Содержание
Автор: с2. Опубликовано в Измерения
Каждый радиолюбитель должен иметь, такой прибор, который может производить такие измерения
C 0.0 pF . >9999 мF
L 0.0 мH .
R 0.0 Ом . >9999 кОм
Простая схема, но имеет в составе два точных конденсатора и два резистора, как показала практика, основная стабильность схемы зависит от этих конденсаторов и параметрического стабилизатора MC78FC00 series собственным током потребления 1мкА и разводкой платы от паразитных наводок.
В общем, по настройке не сравнить с изготовленным мной ранее AVR-Transistortester на ATmega8 который заработал сразу, никаких настроек и никаких точных деталей.
Однако, для повседневного пользования, CLR2313 с его измерениями L и C очень важен, и очень актуален, когда смд элементы не имеют маркировки.
Я в своём варианте сборки в отличие от авторской схемы использовал детали, стабилизатор LD-50 полное название LD1117S50TR разброс 1%, дроссель (сам не мотал, покупной) 1000мкГн, конденсаторы К71-7 4700пик +-1% , смд резисторы 2ком (эта замена не есть хорошо, так как автор делал расчеты на номиналах своей схемы ) остальные детали как в схеме автора.
Схема собрана, прошивку использовал из архива выложенном на форуме радиокота CLR_2313_162_4.rar
фьюзы выставил так
После включения подстроил контрастность, и сразу видно что, схема работает, но замер номиналов деталей отличается в разы, от реальности, теперь калибровка.
Процедура калибровки описана в статье автора
Внимательно прочитал теорию, У меня всё равно не получалось на практике,
Тогда я решил на действующей схеме, эксперементально с помощью PonyProg внести изменения констант в EEPROM, спасибо ребятам с форума радиокота подсказали, где они находятся, вот фото, по которому я ориентировался что изменить.
произвёл правку констант прямо в EEPROM программой PonyProg, (ваша задача будет упрощена, если вы сделаете разъем для внутрисхемного программирования в удобном месте.) Сделав это раз, становится понятно, что это, проще простого.
Прошивка из собраного и калиброванного, прибора CLR2313, формат – e2p для PonyProg CLR2313_off.e2p
прошивка прибора CLR2313, формат – НЕХ и ЕЕР CLR2313_off
Устройство заработало, несмотря на то, что, я использовал детали не строго по схеме (это указывает на то что, схема имеет неплохую "живучесть" и при небольшой аккуратности может быть легко повторена), все работает и теперь довольно таки точно, вычисляет номиналы тестируемых деталей (ориентируюсь по купленным деталям с известными номиналами) и самое главное, что измерение от 0 и до 9999. Так что, ещё раз спасибо автору akl за хороший труд, и удачи всем в повторении прибора.
Теперь у меня два полезных прибора CLR2313 и AVR-Transistortester на ATmega8 ,и предназначение у них одно, помогать хоббийным радиолюбителям,
Объединение этих приборов в одно устройство следующая статья AVR-Transistortester & CLR2313.
В наше время, когда, практически, все источники питания радиоэлектронной аппаратуры строятся по импульсным схемам, одним из наиболее востребованных приборов ремонтника есть измеритель ESR электролитических конденсаторов или ESR метр. Долгое время я проверял исправность таких конденсаторов цифровым измерителем ёмкости, заряжающим конденсаторы высокочастотной пилой. Но, так как этот прибор был изготовлен более 10 лет назад, на рассыпухе – мелкая логика и светодиодные индикаторы, – пользоваться таким устаревшим прибором, да ещё и без "настоящего" измерителя ЭПС, считаю сейчас даже просто морально некошерным. Поэтому, с момента освоения прошивки современных микропроцессоров, я всё время мечтал о схеме, отвечающей требованиям нашего времени – минимум деталей, современная элементная база и схемное решение, одновременное отображение значения C и ESR на LCD, никаких реле, рубильников и прочей лабуды, требующей лишних движений. И вот, наконец-то, после многих лет просмотра не одного десятка схем (и всё не то) описание такого прибора мне попалось. Журнал "Радио" №6 за 2010 год, страница 19 – в это схемотехническое и программное решение я влюбился с первого взгляда 🙂 Популярный МК ATtiny2313, LCD индикатор в две строки по восемь символов, простая и понятная измерительная часть, хорошая программная поддержка. Всё – делаю!
