Mikroprocesorowy miernik pojemności kondensatorów

Miernik pojemności kondensatorów to bardzo przydatne urządzenie w warsztacie elektronika. Bez niego wymiana elektrolitów w naprawianych urządzeniach to często działanie “na czuja”. Opisane niżej urządzenie zacząłem budować w 2005 roku, na podstawie opisu z Elektroniki dla Wszystkich 6/2004. Układ dokończyłem dopiero teraz i mimo, że trwało to 10 lat, złożenie całości nie jest trudne, a satysfakcja z samodzielnie wykonanego miernika duża.

Opis i schemat układu

W funkcję pomiaru pojemności często są wyposażone multimetry uniwersalne, np. drogi UNI-T 61E może mierzyć aż do 220000μF, dużo tańszy DT9208A sprawdzi kondensator tylko do 20μF, a tani i popularny DT830 w ogóle nie posiada takiej funkcji. Dlatego warto zbudować miernik samodzielnie. Opisany niżej układ, dostępny jako kit do samodzielnego montażu AVT-2725, okazał się na tyle dobry, że został odświeżony i jest sprzedawany z nową płytką drukowaną i obudową. Mój układ to pierwsza, oryginalna wersja, z niewielkimi modyfikacjami.

Miernik posiada dość szeroki zakres pomiaru – od 0,1pF do 5000μF. Zbudowany został w oparciu o wiekowy mikrokontroler AT89C2051 i nieśmiertelny timer NE555 w wersji CMOS. Autor urządzenia napisał program w asemblerze, co jest dzisiaj rzadkością w amatorskich rozwiązaniach.

Zastosowanie mikrokontrolera pozwoliło na uproszczenie schematu układu, który wygląda tak (schemat z EdW 6/2004):

Miernik jest zasilany z sieci 230V i posiada wbudowany zasilacz transformatorowy (schemat z EdW 6/2004):

Zestaw to dwie jednostronne płytki drukowane – na jednaj zasilacz niestabilizowany 12V, na drugiej mikroprocesorowy miernik. Autor zaproponował zamknięcie całości w obudowie Z-33A. Mikrokontroler AT89C2051 musi być zaprogramowany odpowiednim wsadem:

>> Pobierz AVT-2725 firmware – plik HEX i źródło w asemblerze.

Dokładny opis zasady działania miernika, montażu i kalibracji – oryginalny artykuł z Elektroniki dla Wszystkich 6/2004:

>> Pobierz Mikroprocesorowy miernik pojemności AVT-2725 – artykuł w formacie pdf

Budowa cyfrowego miernika pojemności

Koszt wykonania miernika, zakładając samodzielne wytrawienie płytki i zakup niezbędnych części, nie powinien przekroczyć 50zł, z czego ok. 10zł pochłonie obudowa Z-33A. Brak tu egzotycznych elementów, ja w moim układzie zastosowałem wiele części z odzysku. Rozpoczęty układ w 2005 roku, wyjęty z pudełka 10 lat później wyglądał tak:

Podczas lutowania elementów na płytce należy zwrócić uwagę na występujące zworki, w miejsce mikrokontrolera, wyświetlaczy i układu 555 warto dać podstawki.

Po wizualnym sprawdzeniu poprawności montażu, warto podłączyć zasilanie do płytki z wyjętymi AT89C2051 i TLC555. Po sprawdzeniu napięcia zasilania +5V na odpowiednich pinach podstawek, można obsadzić je układami. Po ponownym podłączeniu zasilania układ powinien ożyć, czyli pojawi się napis – CA –, po chwili – – – c i migająca kropka na ostatniej cyfrze.

W moim mierniku zrezygnowałem z zasilania 230V i wewnętrznego zasilacza z transformatorem. Dzięki temu pozbyłem się jednej płytki drukowanej, a dołożyłem tylko typowe gniazdko 5.5/2.1 co pozwala na użycie dowolnego zasilacza prądu stałego o napięciu wyjściowym 8…13V.

Następny etap prac to przygotowanie obudowy. Na górną część nakleiłem płytę czołową, która posłużyła za szablon do wiercenia i wycięcia prostokątnego otworu pod czerwony filtr i złącze pomiarowe. Zamiast gniazdka BNC zastosowałem tradycyjnie popularniejsze cinch. Jest ono znacznie mniej kłopotliwe w uzbrojeniu w kabel. Czerwony filtr powinien być wyższy i szerszy o przynajmniej 1cm od otworu na wyświetlacze, wyciętego w naklejce z opisami. Dzięki temu niedoskonałości ręcznej obróbki tworzywa zostaną zasłonięte.

>> Pobierz wzór naklejki panelu przedniego – format pdf i odt (LibreOffice), drukuj bez skalowania.

Na kawałku płytki uniwersalnej umieściłem gniazdko goldpin 2×10, które będzie połączone z gniazdem cinch i płytką drukowaną miernika. Płytka będzie przykręcona do obudowy śrubami M3, chociaż można też użyć kleju dwuskładnikowego.

W dolnej części obudowy trzeba wywiercić 4 otwory do zamocowania płytki drukowanej i jeden większy gdzieś z boku na gniazdko zasilające.

Po podłączeniu włącznika, przycisku resetu, zasilania i gniazda pomiarowego można przystąpić do kalibracji, czyli wciskamy CALL, po chwili wsadzamy kondensator 1nF o dokładnie znanej pojemności i za pomocą PR2 ustawiamy właściwe wskazanie, następnie wciskamy ponownie CALL, wsadzamy kondensator 10μF i przy pomocy PR1 regulujemy wskazanie miernika. Cały proces został dokładnie opisany w źródłowym artykule.

Finalnie zmontowany miernik, zamknięty w obudowie, z bezbarwną folią naklejoną na panel przedni, wygląda tak:

Porównując pomiary z multimetrami UNI-T 61E i zbudowanym miernikiem jestem zadowolony z dokładności układu, kilka przykładów:

Pojemność nominalna -> UNI-T 61E -> Miernik AVT-2725:

33pF -> 0,035nF -> 33,5pF

100pF -> 0,108nF -> 102pF

1500pF -> 1,546nF -> 1,45nF

4,7nF -> 4,813nF -> 4,70nF

22nF -> 22,26nF -> 22,1nF

330nF -> 330,1nF-> 331nF

1μF -> 1,015μF -> 1,01μF

10μF -> 9,78μF -> 9,29μF

22μF -> 22,2μF -> 21,6μF

220μF -> 217,1μF -> 221μF

1000μF -> 997μF -> 1,03mF

Złożony układ jest bez porównania dokładniejszy niż pomiary z taniego DT9208A, których nie zamieszczałem z uwagi na duże różnice. W przypadku małych kondensatorów, o pojemnościach rzędu pF, w mierniku UNI-T 61E trzeba było ręcznie kompensować pojemność pasożytniczą, zbudowany miernik AVT2725 robi to automatycznie podczas kalibracji.

Kolejny układ sprzed 10 lat dokończony, coraz mniej zaległości :).