우리가 이전에 설계된 회로 기판을 발견하거나 수리를 시도하기 위해 오래된 TV 또는 컴퓨터에서 하나를 꺼낼 때. 때로는 결함을 제거하기 위해 보드의 특정 커패시터의 커패시턴스를 알아야합니다. 그런 다음 특히 표면 실장 장치 인 경우 보드에서 커패시터의 정확한 값을 얻는 데 문제가 있습니다. 커패시턴스를 측정하기위한 장비를 구입할 수 있지만 이러한 모든 장치는 비용이 많이 들고 모든 사람을위한 것은 아닙니다. 이를 염두에두고 우리는 알 수없는 커패시터의 커패시턴스를 측정하기 위해 간단한 Arduino 커패시턴스 미터 를 설계 할 것 입니다.
이 미터는 쉽게 만들 수 있으며 비용 효율적입니다. Arduino Uno, Schmitt 트리거 게이트 및 555 IC 타이머를 사용하여 커패시턴스 미터 를 만들 것 입니다.
필수 구성 요소:
- 555 타이머 IC
- IC 74HC14 슈미트 트리거 게이트 또는 NOT 게이트.
- 1K Ω 저항 (2 개), 10KΩ 저항
- 100nF 커패시터, 1000µF 커패시터
- 16 * 2 LCD,
- 브레드 보드 및 일부 커넥터.
회로 설명:
Arduino를 사용 하는 정전 용량 측정기의 회로도는 아래 그림과 같습니다. 회로는 간단하고 LCD는 Arduino와 인터페이스되어 측정 된 커패시터의 커패시턴스를 표시합니다. 구형파 생성기 회로 (안정 모드에서는 555)가 Arduino에 연결되어 있으며 여기에서 정전 용량을 측정해야하는 커패시터를 연결했습니다. Schmitt 트리거 게이트 (IC 74LS14)는 직사각형 파형 만 Arduino에 공급되도록하는 데 사용됩니다. 잡음을 필터링하기 위해 전력에 두 개의 커패시터를 추가했습니다.
이 회로는 10nF ~ 10uF 범위의 커패시턴스를 정확하게 측정 할 수 있습니다.
555 타이머 IC 기반 구형파 발생기:
우선 555 Timer IC 기반 구형파 발생기에 대해 이야기하거나 555 Astable Multivibrator라고 말해야합니다. 커패시터의 커패시턴스는 디지털 회로에서 직접 측정 할 수 없다는 것을 알고 있습니다. 즉, UNO는 디지털 신호를 처리하고 커패시턴스를 직접 측정 할 수 없습니다. 따라서 우리는 커패시터를 디지털 세계에 연결하기 위해 555 구형파 생성기 회로를 사용합니다.
간단히 말해서 타이머는 주파수가 연결된 커패시턴스와 직접적으로 관련된 구형파 출력을 제공합니다. 따라서 먼저 주파수가 알려지지 않은 커패시터의 커패시턴스를 나타내는 구형파 신호를 얻고이 신호를 UNO에 공급하여 적절한 값을 얻습니다.
아래 그림과 같이 Astable 모드의 일반 구성 555:
출력 신호 주파수는 RA, RB 저항 및 커패시터 C에 따라 달라집니다. 방정식은 다음과 같이 제공됩니다.
주파수 (F) = 1 / (기간) = 1.44 / ((RA + RB * 2) * C).
여기서 RA와 RB는 저항 값이고 C는 커패시턴스 값입니다. 위의 방정식에 저항 및 커패시턴스 값을 입력하여 출력 구형파의 주파수를 얻습니다.
1KΩ을 RA로, 10KΩ을 RB로 연결합니다. 따라서 공식은 다음과 같습니다.
주파수 (F) = 1 / (기간) = 1.44 / (21000 * C).
