wiaj¹c wartoœci podzespo³ów z za³¹czonego

wykazu.

Sygna³ z generatora (wyprowadzenie 1

wzmacniacza A) jest doprowadzany przez re-

zystor R5 do wejœcia odwracaj¹cego 6 wzmac-

niacza operacyjnego B pracuj¹cego jako dziel-

nik napiêcia o ma³ej rezystancji wejœciowej.

Gdy do wejœcia pomiarowego przystawki Z³1

jest do³¹czony kondensator C

X

, to sygna³

z wyjœcia dzielnika (wyprowadzenie 7) jest do-

prowadzany do wejœcia odwracaj¹cego 9

wzmacniacza operacyjnego C pracuj¹cego

jako wzmacniacz ró¿niczkuj¹cy. Do tego wej-

œcia, jak równie¿ do wyjœcia dzielnika, s¹ do-

³¹czone diody D1

÷

D4, zabezpieczaj¹ce uk³a-

dy pomiarowe przystawki przed zniszczeniem

w wyniku pomy³kowego do³¹czenia do niej

na³adowanego kondensatora. W obwód ujem-

nego sprzê¿enia zwrotnego tego wzmacniacza

s¹ w³¹czone rezystory R7

÷

R12 s³u¿¹ce do

wyboru podzakresów pomiarowych. Napiêcie

na wyjœciu wzmacniacza U

wyC

jest wprost

proporcjonalne do wartoœci badanej pojem-

noœci C

X

zgodnie ze wzorem:

U

wyC

= _ 2

π

fRC

X

U

wyB

w którym:

f _ czêstotliwoœæ sygna³u wytwarzanego przez

generator (800 Hz),

C

X

_ pojemnoϾ badanego kondensatora

R _ rezystancja w³¹czona w obwód sprzê¿e-

nia zwrotnego wzmacniacza C (zale¿na od

wybranego podzakresu pomiarowego pojem-

noœci)

U

wyB

_ napiêcie na wyjœciu wzmacniacza B.

Z tego wzoru wynika, ¿e dok³adnoœæ pomiaru

pojemnoœci przystawki zale¿y od sta³oœci czê-

stotliwoœci sygna³u wytwarzanego przez gene-

rator, sta³oœci napiêcia na wyjœciu dzielnika

B (odpowiednio ma³a rezystancja wyjœciowa)

oraz od dok³adnego doboru rezystorów uk³a-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 12/2001

W

takich przypadkach nieocenione

us³ugi mo¿e oddaæ samodziel-

nie wykonana przystawka po-

miarowa.

W numerze 9/2001 ReAV przedstawiliœmy

przystawkê do pomiaru indukcyjnoœci. Obecnie

przysz³a kolej na pomiar pojemnoœci.

Zasada dzia³ania

Przystawka do pomiaru pojemnoœci jest bez-

poœrednio do³¹czana do gniazd pomiarowych

V(mV) i COM typowego multimetru. Korzysta

siê z podzakresu pomiarowego napiêcia sta-

³ego 200 mV lub 400 mV (zale¿nie od ma-

ksymalnego wskazania wyœwietlacza).

Zasada okreœlania pojemnoœci w du¿ym upro-

szczeniu polega na pomiarze na badanym

kondensatorze C

X

napiêcia wytwarzanego

przez generator napiêcia sinusoidalnego o czê-

stotliwoœci 400 Hz. Napiêcie to, proporcjonal-

ne do wartoœci pojemnoœci, zanim pojawi siê

na wyjœciu przystawki, jest odpowiednio kszta³-

towane, filtrowane i prostowane.

Na rys. 1 przedstawiono schemat przystawki.

Uk³ad pomiarowy pojemnoœci zbudowano

z dwoma uk³adami scalonymi: US1 (LM324 _

zawieraj¹cym cztery wzmacniacze operacyj-

ne A

÷

D) i US2 (TL062).

Do budowy generatora przebiegu sinusoidal-

nego wykorzystano wzmacniacz operacyjny

A pracuj¹cy w uk³adzie mostka Wiena (bez sta-

bilizacji temperatury). Dwie pêtle sprzê¿enia

zwrotnego dodatniego i ujemnego tworz¹ ele-

menty R4, R2, C1, C2 i odpowiednio R3 i R4.