Но, как всегда – редко бывает такая схема, которую я повторяю 1:1, – беру в руки красную пасту, и, а-ля школьный учитель, начинаю энергично вычёркивать со схемы лишние фрагменты. Автономное питание – убираем, так как прибор будет работать в помещении от сетевого адаптера, оставляю только разъём для его подключения. Автоматическое отключение источника питания от схемы и его квазисенсорное включение – вычёркиваем – это нерациональное пижонство. Подключение к компу через СОМ-порт – убираем – какой дурак будет включать целый компьютер ради замера ёмкости одного конденсатора, что и так отображается на ЖКИ прибора; подсветку индикатора делаю постоянно включенной. Итого – схема "похудела" процентов на 25 🙂 Кроме того, после внимательного чтения описания и вникания в принцип работы измерителя была обнаружена и одна ошибка на схеме – источники тока двух поддиапазонов измерения оказались перепутаны между собой – исправляем.
Вот так и будем собирать. Ниже представлена схема ESR измерителя:
Естественно, считаю очень экстравагантным решение автора использовать на одной плате современную импортную базу одновременно с устаревшей отечественной, да ещё и с не самыми лучшими параметрами (КС133 не выдерживают никакой критики). Поэтому сразу решаю, что вместо КТ3107 буду ставить 2SA733, а стабилитроны возьму BZX 3V3 (хотя поставил BZX 3V9). ЖКИ также будет не указанный в схеме (такого найти не получилось), а более популярный WH0802А фирмы Winstar. Печатную плату развожу, руководствуясь размерами индикатора – по его ширине и высоте (высокие детали ложу горизонтально, электролиты применяю с уменьшенной высотой корпуса), регулятор контрастности в подобных устройствах я всегда распаиваю прямо на выводах самого индикатора. Таким образом, плата вышла размерами 6х6 см, монтаж по высоте равен высоте индикатора (около 1 см). Собранная плата с индикатором легко поместится в пачку от сигарет.
Настройка ESR
О, это отдельный разговор. Прочитав статью, создаётся мнение, что схему сможет настроить только инженер-программист в лаборатории с высокоточными приборами. Судите сами – автор предлагает настроить источники тока по миллиамперметру, гарантирующему точность в две цифры после запятой. Затем – делитель напряжения по вольтметру такой же точности (естественно подразумевается, что в этой точности нет ничего общего с "точностью" китайских показометров). Потом эти измеренные значения надо занести в текст неоткомпилированной программы, перегнать её в машинный код и зашить с этими поправками в МК. Нормально? Но, к счастью, автор очень подробно описал принцип работы своего устройства, почитав которое доходит, что сие чудо высокого полёта современной инженерной мысли может настроить и любой Ивашка с Дворца пионеров и даже вообще без всяких приборов. Всё, закрываем журнал и настраиваем так, как получилось у меня.
Включаем собранный прибор с прошитым и установленным на плату МК. Первым делом крутим регулятор контрастности до появления на экране ЖКИ чёткой надписи в две строки. Если её нет – проверяем монтаж в части сопряжения МК с ЖКИ и подачи питания на оба самых дорогих элемента этого устройства. А также правильность прошивки МК – не забываем про фузы – для PonyProg так:
Нажимаем на плате возле МК кнопку "Калибровка" – в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя.
Следующий этап. Нам понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества (не обязательно Low Esr) ёмкостью 220. 470 мкФ разных партий, лучше всего – на разные напряжения (16в, 35в, 50в. ). Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в пределах 100. 470 Ом (у меня получилось 300 Ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора. К большой точности пока что стремиться не стОит – ещё будет корректироваться; затем проверить и с другими конденсаторами.
