить внешний частотомер к контрольной точке «B» и с помощью кнопок +/- в меню «Oscillator » подобрать константу «K» таким образом, чтобы показания обоих частотомеров совпадали. Для корректной работы системы отображения состояния батареи питания, необходимо настроить резистивный делитель, построенный на резисторах R9, R10, после чего установить перемычку S1 и записать значения в поля раздела «Battery».

Порядок настройки

• - Измерить напряжение питания микроконтроллера (выводы 19 - 20). Это опорное напряжение “V.ref”
• - Измерить напряжение до резистивного делителя = U1
• - Измерить напряжение питания после делителя = U2
• - Рассчитать коэф. деления “С.div” = U1/U2
• - Внести полученные цифры в соответствующие разделы меню сохраняя их нажатием кнопки «ОК».

Также внести напряжения “V.max” - максимальное напряжение батареи питания (заполнены все сегменты отображаемой батарейки) и соответственно “V.min” - минимальное напряжение батареи питания (все сегменты батарейки погашены, прибор сигнализирует о необходимой смене или заряде батареи питания). Значения напряжения питания для отображения промежуточных сегментов на пиктограмме батарейки, будут рассчитаны автоматически после внесения информации о “V.max” и “V.min”.

Использование стабилизатора для питания схемы обязательно, так как опорное напряжение должно быть стабильным и не меняться при разряде батареи.

Работа с устройством

Ещё меню lc-метра содержит разделы Light , Sound , Memory . В разделе Light есть возможность включить либо отключить подсветку LCD. Раздел Sound , для вкл/откл звука. В разделе Memory можно посмотреть результаты последних 10 измерений, а также (для новичков) увидеть полученный результат в разных единицах измерения. Назначение кнопок описывают пиктограммы, размещенные в нижней части экрана.

• (F ) - “Function” переход в меню Setup
• (M ) - “Memory” сохранение результатов измерения в памяти
• (☼ ) - “Light” вкл/откл подсветки
• (C ) - “Calibration” калибровка

Главный экран содержит условную шкалу погрешности в измерениях, которую необходимо контролировать и в случае необходимости своевременно выполнять калибровку.

Измерение емкости

1. Переключить устройство в режим измерения емкости. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.

2. Подключить измеряемый конденсатор к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).

Измерение индуктивности

1. Переключить устройство в режим измерения индуктивности. Замкнуть клеммы. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.

2. Подключить измеряемую индуктивность к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).

Видео работы измерителя

В качестве корпуса задействовал геройски погибший при ремонте телевизора китайский тестер.

Все файлы - прошивки контроллера, платы в Lay и так далее можно или на форуме. Материал предоставил - Савва . Автор схемы R2-D2 .

Обсудить статью LC МЕТР

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.