Esr метр на atmega8

На одном из сайтов нашёл статью, где предлагают собрать простой тестер полупроводниковых проборов именуемый AVR-Transistortester. Изучая данную тему, нашел, что AVR-Transistortester выполнены почти все по одной схеме отличия только в применяемых микроконтроллерах и дисплеев. Самая простая схема на ATmega8 можно использовать и ATmega48, содержит весь необходимый минимум, деталей, что не составит большого труда собрать начинающему радиолюбителю.

Типы тестируемых деталей:(имя элемента — индикация на дисплее):— NPN транзисторы — на дисплее «NPN»— PNP транзисторы — на дисплее «PNP»— N-канальные-обогащенные MOSFET — на дисплее «N-E-MOS»— P-канальные-обогащенные MOSFET — на дисплее «P-E-MOS»— N -канальные-обедненные MOSFET — на дисплее «N-D-MOS»— P -канальные-обедненные MOSFET — на дисплее «P-D-MOS»— N-канальные JFET — на дисплее «N-JFET»— P-канальные JFET — на дисплее «P-JFET»— Тиристоры — на дисплее «Tиристор»— Симисторы — на дисплее «ТРИАК»— Диоды — на дисплее «Диод»— Двухкатодные сборки диодов — на дисплее «Дв диод CA»— Двуханодные сборки диодов — на дисплее » Дв диод CС»— Два последовательно соединенных диода — на дисплее «2 диода послед.»— Диоды симметричные — на дисплее «2 диода встречные»— Резисторы — диапазон от 1 Ом до 10 МОм [Ом, KОм]

— Конденсаторы — диапазон от 0,2nF до 5000uF [nF, uF]

• Описание дополнительных параметров измерения:— H21e (коэффициент усиления по току) — диапазон до 1000— (1-2-3) — порядок подключенных выводов элемента— Наличие элементов защиты — диода — «Символ диода»— Прямое напряжение – Uf [mV]— Напряжение открытия (для MOSFET) — Vt [mV]
• — Емкость затвора (для MOSFET) — C= [nF]

Традиционно для себя перечертил схему в ДипТрейс и развёл плату под свои компоненты. Я применил планарную микросхему с тридцати двумя выводами.Вот моя схема.

Плату старался развести так чтобы все детали, были под дисплеем, а тестовая панель, кнопка и контрольный светодиод были перед дисплеем. Применил стандартный разъём питания для подключения любого адаптера до 15в., на точность показаний это ни как не влияет.

Что касаемо применяемых деталей.Транзисторы VT1-VT3 любые маломощные соответствующие переходу.

Резисторы тоже любые, любого класса точности кроме R7-R12, главное чтобы их сопротивление не сильно отличались от требуемых. Очень важно, чтобы резисторы R7-R12 были более высокого класса точности.

Если таковых у вас нет, то нужно вооружиться хорошим, точным тестером и отобрать резисторы R7-R12, с минимальной погрешностью.

От этого зависит точность показаний. Правильно собранный из рабочих деталей прибор в наладке не нуждается. Работает сразу, транзисторы и другие детали кроме конденсаторов большой ёмкости тестирует достаточно быстро.

Я, подобные микросхемы программирую, уже впаянную в плату.

Проводки подпаиваю к дорожкам ведущие к соответствующим выводам. А потом уже припаиваю остальные детали. Можно программировать и после окончательной сборки приборчика.

Читать также:  Диаметр газового шланга для плиты

А каким программатором, или какой программой пользоваться уже дело вкуса. Мне так понравилась программа AVRDUDE.

Главное установить правильные фьюзы.

Для ATmega8: lfuse = 0xc1; hfuse = 0xd9Для ATmega48: lfuse = 0x42; hfuse = 0xdf; efuse = 0xff

В архиве выкладываю все свои и не свои материалы по изготовлению данного устройства.Также в архиве, есть прошивка для русификации показаний прибора (английский и русский EEPROM, правильное отображение в кирилице µ и Omega), это в том случае если у вас дисплей поддерживает русские символы. Мой дисплей к несчастью оказался не из таких.

Содержание / Contents

↑ Начало

↑ Мой вариант схемы измерителя ESR

Я внес минимальные изменения. Корпус — от неисправного «электронного дросселя» для галогеновых ламп. Питание — батарея «Крона» 9 Вольт и стабилизатор 78L05 . Убрал переключатель — измерять LowESR в диапазоне до 200 Ом надо очень редко (если приспичит, использую параллельное подключение).