우리가 가지고있는 용어를 재정렬함으로써
커패시턴스 C = 1.44 / (21000 * F)
프로그램 코드 (아래 참조)에서 캐패시턴스 값을 정확하게 얻기 위해 얻은 결과 (패러 드 단위)에 "1000000000"을 곱하여 결과를 nF로 계산했습니다. 또한 RA와 RB의 정확한 저항이 0.98K와 9.88K이기 때문에 21000 대신 '20800'을 사용했습니다.
따라서 구형파의 주파수를 알면 커패시턴스 값을 얻을 수 있습니다.
슈미트 트리거 게이트:
타이머 회로에서 생성 된 신호는 Arduino Uno에 직접 전달하기에 완전히 안전하지 않습니다. UNO의 감도를 염두에두고 슈미트 트리거 게이트를 사용합니다. 슈미트 트리거 게이트는 디지털 로직 게이트입니다.
이 게이트는 INPUT 전압 레벨에 따라 OUTPUT을 제공합니다. 슈미트 트리거는 THERSHOLD 전압 레벨을 가지며 게이트에 적용된 INPUT 신호의 전압 레벨이 로직 게이트의 THRESHOLD보다 높으면 OUTPUT은 HIGH가됩니다. INPUT 전압 신호 레벨이 THRESHOLD보다 낮 으면 게이트의 OUTPUT은 LOW가됩니다. 그것으로 우리는 일반적으로 슈미트 트리거를 별도로 얻지 않으며 항상 슈미트 트리거 다음에 NOT 게이트가 있습니다. 슈미트 트리거 작동은 여기에 설명되어 있습니다. 슈미트 트리거 게이트
74HC14 칩 을 사용할 것입니다 .이 칩에는 6 개의 Schmitt Trigger 게이트 가 있습니다. 이 SIX 게이트는 아래 그림과 같이 내부적으로 연결됩니다.
반전 슈미트 트리거 게이트의 진리표는 이것으로 우리는 단자에서 포지티브 및 네거티브 기간 반전 UNO위한 프로그래밍 필요도 아래에 표시된다.
타이머 회로에 의해 생성 된 신호를 ST 게이트에 연결하면 UNO에 안전하게 제공되는 출력에서 반전 된 시간주기의 구형파를 갖게됩니다.
Arduino는 커패시턴스를 측정합니다.
우노는 특별한 기능이 pulseIn , 긍정적 인 상태 기간 또는 특정 구형파의 부정적인 상태의 지속 시간을 결정하기 위해 우리가 할 수 있습니다:
Htime = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);
pulseIn는 기능을 측정 높거나 낮은 수준 우노의 PIN8에 존재하는 시간을. pulseIn의 마이크로 초 기능 측정이 높은 시간 (Htime) 및 낮은 시간 (Ltime). Htime과 Ltime을 함께 더하면 Cycle Duration이 생기고 반전하면 Frequency가됩니다.
주파수가 있으면 앞에서 논의한 공식을 사용하여 커패시턴스를 얻을 수 있습니다.
요약 및 테스트:
요약하면 알 수없는 커패시터를 555 타이머 회로에 연결하여 주파수가 커패시터의 커패시턴스와 직접 관련된 구형파 출력을 생성합니다. 이 신호는 ST 게이트를 통해 UNO에 제공됩니다. UNO는 주파수를 측정합니다. 알려진 주파수를 사용하여 앞에서 설명한 공식을 사용하여 커패시턴스를 계산하도록 UNO를 프로그래밍합니다.
내가 얻은 결과를 보자.
1uF 전해 콘덴서를 연결했을 때 결과는 1091.84 nF ~ 1uF 입니다. 그리고 0.1uF 폴리 에스터 커패시터의 결과는 107.70 nF ~ 0.1uF입니다.
그런 다음 0.1uF 세라믹 커패시터를 연결했고 결과는 100.25 nF ~ 0.1uF 입니다. 또한 4.7uF 전해 커패시터의 결과는 4842.83nF ~ 4.8uF입니다.
이것이 우리가 커패시터의 커패시턴스를 간단히 측정하는 방법입니다.