Дальше настраиваем измеритель ESR. Эх, придётся снова раскрыть журнал "Радио" – №7 за 2010 год стр.22 – там имеется табличка с типовыми значениями этого параметра для разных конденсаторов. Или же воспользоваться вот этой, найденной на бескрайних просторах Интернета. Кстати, такую табличку, при желании, можно будет приклеить в качестве шпаргалки на корпус будущего прибора под дисплеем. Как пользоваться такой табличкой, я думаю, понятно – скажем, получается, что типовое ЭПС конденсатора 100 мкФ на 35в находится где-то в районе 0,32 Ом:
В следующей табличке указаны максимальные значения ЭПС для электролитических конденсаторов. Если у измеряемого конденсатора оно будет заметно выше, то его уже нельзя использовать для работы в сглаживающем фильтре выпрямителя:
Подключаем конденсатор 220 мкФ и, незначительным подбором сопротивления резисторов R6, R9, R10 (на схеме и на моём сборочном чертеже обозначены со звёздочками), добиваемся показаний Esr, близких к табличным. Проверяем на всех имеющихся заготовленных эталонных конденсаторах, в т.ч. уже можно использовать и конденсаторы от 1 до 100 мкФ (не обращая пока что внимания на показания измерителя ёмкости).
Так как для измерения ёмкости конденсаторов от 150 мкФ и для измерителя ЭПС применяется один и тот же участок схемы, после подбора сопротивления этих резисторов несколько изменится точность показаний измерителя ёмкости. Теперь можно подстроить ещё сопротивление резистора R2, чтобы эти показания стали точнее. Другими словами, Ваша задача – подбирая сопротивление R2 – уточнить показания измерителя ёмкости, подстраивая резисторы в делителе компараторов – уточнить показания ESR-метра. Причём, приоритет надо отдавать измерителю ESR. О больших же ёмкостях – я думаю, каждый понимает, что если в аппарате установлен конденсатор на 1000 мкФ, то он будет работать хоть при ёмкости 950 мкФ, хоть при ёмкости 1100 мкФ – поэтому уделять внимание особой точности измерению ёмкости таких конденсаторов вряд ли целесообразно.
Тут может возникнуть вопрос – а нельзя ли вообще сразу и очень точно настроить измеритель ESR, подключая к его входу низкоомные высокоточные резисторы, калибруя прибор по ним? Нет, как раз это не тот случай – так можно настроить разного рода простые аналоговые измерители ЭПС, представляющие собой, грубо говоря, омметры "с наворотами". В этом же приборе используется способ измерения, основан на зарядке конденсатора током, – резистор же, понятное дело, заряжаться не может
Осталось настроить измеритель ёмкости конденсаторов диапазона 0,1. 150 мкФ. Так как для этого в схеме предусмотрен отдельный источник тока, измерение ёмкости таких конденсаторов можно сделать очень точным. Подключаем конденсаторы малой ёмкости к входным гнёздам прибора и, подбором сопротивления R1 в пределах 3,3. 6,8 кОм (у меня получилось 4,3к) добиваемся максимально точных показаний. Этого можно достичь, если в качестве эталонных применить не электролиты, а высокоточные конденсаторы К71-1 ёмкостью 0,15 мкФ с гарантированным отклонением 0,5 или 1%, подключая их как по одному, так и параллельными "батареями".
На этом настройка прибора закончена, можно поместить его в корпус и использовать по назначению
Ниже вы можете скачать печатную плату в формате LAY, сборочный чертеж и прошивку
DesAlex, исходная версия измерителя: Радио – №7, 2010г.
Давно не секрет, что половина отказов в современной бытовой технике связана с электролитическими конденсаторами.
Вздувшиеся конденсаторы видно сразу, но есть и такие, которые выглядят вполне нормально. Все неисправные конденсаторы имеют потерю ёмкости и увеличенное значение ESR, или только увеличенное значение ESR(ёмкость нормальная или выше нормы).
Вычислить их – не так просто, приходится выпаивать их, если параллельно подключено несколько конденсаторов, или параллельно к измеряемому конденсатору подключены какие либо шунтирующие элементы, проверять и исправные запаивать обратно. Многие конденсаторы приклеены к плате, находятся в труднодоступных местах и демонтаж/монтаж их, занимает много времени. Ещё при нагревании, неисправный конденсатор может на время восстанавливать работоспособность.