Czêstotliwoœæ generatora mo¿na obliczyæ ze

wzoru f=1/2

π

RC, przy spe³nieniu warunków:

R3/(R3+1)

≤

1/3, R1 = R2 = R i C1 = C2 = C. War-

toœæ czêstotliwoœci 400 Hz otrzymuje siê wsta-

r

Z PRAKTYKI

14

du sprzê¿enia zwrotnego. Od stabilnoœci tych

parametrów (zale¿nych te¿ od wp³ywów tem-

peratury i starzenia siê podzespo³ów) zale¿y

te¿ d³ugookresowa stabilnoœæ uzyskanej do-

k³adnoœci pomiaru. Istotny, negatywny wp³yw

na pracê przystawki maj¹ te¿ zak³ócenia w.cz.

Nastêpne stopnie przystawki to selektywny filtr

aktywny zbudowany ze wzmacniaczem opera-

cyjnym D oraz stopieñ koñcowy _ wzmacniacz

sygna³u u¿ytecznego (uk³ad US2).

Napiêcie U

wyC

(wyprowadzenie 8 wzmac-

niacza C) jest doprowadzane przez dzielnik

R13, R14 i kondensator C4 do wejœcia od-

wracaj¹cego 13 wzmacniacza operacyjnego

D usuwaj¹cego zniekszta³cenia sygna³u u¿y-

tecznego i zwiêkszaj¹cego odpornoœæ uk³adu

pomiarowego przystawki na zak³ócenia w.cz.

Napiêcie z wyjœcia 14 tego filtru jest na koniec

doprowadzane przez rezystor R16 do wejœcia

nieodwracaj¹cego 5 wzmacniacza operacyjne-

go US2. Stopieñ ten, oprócz wzmocnienia sy-

gna³u u¿ytecznego, t³umi sygna³y zak³ócaj¹ce.

Z jego wyjœcia _ punkt wspólny rezystora R21

i kondensatora C8 _ sygna³ u¿yteczny, ju¿ ja-

ko napiêcie sta³e, jest doprowadzany do wyj-

œcia przystawki (Z³2).

Przystawka jest zasilana napiêciem syme-

trycznym ±5 V z dwóch baterii 9-woltowych

6F22 za pomoc¹ stabilizatorów US3 (78LO5)

i US4 (79LO5). Stan roz³adowania baterii sy-

gnalizuje dioda œwiec¹ca DS1 w uk³adzie

z tranzystorem T1. Dioda œwieci, gdy napiêcie

baterii spadnie poni¿ej 7 V (zacznie wtedy

przewodziæ tranzystor T1).

Monta¿, uruchomienie

i kalibracja uk³adu

Przystawkê nale¿y zmontowaæ na p³ytce dru-

kowanej przedstawionej na rys. 2 pos³uguj¹c

PRZYSTAWKA DO POMIARU

POJEMNOŒCI

Wiêkszoœæ tanich lub

starego typu multimetrów

cyfrowych jest

wyposa¿ona

w podstawowe funkcje

pomiaru napiêcia, pr¹du

i rezystancji.

W codziennej praktyce

zachodzi jednak

koniecznoϾ pomiaru

innych wielkoœci:

indukcyjnoœci,

pojemnoœci,

czêstotliwoœci

czy temperatury.

Rys. 1. Schemat przystawki do pomiaru pojemnoœci

15

siê schematem monta¿owym (rys. 3). Aby

u³atwiæ zbudowanie przystawki do wykona-

nia p³ytki drukowanej zastosowano laminat

jednostronny. Przy wyborze elementów ta-

kich, jak rezystory i kondensatory, nale¿y pa-

miêtaæ o ich tolerancji podanej w wykazie. Ja-

ko prze³¹czników podzakresów pomiarowych

(S2¸S7) nale¿y u¿yæ mikroprze³¹czników prze-

suwnych. Mo¿na je zast¹piæ jednym prze³¹cz-

nikiem obrotowym lub typu Isostat, co wyma-

ga jednak gruntownego przeprojektowania

przystawki pod wzglêdem mechanicznym.

Do bezpoœredniego po³¹czenia przystawki

z multimetrem warto zastosowaæ elementy

wtyków bananowych, przykrêconych i dolu-

towanych do jej p³ytki drukowanej (z³¹cze Z³2).