Изменил некоторые детали. Микросхема 74HC132N, транзисторы 2N7000 (to92) и IRLML2502 (sot23). Из-за увеличения напряжения с 3 до 5 Вольт отпала необходимость подбора транзисторов. При испытаниях устройство нормально работало при напряжении батареи свежей 9,6 В до полностью разряженной 6 В.

Кроме того, для удобства, использовал smd-резисторы. Все smd-элементы прекрасно паяются паяльником ЭПСН-25. Вместо последовательного соединения R6R7 я использовал параллельное соединение — так удобнее, на плате я предусмотрел подключение переменного резистора параллельно R6 для подстройки нуля, но оказалось, что «нуль» стабилен во всем диапазоне указанных мною напряжений.

Удивление вызвало то, что в конструкции «разработанной в журнале» перепутана полярность подключения VT1 — перепутаны сток и исток (поправьте, если я неправ). Знаю, что транзисторы будут работать и при таком включении, но для редакторов такие ошибки недопустимы.

↑ Наладка

Наладка очень проста и заключается в установке чувствительности с помощью R4 при подключенном резисторе 2…5 Ом и установке нуля цифрового вольтметра на диапазоне 200mV. Операции надо повторить несколько раз, далее можно убедиться в точности измерителя, подключая резисторы 0,1…5 Ом. Настраивать надо со штатными шнурами, плату хорошенько промыть, конденсатор С3 должен быть термостабилен.

↑ К вопросу о точности вообще

Начиная с 10 Ом, точность примерно 3% и ухудшается примерно до 6% при 20 Ом (200мВ), но точность при измерениях бракованных элементов не важна. Поскольку измерения проводятся при комнатной температуре, термонестабильность будет мала, испытаний на эту тему я не проводил.

При измерениях ESR конденсаторов в компьютерных блоках питания и на материнских платах, я пришел к выводу, что конденсаторы от 1000 мкФ с сопротивлением 0,5 Ом надо срочно выпаивать и отправлять в ведро, нормальное ESR 0,02…0,05 Ом.

Попутно обнаружил, что у исправных конденсаторов ESR очень сильно зависит от температуры, так у конденсатора 22 мкФ ESR уменьшалась от тепла пальцев на 10%. Это объясняет, почему некоторые фанатичные лампадные конструкторы специально делают подогрев конденсаторов в катодных цепях с помощью проволочных обогревателей.

По этой причине, а также по причине имеющегося сопротивления контактов считаю, что в измерения тысячных долей Ом нет особой необходимости.

Читать также:  Геометрические параметры фрезы концевой

На первом фото ЭПС конденсатора 0,03 Ом.

Желающие подробнее ознакомиться с принципом работы данного устройства могут прочитать оригинальную статью на стр. 19, 20 «Радио» №8 за 2011 год.

↑ Моя печатная плата

↑ Итого

Данный прибор работает у меня около месяца, его показания при измерениях конденсаторов с ESR в единицы Ом совпадают с прибором по схеме Ludens. Он уже прошёл проверку в боевых условиях, когда у меня перестал включаться компьютер из-за емкостей в блоке питания, при этом не было явных следов «перегорания», а конденсаторы были не вздувшимися.

Точность показаний в диапазоне 0,01…0,1 Ом позволила отбраковать сомнительные и не выбрасывать старые выпаянные, но имеющие нормальную ёмкость и ESR конденсаторы. Прибор прост в изготовлении, детали доступны и дёшевы, толщина дорожек позволяет их рисовать даже спичкой. На мой взгляд, схема очень удачна и заслуживает повторения.

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

1. — Спасибо за внимание!
2. Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
3. Оригинальная статья в журнале «Радио» № 8 за 2011 год: ▼ radio-8-2011-esr-meter.7z 🕗 13/08/16 ⚖️ 1,09 Mb ⇣ 53

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

— Спасибо за внимание!

Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Цифровой измеритель ЭПС на микроконтроллере ATmega8

• ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭПС НА
• МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ATMEGA8
•             Общая информация

            С момента изготовления стрелочного измерителя ЭПС прошло более двух лет.