Поэтому радиомеханики, да и не только они, мечтают иметь прибор для проверки исправности электролитических конденсаторов, внутри-схемно, не выпаивая их.
Хочу огорчить, на все 100% – это не возможно. Не возможно правильно измерять ёмкость и ESR, но проверить исправность электролитического конденсатора без выпаивания, во многих случаях возможно по увеличенному значению ESR.
Неисправные конденсаторы с увеличенным ESR и нормальной ёмкостью встречаются часто, а с нормальным ESR и с потерей ёмкости нет.
Уменьшение ёмкости от номинальной на 20% – не считается дефектом, это нормально даже для новых конденсаторов, поэтому для начальной дефектации электролитического конденсатора достаточно измерить ESR. Показания ёмкости при внутрисхемных измерениях, только для информации и в зависимости от шунтирующих элементов схемы, могут быть значительно завышенными или не измеряться.
Ориентировочная таблица допустимых значений ESR, приведена ниже:
Было разработано несколько версий измерителя ESR.
Измеритель ESR+LCF v3 (третья версия), разрабатывался с учётом максимальных возможностей при внутрисхемных измерениях. Кроме основного измерения ESR (на дисплее Rx>x.xxx), имеется дополнительная функция для внутрисхемного вычисления ESR, названная анализатором – "aESR" (на дисплее a x.xx).
Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно). Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR.
При измерении исправного конденсатора “aESR” и “ESR” близки по значению. На дисплее дополнительно выводится значение “aESR”.
Эта функция не имеет прототипа, поэтому на момент подготовки основной документации, был очень не большой опыт в её использовании.
На данный момент, есть множество положительных отзывов от разных людей с рекомендациями по её использованию.
Данный режим не даёт сто процентного результата, но при знании схемотехники и накопленном опыте – эффективность данного режима велика.
Результат внутрисхемного измерения, зависит от шунтирующего влияния элементов схемы.
Полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды) не оказывают влияния на результат измерения.
Наибольшее влияние оказывают низкоомные резисторы, индуктивности, а так же другие конденсаторы, подключенные к цепям измеряемого конденсатора.
В местах, где шунтирующее влияние на проверяемый конденсатор не велико, неисправный конденсатор хорошо измеряется в обычном режиме "ESR", а в местах, где шунтирующее влияние велико, неисправный конденсатор (не выпаивая) можно вычислить только с помощью "анализатора – aESR".
Следует помнить, что при внутрисхемных измерениях исправных электролитических конденсаторов, показания "aESR" в большинстве случаев немного выше показаний "ESR". Это нормально, так как многочисленные соединения с измеряемым конденсатором, вносят погрешность.
Наиболее сложными местами для измерения, являются схемы с одновременным шунтированием множеством элементов разных видов.
На схеме выше, неисправный конденсатор С2+1ом, шунтируется C1+L1+C3+R2.
При измерении такого конденсатора, значение ESR в норме, а анализатор показывает ”0,18” – это превышение нормы.
К сожалению, не всегда удаётся внутри-схемно определить исправность электролитического конденсатора.
Например: в материнских платах по питанию процессора не получится, там слишком велико шунтирование. Радиомеханик, как правило, ремонтирует однотипную аппаратуру, и со временем у него накапливается опыт, и он уже точно знает в каком месте и как диагностируются электролитические конденсаторы.
И так, что же может мой измеритель.
