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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Aufsatz zum Multimeter zur Messung der Kapazität von Kondensatoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Die Zeitschrift „Radio“ veröffentlichte Artikel [1, 2] mit Beschreibungen von Kapazitätsmessgeräten. Das erfolgreichste Gerät wird laut Autor im Artikel [1] beschrieben. Damit lässt sich die Kapazität von Kondensatoren messen, ohne diese von der Platine abzulöten, was die Reparatur und Einstellung elektronischer Geräte deutlich beschleunigt und vereinfacht. Darauf aufbauend wurde das vorgeschlagene Gerät entwickelt. Bei der Entwicklung wurde die Aufgabe gestellt, einen Aufsatz für ein Multimeter oder Voltmeter aus kostengünstigen und weit verbreiteten Komponenten zusammenzustellen, der einfach einzustellen und einzurichten ist und fünf Tage die Woche und acht Stunden am Tag autark mit Batterien betrieben werden kann. Im Gegensatz zum Prototyp [1] enthält die Set-Top-Box einen stabilisierten Spannungsaufwärtswandler, eine Batterieentladekontrolleinheit und eine automatische Abschaltung. Die Set-Top-Box verwendet Operationsverstärker mit Mikroleistung. Für den Aufbau und die Kalibrierung des Prototyps [1] ist die Auswahl geeigneter Kondensatoren erforderlich. Das Einrichten und Kalibrieren der Set-Top-Box ist mit angepassten Widerständen viel einfacher und komfortabler.
Das Diagramm der vorgeschlagenen Set-Top-Box ist in der Abbildung dargestellt. Die Stromversorgung erfolgt über einen GB1-Akku bestehend aus drei Ni-Cd- oder Ni-MH-Akkus. Der Akku wird über ein externes Netzteil mit einer Ausgangsspannung von 8...12 V geladen. Der Feldeffekttransistor VT1 stabilisiert den Ladestrom, dessen Wert durch Auswahl des Widerstands R2 eingestellt wird. Die Steuerung der Batterieentladung auf eine Spannung von 2,5...2,9 V erfolgt durch einen Trigger an den Transistoren VT4 und VT5. Es schaltet die Set-Top-Box aus und verhindert so eine Tiefentladung der Batterien. Der Schaltkreis R6VD5C3 dient zum Öffnen des Transistors VT4, wenn die Stromversorgung der Set-Top-Box durch den Schalter SA1 eingeschaltet wird, der in der Position „Laden“ angezeigt wird. Der Aufwärtsspannungswandler enthält einen Sperrgenerator an den Transistoren VT2 und VT3, einen Transformator T1, einen Kondensator C1, Widerstände R1 und R3 sowie Spannungsgleichrichter mit positiver (VD3C4) und negativer (VD4C5) Polarität. Die Betriebsfrequenz des Wandlers beträgt etwa 100 kHz, er arbeitet bei einer Eingangsspannung von 1,8...5 V und seine Ausgangsspannung ist auf ±(7±0,5) V stabilisiert. Wichtigste technische Merkmale
Das Funktionsprinzip der vorgeschlagenen Konsole ist das gleiche wie das des Prototyps. Der Dreieckimpulsgenerator wird mit den Operationsverstärkern DA 1.1, DA2.2, DA2.4 zusammengebaut. Der Operationsverstärker DA1.1 fungiert als Komparator; von seinem Ausgang wird ein Rechtecksignal an den Eingang des Integrators am Operationsverstärker DA2.2 geliefert, der rechteckige Spannungsimpulse in dreieckige umwandelt. Die Generatorfrequenz wird durch RC-Glieder (R23C8 – 1 kHz, R24C9 – 100 Hz, R25C10 – 10 Hz, R26C11 – 1 Hz) bestimmt, die vom Multiplexer DD1 geschaltet werden. Die Widerstände dieser Schaltungen werden angepasst; sie stellen die erforderliche Erzeugungsfrequenz ein. Im Rückkopplungskreis des Generators befindet sich ein Wechselrichter auf Basis des Operationsverstärkers DA2.4, der für einen selbstoszillierenden Modus sorgt. Auf dem Operationsverstärker DA2.3 ist ein Spannungsfolger montiert. Von seinem Ausgang wird dem zu prüfenden Kondensator C* eine Dreieckspannung mit einer Amplitude von 50 mV zugeführt. Die Dioden VD21 und VD22 dienen dem Schutz. Auf dem Operationsverstärker DA3 ist ein Differenzierer montiert. Der Widerstand R42 begrenzt den Strom, wenn der zu prüfende Kondensator defekt ist. Mit dem Schalter SA2 werden die Multiplexer DD6 und DD17 über die Dioden VD1-VD2 gesteuert. In den Positionen 1 bis 5 des Schalters SA2 werden die Kanäle von X1 bis von 5 kHz. In den Positionen 2 bis 1 von SA10 werden die Kanäle von X1 bis Kanal X1. Vom Ausgang des Operationsverstärkers DA3 werden Impulse, deren Amplitude