В течение этого вре­мени прибор постоянно эксплуатировался при ремонте различной техники и показал хорошие ре­зультаты. Помимо прочего, радует экономичность: установленный элемент питания работает до сих пор.

Накопилась и некоторая статистическая информация:

                        — основная масса измерений приходится на диапазон сопротивлений 0…1 Ом. Большие зна­чения либо не имеют смысла для конденсаторов ёмкостью более нескольких микрофарад, либо нужны просто для справки;

                        — хотя длинная шкала прибора позволяет без труда определять сопротивления от 0,1 Ома, возможность измерения в пределах от 0 до 0,1 Ома с шагом 0,01 Ом представляется более полезной, не­жели измерение сопротивлений более 10 Ом;

                        — полностью подтвердилась мысль о том, что для ремонтных работ совершенно безраз­личны размерность и соответствие истинному значению ЭПС, поскольку выводы делаются исключи­тельно сравнительным способом. Достаточно чтобы измеритель просто обнаруживал разницу сопро­тивлений в требуемом диапазоне. Поэтому шкалу миллиамперметра можно было и не  градуировать.

             Тем не менее, практика показала, что несмотря на простоту изготовления, надёжность, экономич­ность, многих отпугивает суровый вид стрелочного индикатора эпохи расцвета тоталитарно-тёплого лампового звука.  Поразмыслив, автор поддался течению и заменил взывающую к совести стрелку на мирские блага микроконтроллера:

Рис. 1

            Не секрет, однако, что все блага имеют свою цену, которая неизбежно компенсирует иллюзорное представление о прекрасном.

            За основу измерения положен тот же принцип, что и в стрелочном измерителе. Поскольку основ­ной диапазон измерения теперь принят от 0 до 1 Ома (т.е. сдвинут в область малых значений), а полная кратность измеряемого сопротивления составляет 1000, становится ясно, что десять разрядов АЦП мик­роконтроллера ATmega8 хватит впритык.

            Основные характеристики:

                        — диапазон измеряемых сопротивлений 0,01…9,9 Ом;

1.                         — возможность коррекции и сохранения нулевых показаний;
2.                         — питание 9 Вольт, от батареи 6LR61 («Крона») щелочного типа;
3.                         — индикация напряжения батареи после включения в течение двух секунд.
4.             Измеритель собран в корпусе от USB модема D-Link:
5. 
6. Рис. 2

            Размеры корпуса позволили использовать безымянный сегментный индикатор типа 2 1/2 разряда, без десятичных точек, высота символов 11 мм. Подобные индикаторы когда-то устанавливали на передние панели системных блоков.

Рис. 3

            Следует учесть, что символ единицы в данном индикаторе загорается сразу целиком, а аноды его сегментов объёдинены с анодами предыдущего разряда. При повторении конструкции можно использо­вать любые индикаторы с общим анодом и соответствующим объединением указанных сегментов.

•             Выбор индикатора привёл к характерным извращениям при отображении информации:
•                         — десятичная точка выполнена в виде углубления залитого белой краской на передней па­нели (рис. 1);
•                         — величины от 0,1 до 9,9 (Ом или Вольт) отображаются «как есть», без гашения нуля в стар­шем разряде. При этом сотые доли не выводятся;

                        — величины менее 0,1 Ома отображаются с гашением нулей в старших разрядах. Выводится только значение сотой доли Ома.

            Возможные варианты индикации показаны на рис. 4:

Рис. 4

            Реализация прибора

            Преобразователем эквивалентного сопротивления в напряжение служит генератор на транзи­сторе VT1. Измеряемое ЭПС конденсатора уменьшает добротность контура C1, C2, L1, в резуль­тате чего амплитуда колебаний снижается. Сигнал с генератора подается на АЦП микроконтроллера и после необходимой обработки выводится на индикатор.

            Измерение сопротивления в диапазоне сотых долей Ома сопряжено с определёнными трудно­стями. Начинают сказываться такие явления, как шум АЦП, «дрожание» амплитуды генератора, неста­бильность питающего напряжения, температурный дрейф и т.д.

            Всё вместе это выливается в две составляющие:

                        — шум, т.е. кратковременные случайные изменения показаний;

                        — дрейф, т.е. относительно медленное и, как правило, однозначное изменение показаний, свя­занных  в основном с из­ме­не­нием температуры и питающего напряжения.