Wymaga to jednak dostosowania odleg³oœci

miêdzy wtykami do gniazd pomiarowych

V(mV) i COM danego typu multimetru, czyli

równie¿ pewnego przeprojektowania p³ytki

drukowanej.

Uruchomienie, a nastêpnie kalibracja przy-

stawki nie powinny nastrêczaæ jakichkolwiek

trudnoœci przy prawid³owym doborze elemen-

tów i poprawnym monta¿u.

W trakcie kalibracji nale¿y pamiêtaæ o tym, ¿e da-

ny podzakres pomiarowy pojemnoœci jest w³¹-

czany tylko jednym mikroprze³¹cznikiem

(S2

÷

S7), tzn. zawsze jeden z tych prze³¹czników

jest w stanie w³¹czonym, zaœ pozosta³e s¹ wy-

³¹czone. Prze³¹czniki po zamontowaniu na p³yt-

ce drukowanej w³¹cza siê przesuwaj¹c ich su-

waki w kierunku do brzegu p³ytki zgodnie z ich

przyporz¹dkowaniem (S2 _ 200

µ

F, S3 _ 20

µ

F,

S4 _ 2

µ

F, S5 _ 200 nF, S6 _ 20 nF, S7 _ 2 nF).

W celu uruchomienia i kalibracji przystawki

nale¿y:

1. Do z³¹cza Z³3 do³¹czyæ dwie baterie 9-wol-

towe typu 6F22.

2. Mikroprze³¹cznikiem S1 w³¹czyæ zasilanie

przystawki i woltomierzem napiêcia sta³ego

sprawdziæ napiêcie na wyjœciach stabilizatorów:

+ 5 V _ na wyjœciu stabilizatora US3,

_ 5 V _ na wyjœciu stabilizatora US4.

3. Do z³¹cza Z³2 do³¹czyæ multimetr cyfrowy

z w³¹czon¹ funkcj¹ pomiarow¹ napiêcia sta³ego

i podzakresem 200 mV (gdy np. maksymalne

wskazanie multimetru wynosi 1999).

4. Rozpocz¹æ kalibracjê przystawki do³¹czaj¹c do

jej wejœcia pomiarowego (Z³1) kondensator de-

kadowy (najlepiej legalizowany) lub kondensator

do dok³adnie znanej pojemnoœci, najlepiej ze

œrodka wybranego podzakresu pomiarowego,

np. 15,24 dla podzakresu ni¿ 10

÷

20 nF.

5. W³¹czyæ odpowiedni podzakres pomiarowy

(np. przy wyborze podzakresu 10

÷

20 nF, nale¿y

w³¹czyæ go prze³¹cznikiem S6).

6. Potencjometr P1 ustawiæ w takim po³o¿eniu

aby wskazanie wyœwietlacza multimetru wynio-

s³o 1524

±

1 cyfra.

7. Sprawdziæ poprawne dzia³anie pozosta³ych

podzakresów pomiarowych do³¹czaj¹c konden-

satory o znanych wartoœciach pojemnoœci do

wejœcia pomiarowego przystawki.

Do kalibracji gotowej przystawki i pomiarów kon-

trolnych u¿yto kondensatora dekadowego, spraw-

dzaj¹c nim podzakresy pomiarowe od 2 nF do

2

µ

F. Obliczony uchyb pomiarowy nie przekracza³

±

3%. Dodatkowo podzakresy od 20 do

200

µ

F sprawdzono za pomoc¹ kondensato-

rów o znanej pojemnoœci. W tym przypadku

uchyb równie¿ nie przekracza³

±

3%.

Stwierdzono te¿, ¿e dobieraj¹c wartoœci elemen-

tów dzielnika rezystancyjnego R7

÷

R12 z toleran-

cj¹

±

0,5%, mo¿na dokonaæ kalibracji przystaw-

ki tylko na jednym podzakresie pomiarowym,

a uchyb na pozosta³ych nie przekroczy

±

3%.