Измеритель ESR+LCF v3 – измеряет
| ESR электролитических конденсаторов | 0 – 50 Ом |
| Ёмкость электролитических конденсаторов | 0,1 – 60 000 мкФ |
| Ёмкость неэлектролитических конденсаторов | 1 пФ – 2,0 мкФ |
| Индуктивность | 0,1 мкГн – 1,0 Гн |
| Частоту | до 50 мГц |
| Напряжение питания | батарея 7 – 9 вольт |
| Ток потребления | 10 – 30 мА |
Дополнительные функции:
– В режиме ESR можно измерять постоянные сопротивления 0.001 – 100Ом, измерение сопротивления цепей, имеющих индуктивность или ёмкость, невозможно (т.к. измерение производится в импульсном режиме и измеряемое сопротивление шунтируется). Для корректного измерения таких сопротивлений необходимо нажать кнопку «+» (при этом измерение производится при постоянном токе 10мА). В этом режиме диапазон измеряемых сопротивлений равен 0.001 – 20Ом.
– В режиме ESR при нажатой кнопке «L/C_F/P» включается функция внутрисхемного анализатора ( подробное описание см. далее).
– В режиме частотомера при нажатой кнопке «Lx/Cx_Px» включается функция «счетчик импульсов» (непрерывный счёт импульсов поступающих на вход “Fx“). Обнуление счетчика производится кнопкой «+».
– Индикация разряда батареи.
– Автоматическое отключение – около 4х минут (в режиме ESR-2мин.). По истечении времени простоя, загорается надпись "StBy" и в течении 10 сек, можно нажать любую кнопку и продолжится работа в том же режиме.
В современной технике электролитические конденсаторы часто шунтируются индуктивностью менее 1 мкГн и керамическими конденсаторами. В обычном режиме здесь, измеритель не способен выявить неисправный электролитический конденсатор без выпаивания. Для этих целей, добавлена функция внутрисхемного анализатора.
Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно). Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR(Rx) = aESR(a). На дисплее дополнительно выводится значение aESR (a). Наиболее эффективна данная функция при измерении ёмкостей выше 300мкФ. Для включения этой функции необходимо нажать кнопку «L/C_F/P».
Принципиальная схема.
"Сердцем измерителя является микроконтроллер PIC16F886-I/SS. В этом измерителе также, без изменения прошивки, могут работать и микроконтроллеры PIC16F876, PIC16F877.
Конструкция и детали.
ЖК – индикатор на основе контроллера HD44780, 2 строки по 16 знаков.
Контроллер – PIC16F886-I/SS.
Транзисторы BC807 – любые P-N-P, близкие по параметрам.
ОУ TL082 – любой этой серии (TL082CP, AC и др.). Возможно применение ОУ MC34072. Применение других ОУ (с другим быстродействием) не рекомендуется.
Полевой транзистор P45N02 – 06N03, P3055LD и др., подходит практически любой из материнской платы компьютера.
Дроссель L101 – 100мкГн +-5%. Можно изготовить самому или применить готовый. Диаметр провода намотки должен быть не менее 0.2мм.
С101 – 430–650пФ с низким ТКЕ, К31-11-2-Г – можно найти в КОС отечественных телевизоров 4-5 поколения ( КВП контура ).
С102, С104 4–10мкФ SMD – можно найти в любой старой компьютерной материнской плате Пентиум-3 возле процессора, а также в боксовом процессоре Пентиум-2.
BF998 – можно найти в СКВ, телевизоров и видеомагнитофонов ГРЮНДИК.
SW1 (размер7*7mm)- обратите внимание на распиновку, встречаются двух типов. Разводка печатной платы соответствует рис 2.
Печатная плата выполнена из одностороннего стеклотекстолита.
Одновременно печатная плата служит основанием для корпуса. По периметру платы припаяны полоски стеклотекстолита шириной 21мм.
Крышки сделаны из чёрной пластмассы.
Сверху расположены кнопки управления, а спереди три гнезда типа «ТЮЛЬПАН», для съёмного щупа. Для режима “R/ESR” – гнездо более высокого качества.
Конструкция щупа:
В качестве щупа, использован металлический штекер типа « тюльпан». К центральному выводу припаяна игла.
Из доступного материала для изготовления иглы можно использовать латунный стержень, диаметром 3мм. Через некоторое время, игла окисляется и для восстановления надёжного контакта, достаточно протереть кончик, мелкой наждачной бумагой.
Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки и настройки данного измерителя.
Удачи всем и всего наилучшего!
Архив Измеритель ESR+LCF v3.