            Шум достаточно эффективно устраняется программным способом. Так, при измерении сопротивле­ний от 0,01 до 0,09 Ом  или обнулении могут наблюдаться нечастые изменения показаний на 1 единицу. Дрейф и все начальные смещения приходится устранять путём компенсации те­кущего значения. Для оперативного обнуления показаний на переднюю панель выведена кнопка S2.

            Следует отметить, что подобные сложности возникли из-за довольно большого, для такой про­стой схемы, диапазона измеряемых сопротивлений. Но любая разработка — это всегда поиск оптималь­ного решения, которого невозможно достичь без компромиссного подхода.

            Принципиальная схема измерителя приведена на рис. 5:

Рис. 5

            Напряжение питания измеряется по линии CPWR.

            Одноимённые катоды индикатора HG1 соединены. На схеме через точку показаны номера выво­дов для используемого автором индикатора. При этом слева даны номера выводов старшего разряда. Например: 11 — вывод катода сегмента «A» младшего разряда, 16 — вывод катода сегмента «A» старшего разряда. Номер вывода зажигающего единицу — 9.

            Технологическая перемычка J1 устанавливается во время наладки прибора и блокирует чтение из EEPROM сохранённого смещения. При этом после включения питания в ОЗУ пишется фиксированное значение смещения, необходимое для задания правильного режима работы генератора.

            Наладка прибора

            Для налаживания, кроме обычного мультиметра, желательно иметь осциллограф и лабораторный источник питания. Вся работа ограничивается, в основном, проверкой сигналов в разных точках.

            Перед подачей питающего напряжения + 9 В следует выставить резистор R6 в нижнее по схеме положе­ние и замкнуть пайкой выводы Cx. Микроконтроллер вставлять не нужно.

1.             Проверить наличие напряжения питания +5 В на выходе стабилизатора, коллекторе транзистора и выводах панельки микроконтроллера.
2.             Установив щуп осциллографа на 23 выводе панельки, убедиться в наличии сигнала подобного вида:
3. 
4. Рис. 6

            Частота генерируемых колебаний должна быть около 30 кГц. Вращая резистор R6 убедиться, что амплитудное значение сигнала может достигать 4,5 Вольт.

Если этого не происходит, скорее всего, низка добротность катушки L1 (применён неподходящий материал сердечника). После этого установить амплитуду сигнала 3,5 Вольт.

Указанная на рисунке амплитуда получится после того, как вращением R6 будут выставлены нулевые показания индикатора.

            Проверить сигнал измерения питающего напряжения на 24 выводе панельки. Он должен быть ра­вен половине напряжения питания.

•             Замыкая перемычками выводы 9, 10 панельки на +5 В, а выводы порта PD на землю, убедиться в правильной распайке индикатора HG1. Буквенное обозначение сегментов индикатора:
• 
• Рис. 7

            Вставить запрограммированный контроллер в панельку и установить перемычку J1. Подать пита­ние и наблюдать за отображением величины питающего напряжения на индикаторе. Оно должно сов­падать с истинным до десятых долей вольта.

            Через две секунды будет отображаться измеренное сопротивление. Кнопку S2 не нажимать. Враще­нием резистора R6 необходимо добиться показаний индикатора в границах 0,01…0,09 Ом. После этого резистор трогать не следует.

            Нажимая на кнопку S2 убедиться в том, что показания обнуляются.

            Снять перемычку J1 и убедиться, что сохранённое смещение восстанавливается после выключе­ния питания.

            Разомкнуть выводы Cx и убедиться, что показания индикатора соответствуют режиму «Зашкал» (см. рис. 4).

1.             Наладка прибора закончена.
2.             Работа с измерителем
3.             Последовательность действий классическая:
4.                         — включаем питание;
5.                         — с некоторым усилием замыкаем щупы;
6.                         — ждём 3 секунды;
7.                         — нажимаем и отпускаем кнопку >00< при разомкнутых щупах - показания с "зашкала" изменятся на нулевые. Поскольку отрицательные значения прибор не показывает, нуль будет теперь при любом сопротивлении между щупами. Возврат показаний "на место" производится обычным способом - через замыкание щупов с последующим нажатием кнопки обнуления. Главное при этом - выждать время между замыканием щупов и нажатием кнопки, не менее 3 секунд.