Nale¿y pamiêtaæ, ¿e gdy zostanie wybrany

podzakres 200 mV multimetru, to przecinek dzie-

siêtny na jego wyœwietlaczu zostanie automatycz-

nie ustawiony po trzeciej cyfrze, czyli w tym przy-

padku, przy maksymalnym wskazaniu, wyœwie-

tlacz multimetru wska¿e 199,9. Zatem odczyt

wartoœci pojemnoœci bêdzie bezpoœredni i doty-

czyæ bêdzie podzakresów pomiarowych pojem-

noœci 200 nF (w³¹czony prze³¹cznik S5)

i 200

µ

F (w³¹czony prze³¹cznik S2). Przy wybo-

rze innych podzakresów pomiarowych po³o¿enie

przecinka nie zawiera ¿adnych informacji (po³o-

¿enie przecinka jest domyœlne), zatem wskaza-

nie wyœwietlacza nale¿y interpretowaæ nastêpu-

j¹co: 2 nF (prze³¹cznik S7 _ maksymalne wska-

zanie 1,999), 20 nF (prze³¹cznik S6 _ 19,99),

2

µ

F (prze³¹cznik S4 _ 1,999), 20

µ

F (prze³¹cz-

nik S3 _ 19,99).

Na koniec nale¿y uruchomiæ uk³ad kontroli stanu

baterii zasilaj¹cych przystawkê:

1. W miejsce baterii B1 (Z³3) w³¹czyæ wyjœcie za-

silacza regulowanego.

2. Ustawiæ napiêcie wyjœciowe zasilacza na 7 V.

3. Potencjometrem P2 doprowadziæ do zaœwie-

cenia siê diody DS1.

Uwaga. Obwody wejœciowe przystawki zabezpie-

czono za pomoc¹ diod D1

÷

D4 przed pomy³kowym

do³¹czeniem do nich na³adowanego kondensatora

(do 600 V). Niestety zabezpieczenie to w wielu wy-

padkach mo¿e okazaæ siê niewystarczaj¹ce. Z te-

go te¿ wzglêdu do wejœæ pomiarowych przystawki

w ¿adnym przypadku nie wolno do³¹czaæ na³adowa-

nych kondensatorów, a przed pomiarem na³adowa-

ny kondensator trzeba dok³adnie roz³adowaæ.

n

Janusz Konopacki, Leszek Halicki

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 12/2001

WYKAZ PODZESPO£ÓW

Rezystory

R1, R2 _ 39,2 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R3 _ 1,91 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R4 _ 4,12 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R5, R18, R19 _ 10 k

Ω

, 5%, 0,25 W

R6 _ 150

Ω

, 5%, 0,25 W

R7 _ 10

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R8 _ 90

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R9 _ 900

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R10 _ 9 k

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R11 _ 90 k

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R12 _ 900 k

Ω

, 0,5%, 0,25 W

R13 _ 76,8 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R14 _ 158 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R15 _ 11 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R16 _ 110 k

Ω

, 5%, 0,25 W

R17 _ 10 M

Ω

, 5%, 0,5 W

R20 _ 4,61 k

Ω

, 1%, 0,25 W

R21 _ 330 k

Ω

, 5%, 0,25 W

R22 _ 3 k

Ω

, 5%, 0,25 W

R23 _ 36 k

Ω

, 5%, 0,25 W

R24 _ 390

Ω

, 5%, 0,25 W

Potencjometry (miniaturowe)

P1 _ 100

Ω

P2 _ 10 k

Ω

Kondensatory

C1

÷

C4 _ 10 nF, 1%

C5 _ 100 nF, 1%

C6 _ 4,7

µ

F

C7

÷

C8 _ 1 nF

C9

÷

C12 _ 4,7

µ

F

Uk³ady scalone:

US1 _ LM324

US2 _ TL062

US3 _ scalony stabilizator napiêcia 78LO5

US4 _ scalony stabilizator napiêcia 79LO5

Inne

T1 _ tranzystor BC179 lub odpowiednik

D1

÷

D4 _ dioda 1N4007

DZ1 _ dioda Zenera 3,6 V

DL1 _ LED _ czerwona

Z³1

÷

Z³2 _ gniazdo ARK2 (3,5 mm)

Z³3 _ gniazdo ARK3 (3,5 mm)

S1

÷

S7 _ mikroprze³¹cznik do monta¿u

na druku, dwusekcyjny, przesuwny

Rys. 2. P³ytka drukowana przystawki (skala 1:1)

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na p³ytce drukowanej przystawki (skala 1:1)