proportional zur gemessenen Kapazität Cx ist, einem Synchrondetektor zugeführt, der auf einem Feldeffekttransistor VT6 mit einer Steuereinheit am Operationsverstärker DA1.2 aufgebaut ist. Vom Kondensator C7 wird über den Entkopplungsspannungsfolger am Operationsverstärker DA2.1 eine Spannung, ebenfalls proportional zu C*, an ein Voltmeter oder Multimeter geliefert, das sich im Spannungsmessmodus von mindestens 1 V befinden muss. Die Kapazität des Kondensators 07 muss mindestens 100 μF betragen, sonst sind die Voltmeterwerte bei einer Messgrenze von 10000 μF und einer Generatorfrequenz von 1 Hz instabil. Bei den Grenzen von 1 nF und 0,01 μF empfiehlt es sich, den zu prüfenden Kondensator von den Nebenschlusskreisen zu trennen. Die in [1] für den Prototyp formulierten Schlussfolgerungen über deren Einfluss auf die Genauigkeit der Kapazitätsmessung gelten auch für die Set-Top-Box. Da die Operationsverstärker in der Set-Top-Box ein Signal mit einer Frequenz von nicht mehr als 1 kHz verarbeiten, wurde die Mikroschaltung 1401UDZ verwendet, die vier mikroverbrauchende Operationsverstärker enthält. Es kann durch 1463UD4 oder vier einzelne 140UD12 ersetzt werden. Es ist darauf zu achten, dass die Amplitude der Schwingungen am Ausgang des Generators bei allen Frequenzen (1, 10, 100 und 1000 Hz) gleich ist. Andernfalls reduzieren Sie den Widerstandswert der Widerstände R11 und R18 und regeln den Strom durch sie so, dass er 0,2 mA nicht überschreitet. Die Set-Top-Box verwendet SPZ-19-Abstimmwiderstände mit einer zulässigen Abweichung von ±10 %. Festwiderstände - C2-33, mit einer zulässigen Abweichung von ±5 %. Oxidkondensatoren - K53-18. Kondensatoren C9-C11 - K73-17 oder andere Metallfolie, Kondensator C8 - KM5a oder KM56, wobei TKE nicht schlechter als MPO oder PZZ ist. Es ist möglich, oberflächenmontierte Elemente zu verwenden - Widerstände R1-12, R1-16, Kondensatoren K53-68, K10-50 oder deren importierte Analoga. Der Transformator T1 ist auf einen Magnetkern der Standardgröße W4x4 aus 2000NM Ferrit mit PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,15 mm gewickelt. Wicklung I enthält 15 Windungen, Wicklung II und III jeweils 35 Windungen. Der Operationsverstärker DA3 wurde aufgrund seines geringen Stromverbrauchs und seines hohen Eingangswiderstands aus der 140UD14-Serie ausgewählt. An der Messgrenze von 1 nf wird der Einfluss seines Eingangswiderstands korrigiert, indem der Widerstandswert des Widerstands R43 von 10 (wie im Prototyp) auf 12 MOhm erhöht wird. Die Kompensation des Einflusses der parasitären Kapazität des Aufsatzes und der Sonden (Einstellung der Null-Ausgangsspannung des Aufsatzes bei dieser Messgrenze) erfolgt mit dem Widerstand R35. Es wurde eine nicht standardmäßige Frequenzkorrektur des Operationsverstärkers DA3 mit Kondensator C18 verwendet, die parasitäre Schwingungen eliminiert, da der Differenzierer zur Selbsterregung neigt. Die Einrichtung der Set-Top-Box beginnt mit der Einstellung der Erzeugungsfrequenz an jedem Grenzwert mithilfe der Trimmwiderstände R23-R26. Schließen Sie dann einen Standardkondensator mit einer Kapazität von 10 μF oder etwas weniger an. Der Trimmerwiderstand R16 stellt die Ausgangsspannung in Volt ein, die einem Zehntel der Kapazität eines Standardkondensators in Mikrofarad entspricht. Anschließend wird der Aufsatz auf ähnliche Weise mit den Trimmwiderständen R37-R40 bei kleineren Messgrenzen unter Verwendung anderer Standardkondensatoren kalibriert. Die Referenzspannungsquelle - LED AL102VM (HL1) kann durch AL307VM oder durch eine Kette aus mehreren in Reihe geschalteten Siliziumdioden der Serie KD522 ersetzt werden. Bei Bedarf wird die Referenzspannung angepasst, indem der Widerstandswert des Widerstands R8 innerhalb von ±30 % gewählt wird. Wenn dies nicht ausreicht, ändern Sie die Anzahl der Dioden im Stromkreis. Die Abschaltspannung ist auf 2,5...2,9 V eingestellt. Der Ladestrom der Batterien wird über den Widerstand R2 ausgewählt. Im Autorenexemplar ist der Strom auf 26 mA eingestellt. Ersetzen Sie ggf. den Feldeffekttransistor KP302V (VT1) durch einen leistungsstärkeren KP903V. Literatur
Autor: A. Suchinsky
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