               Работа при разряженной батарее. Для нормальной работы стабилизатора DA1 входное напряжение должно быть не меньше 6,5 Вольт. В противном случае напряжение на выходе снижается. Помимо прочего, это влияет на точность измерения питающего напряжения — показания становятся завышенными. Однако спутать такой режим с нормальным нельзя по двум причинам:

   •                         — яркость свечения индикатора явно занижена;
   •                         — во время отображения питающего напряжения показания не уменьшаются, а наоборот — увеличиваются, чего при нормальной работе быть никак не может.
   •             Конструктивное оформление

               В авторском варианте вся конструкция собрана на  печатной плате из односторонне фоль­ги­ро­ван­ного стеклотекстолита. Посадочные размеры сняты с оригинальной платы модема D-link (см. сбороч­ный чертёж). Для индикатора HG1 предусмотрена выемка по переднему краю платы.

   

   Рис. 8

               Нижние выводы индикатора (с 1 по 9) припаиваются непосредственно к контактным площадкам. Так обеспечивается механическое крепление индикатора. Весь остальной монтаж выполнен перемыч­ками из одножильного провода в ПВХ изоляции. До установки индикатора следует запаять:

   1.                         — 3 перемычки в отверстия на плате (соединяют выводы 1-5, 2-6, 3-8);
   2.                         — 3 перемычки непосредственно на индикаторе (соединяют 11-16, 10-15, 12-18);
   3.                         — 7 отводов с выводов 11, 12, 13, 14, 15 и 17 (2 шт), которые после установки индикатора впаи­вают в соответствующие отверстия платы.

               Номиналы элементов колебательного контура C1, С2, L1, R3 должны быть точно такими, как ука­зано на принципиальной схеме. Конденсаторы — плёночные К73-17.

               Катушка L1 намотана на кольце К10х4х2 из феррита марки М2000НМ и содержит 22 витка про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Не следует брать внешне похожие кольца от распространённых сейчас элек­тронных трансформаторов, дросселей, балластов энергосберегающих ламп. Индуктивность будет в норме, зато добротность такой катушки оказывается значительно ниже.

               Дроссель L2 — SMD, подойдут типоразмеры 1812, 2220, 2525.

               Конденсаторы C5, C6, C9 — танталовые, SMD, тип корпуса А или B; C4, C7, C8 — керамические, ти­поразмер 0805.

               Все постоянные резисторы — выводные, 0.125 или 0.25 Вт; впрочем, за исключением резистора R3, конфигурация контактных площадок позволяет установить и SMD резисторы типоразмеров 0805 или 1206.

               Переменный резистор R6 — 3006P-1-501, 500 Ом.

               Диоды VD1, VD2 устанавливают «как один», спаяв выводы средней точки между собой.

               До установки панельки под микроконтроллер необходимо запаять одну перемычку (см. сбороч­ный чертёж).

               Во время прошивки микроконтроллера DD1 следует запрограммировать (т.е. установить = «0») сле­дующие фьюзы:

   CKSEL0	= 0
   CKSEL1	= 0
   CKSEL3	= 0
   SUT0	= 0
   SPIEN	= 0

               Схема соединения программатора и контроллера показана на рис. 9:

   

   Рис. 9

               Нумерация выводов программатора использована авторская, нестандартная. Ссылка на описание программатора и способов программирования МК дана в конце статьи.

               На плате измерителя отсутствует разъём для внутрисхемного программирования. Для отладки про­граммы к указанным на рис. 9  выводам МК был временно припаян шлейф с разъёмом под программатор. При повторении конструкции можно поступить аналогично. Если МК новый или у него не отключено так­тирование от собственного RC генератора, сигнал 1 МГц не используется.

               Батарейный отсек согнут из полоски нержавеющей стали. К полосе снаружи отсека припаива­ются короткие отрезки одножильного провода. На печатной плате имеются 4 контактные площадки, к ним и припаивается вся конструкция.

   

   Рис. 10

               Кнопка S2 изначально была выключателем типа SPA-101A1, как S1. Чтобы устранить защёлкивание, нужно отвин­тить хвостовую часть выключателя, вынуть контактную шайбу с пружинами и толкателем. Вместо пружины, что находится ближе к лицевой части кнопки, нужно поставить отрезок ПВХ трубки. Длину подобрать экспериментально так, чтобы не происходило срабатывания механизма.

   •             Собранная конструкция выглядит следующим образом:
   • Рис. 11

               Документация по измерителю находится в архиве Esr_m8 (см. файлы к статье). Содержимое ар­хива:

   Esr_m8.hex	прошивка микроконтроллера измерителя ЭПС
   1. Схема.pdf	принципиальная схема измерителя
   2. Нижняя сторона ПП (ЛУТ).pdf	3 копии рисунка печатной платы для ла­зерно-утюж­ной тех­нологии изготовления ПП
   3. Сборочный чертёж.pdf	расположение компонентов на печатной плате + располо­жение SMD компонентов со стороны дорожек + рисунок дорожек (вид «сквозь плату»)

               Рисунок платы дан в формате *.pdf, после печати на принтере следует проконтролиро­вать габарит­ные размеры платы. Точные цифры указаны на сборочном чертеже. Пра­вильные размеры при печати из Adobe Reader получаются при отключении масштабирования и т.п.

   1.             Файлы и ссылки к статье
   2.         1) Документация на измеритель ЭПС (~ 100 кБ)
   3.         2) USB программатор для внутрисхемного программирования МК AVR
   4.         3) Пробник для измерения ЭПС оксидных конденсаторов
   5. Олег Иванов

   C&ESR Meter, v2, ремейк. Часть 1

     Творческое переосмысление достаточно точной и не очень сложной конструкции измерителя емкости и ESR конденсаторов. Речь идет о измерителе C&ESR автора Келехсашвили В.А. (vyachko), конструкция опубликована и описана в журнале «Радио», №6 и №7 за 2010г. Т.к. времени со дня публикации прошло немало, порылся в инете, почитал статьи повторивших эту конструкцию и форумы где ее обсуждали, предлагали усовершенствования и т.д. Также собрал моделируемый прототип в симуляторе Proteus 7.10 для изучения работы программы, понимания принципа ее работы. Все это закончилось тем, что и схема была изменена, и программа % на 80 переделана. Неизменным остался только принцип измерения емкости и ESR конденсаторов на постоянном токе, но внес изменение в алгоритм разрядки конденсатора.   О точности прибора и возможности внутрисхемных измерений сказал сам автор в топике на форуме vrtp.ru:

     Если Ваша цель измерение ESR с лабораторной точностью, то данный прибор не для Вас. Цель создания прибора — из максимально доступных деталей получить прибор с точностью достаточной для домашнего использования. Грамотные специалисты-ремонтники могут себе позволить приобретение настоящего измерительного прибора, а желающие «за копейки» получить лабораторную точность пусть обратят внимание на другие конструкции;   Если в схеме параллельно измеряемому конденсатору нет шунтирующих сопротивлений или германиевых п/п переходов, или переходов с барьером Шоттки, то мерять (внутрисхемно) можно (в принципе эти ограничения в той или иной мере свойственны практически всем измерителям ЭПС);

   Теория. Способ измерения С и ESR на постоянном токе.

     Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I, напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения UR по закону:

   UR – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

     При этом измеряются два интервала времени t1 и t2, в течении которых напряжение между обкладками конденсатора достигает значений соответственно U1 и U2. Все эти значения связаны с параметрами конденсатора следующим образом:

   

   Посчитать величину заряда для двух фиксированных значений напряжения U1 и U2, в этом случае можно по формуле:

   Взяв значение U2 вдвое большим U1 формулу расчёта ёмкости можно упростить: Формула для расчета активного сопротивления конденсатора (ESR) в общем случае составит:

   Опять-же, взяв значение U2 вдвое большим U1, формулу расчёта ESR тоже можно упростить:

     Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на дисплей.

   Теория. Применяемая арифметика с фиксированной точкой.

   Для удобства вычисления микроконтроллером формулы необходимо преобразовать, выразив метки времени t1 и t2 через частоту счетного таймера F и кол-во счетных импульсов n1 и n2 соответственно.

   Преобразованная формула вычисления ESR примет следующий вид:

   • Частота таймера F взаимно сократилась из числителя и знаменателя и формула почти не отличается от предыдущей.

     Для мимизации кол-ва и времени вычислений (а для МК, у которого отсутствуют команды для работы с плавающей точкой это очень важно) формулы можно доработать, т.е. преобразовать не меняющиеся во время рабочего цикла измерения значения в константы. Константы можно вычислить препроцессором на этапе компиляции, это позволит упростить вычисления и уменьшить их обьем. Константа для вычисления емкости: Формула вычисления емкости при этом примет вид: Константы для вычисления ESR: Формула вычисления ESR при этом примет вид:

   Практика. Арифметика с фиксированной точкой в программе.

   Емкость счетного таймера составляет 18 разрядов. Два дополнительных разряда добавлены программно, и инкрементируются таймером 1 по переполнению. Таким образом счетный таймер считает в диаппазоне 0х00000- 0х3FFFF. В программе для расширения диаппазона измерений задействованы 5 режимов таймера 1 и два генератора зарядного тока, большой (8,0мА) и малый (0,5мА):

   1. Диаппазон 0, прескалер таймера 1 отключен, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц, измеряемая емкость 100nF — 300μF;
   2. Диаппазон 1, прескалер 8, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/8, измеряемая емкость 300μF — 3mF;
   3. Диаппазон 2, прескалер 64, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/64, измеряемая емкость 3mF — 23mF;
   4. Диаппазон 3, прескалер 256, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/256, измеряемая емкость 23mF — 90mF;
   5. Диаппазон 4, прескалер 1024, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/1024, измеряемая емкость 90mF — 300mF;

   Емкость и ESR от 100nF до 25μF измеряются на малом токе, выше уже на большом.

   Констант для вычисления емкости стало две, для большого (Ibig) и малого (Ilow) тока:

   А формулы вычисления емкости с учетом диаппазонов при этом примут вид:

     Где D — номер диаппазона (0..4), M — массив коэффициентов деления на соответствующем диаппазоне [15, 12, 9, 7, 5]. При малом токе делится еще на 16 (Ibig/Ilow). Легко посчитать, что с учетом коэффициентов деления прескалера на разных диаппазонах, в делителе коэффициент деления всегда один, и для большого тока всегда равен 2^15, для малого 2^19.

     В моем варианте кода емкость после расчета домножается еще на 10. Это сделано для того, чтобы после BCD преобразования число разбилось по порядку, три младших разряда — нанофарады, три средних — микрофарады, три старших — милифарады. Причем для доумножения на 10 дополнительного кода почти не потребовалось. Общеизвестно, что умножить на 10 можно сдвинув число влево (умножить на 2), запомнить результат, и сдвинуть еще два раза влево (умножить на 8). Если теперь промежуточной и конечный сдвиги сложить и получим искомое умножение на 10, этим я и воспользовался. Теперь при делении я контролирую номер шага, и когда остается три шага запоминаю промежуточный результат (эквивалент умножения на 8). Использовать изначальное число шагов здесь избыточно, мне достаточно предпоследнего (эквивалент умножения на 2), поэтому массив коэффициентов деления на соответствующих диаппазонах [14, 11, 8, 6, 4] изменен. После деления складываем результат с промежуточным, вот и все умножение.

     Тут может возникнуть закономерный вопрос, а почему сразу нельзя учесть это умножение в коэффициенте Кс? Дело в том, что регистр результата умножения содержит 32 бита и при увеличении Кс для малого тока может произойти его переполнение.

   Констант для вычисления ESR стало тоже две по той-же причине:

   1. Схема.
   2.   Хотя я и указал в качестве первоисточника схему от vyachko,

   В зависимости от тока, на котором производился цикл измерения, соответствующая константа и используется в упрощенной формуле:

   на самом деле с самого начала моделировалась схема от DesAlex с сайта «Паяльник». Это схема, из которой по словам автора (и я с ним согласен) выброшено все лишнее. Вот как об этом пишет сам автор:

     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… В итоге две функции, автономное питание и управление подсветкой я все-же вернул, но немного по другому.

     При проектировании собственной схемы измерителя были использованы материалы обсуждения данной схемы с сайта vrtp.ru. Там очень хороший топик с разбором и усовершенствованием схемы, указанием первоисточников, присутствуют комментарии и обьяснения от vyachko.

   Большая работа по доработке схемы была проведена участником форума borys, вот его схема: и сборный комментарий от него, существенные изменения в этом варианте таковы:

     В схему введен каскад на ОУ с коэффициентом усиления 25. При этом входным напряжениям 50 мВ и 100 мВ соответствуют наряжения 1,25 В и 2,5 В на входах компараторов. Тип ОУ был выбран исходя из его параметров, стоимости и наличия. Можно ставить одинарный вариант (TLC271). Его просто не было на тот момент и (странно) цена его выше. Резисторы R13 и R15 желательно ставить точные (не хуже 1%). Применение ОУ типа TL082 нежелательно (их параметры значительно хуже).   Компараторы LM393 заменил на LM311 и организовал их двухполярное питание. В оригинальной схеме уровни сигналов и пороги находятся около потенциала земли, при этом компараторы правильно работать не будут по определению.   При двухполярном питании эти уровни попадают почти в середину диапазона, что гораздо лучше. Показания по ESR стали больше похожи на правду.   Пороговые напряжения на компараторах формируются с помощью довольно хорошего ИОН типа LM336, точная установка производится подстроечником R7. Необходимо выставить напржение ИОН точно 2,5В. Это напряжение будет на 2 выоде DA3 (обозначения по ранее выложенной схеме). На 2 выводе DA2 будет 1,25 В. Номиналы R18 и R19 не очень критичны, но они должны быть одинаковы насколько возможно точно.

     При расчете коэффициентов до трансляции исходника надо принять значения U2, U1 равными 100 мВ и 50 мВ. В этом варианте прибора напряжение на проверямых конденсаторах не превышает 100 мВ, что позволяет корректно проверять конденсаторы без выпаивания из платы.

   Моя итоговая схема получилась такой:

   От схемы borys взяты как идея:

   1.   Двухполярное питание усилителя на ОУ и компараторах. Т.к. отрицательное напряжение нужно только для сдвига порогов переключения от нуля, оно не обязательно должно быть симметрично положительному, тем более и у ОУ и у компараторов заявлена полная работоспособность при однополярном питании. Потому и выбрана схема формирования искуственной средней точки по делителю выходного напряжения. А т.к. напряжение положительного плеча стабилизировано и равно 5В, напряжение отрицательного будет зависеть от поданного питающего напряжения за вычетом падения напряжения на LDO DA3 и эмиттерно-коллекторном переходе транзистора VT3. Полностью симметричным двуполярное питание станет при питании от 12В.
   2.   Усилитель входного напряжения (и формирователь искуственной средней точки) собраны на сдвоенном ОУ TCL2272. Это Rail-to-Rail ОУ, выполненный по улучшенной технологии LinCMOS. Его типовые характеристики:
      • Низкий уровень шума: 9 nV/Hz на f = 1 kHz;
      • Ультранизкий входной ток: 1-pA;
      • Полоса пропускания усилителя с единичным усилением: 2,2 MHz;
      • Высокая скорость нарастания выходного напряжения: 3.6-V/μs;
      • Низкое напряжение смещения: 950 μV максимум при температуре 25°C;
      • Дальнейшее развитие усилителя TLC272;
   3.   Пороговые напряжения на компараторах формируются с помощью ИОН TL431A в нерегулируемом включении. Т.к. они выше напряжения на измеряемом конденсаторе на коэффициент усиления ОУ, это повышает четкость порогов срабатывания и быстродействие компараторов.

   В схему внесены следующие изменения:

   •   Для лучшей стабилизации зарядных токов стабилитроны в генераторах стабильного тока заменены на ИОН TL431A в нерегулируемом включении.
   •   Компараторы применены серии LM319D, это два прецизионных высокоскоростных компаратора в одном корпусе. Пороговые уровни на конденсаторе как и у vyachko, 150mV и 300mV. Серия LM319 отличается более быстрым откликом чем LM311, более высокой скоростью, более широким диапазоном рабочего напряжения. Это делает LM319 более универсальным, чем старые устройства, такие как LM311 (из даташита).Его типовые характеристики:
     • Полностью работоспособен при единственном 5В напряжении питания;
     • Время задержки 80нс при +15В;
     • Максимальный входной ток 1μА;
   •   Для контроля остаточного напряжения на измеряемом конденсаторе использован внутренний аналоговый компаратор микроконтроллера, пороговый уровень 12,5mV. И хотя он имеет довольно большую погрешность сдвига входного напряжения (

   Измеритель емкости и ESR

   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.

   Список радиоэлементов

   Скачать список элементов (PDF)

   Прикрепленные файлы: