Ekonomiczny wykrywacz zwarć
Do czego to służy?
Przedstawiany układ jest w zasadzie
omomierzem, przeznaczonym do pomia-
ru bardzo małych oporności, w zakresie
2199
od pojedynczych miliomów do 0,2&!,
z rozdzielczością 0,0001&!. Jest to przy-
stawka do cyfrowego miernika uniwer-
salnego.
Przeznaczeniem przyrzÄ…du nie jest jed-
nak tylko pomiar oporności, ale także,
a może przede wszystkim, wykrywanie
zwarć, na przykład na płytkach drukowa-
nych, w montowanych układach i przy
naprawach sprzętu. Każdy, kto miał kie-
dykolwiek kłopoty z odnalezieniem miejs-
ca, gdzie zwarte są dwa obwody, doceni ba wylutowywać elementów z płytki. Lo- nie nie spadnie do zera. Nie jest to ko-
zalety opisanej przystawki. Czasem zda- kalizowanie zwarcia odbywa się na zasa- nieczne  chodzi o znalezienie punktów
rza się, że podczas trawienia, na płytce dzie szukania miejsc o jak najmniejszej obydwu obwodów, między którymi re-
drukowanej pozostanie cieniutkie jak oporności. Tylko początkującym może się zystancja jest najmniejsza. Właśnie w tej
włos połączenie, niewidoczne gołym wydawać, że ścieżki płytki drukowanej okolicy kryje się zwarcie.
okiem. Przykładowo zwarcie wystąpi mają pomijalnie małą rezystancję. Cien- Szczerze mówiąc, opis procedury na
między ścieżką masy a jakąś inną ścież- kie ścieżki mają rezystancję rzędu kilku- papierze jest bardziej skomplikowany, niż
ką. Zmontowany na takiej płytce układ dziesięciu miliomów (kilku setnych częś- praktyka. Kto raz wez
mie podobny wy-
nie będzie działał poprawnie. Czasem ci oma). Już milimetr długości ścieżki ma krywacz zwarć do ręki i przeprowadzi
zwarcie powstanie w pracującym urzą- rezystancję wykrywalną przez opisany eksperyment, na przykład łącząc ze sobą
dzeniu wskutek uszkodzenia jakiegoś przyrząd. dwa obwody na płytce drukowanej
elementu i wtedy też niełatwo znalez
ć Aby zlokalizować zwarcie, wystarczy i  szukając zwarcia, momentalnie zrozu-
przyczynę. dotknąć sondami dwóch obwodów, mię- mie o co w tym chodzi i doceni zalety opi-
Zwykły omomierz niewiele pomaga dzy którymi ono występuje. Dołączony sywanego przyrządu.
i zazwyczaj w takim wypadku trzeba prze- woltomierz cyfrowy pokaże jakąś war-
cinać ścieżki w różnych miejscach tość. Następnie jedną z sond należy do- Jak to działa?
i sprawdzać, w której części obwodu wy- tknąć do innego punktu jednego z obwo- Schemat ideowy układu pokazano na
r
y
s
u
n
k
u
1
stępuje szukane zwarcie. Jest to metoda dów. Jeśli woltomierz pokaże wartość rysunku 1. Na pierwszy rzut oka wygląda
żmudna i niezbyt elegancka (ze względu większą niż poprzednio, zwarcia należy dość dziwnie, ale nie ma tu żadnych
na konieczność przecinania ścieżek). szukać w przeciwnym kierunku. Dotknię- skomplikowanych obwodów.
Użycie opisanego prostego przyrządu cie punktu ścieżki bliższego miejsca Przede wszystkim należy poznać zasa-
pozwoli zlokalizować zwarcie szybko zwarcia spowoduje zmniejszenie wska- dę działania przyrządu. Pomiar bardzo
i bez cięcia ścieżek. Co ciekawe, nie trze- zania woltomierza. Oczywiście wskaza- małych rezystancji z dobrą rozdzielczoś-
Rys. 1. Schemat ideowy
R
y
s
.
1
.
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
54 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/98
cią dokonywany jest przez pomiar spadku dzy punkty E i F. Przykładowo, na badanej Montaż i uruchomienie
napięcia na tej rezystancji przy przepły- rezystancji równej 0,065234&!, podczas Układ można zmontować na płytce
r
y
s
u
n
k
u
2
wie dużego prądu. Wartość tego prądu przepływu prądu pojawi się napięcie rów- drukowanej pokazanej na rysunku 2.
wynosi ni mniej ni więcej tylko 1 amper! ne 65,234mV. Napięcie to należy zapa- Montaż nie powinien sprawić trudności.
Jest to możliwe przy zasilaniu układu miętać i podać na woltomierz. Służą te- Kolejność lutowania jest dowolna, jedy-
z małej baterii 9-woltowej, a to dzięki im- mu kondensatory C3 i C4 oraz tranzystor nie układ scalony i tranzystor T3 należy
pulsowemu sposobowi pomiaru. Tak du- T3. W czasie, gdy prąd płynie przez bada- wlutować na końcu.
ży prąd płynie tylko przez krótki czas, na- ną rezystancję, tranzystor T3
tomiast przez większość czasu prąd nie jest otwarty i kondensatory C3,
płynie. Za włączanie prądu odpowiedzial- C4 ładują się do napięcia wy-
ny jest generator z bramkami U1A i U1B stępującego na badanej opor-
z układu CMOS 4001. Częstotliwość ge- ności. Gdy prąd przestanie pły-
neratora nie jest krytyczna. Dzięki obec- nąć, tranzystor T3 zostanie za-
ności diody D1 i rezystora R3, przebie- mknięty, ale na kondensatorach
giem wyjściowym generatora nie jest pozostanie  zapamiętane na-
przebieg prostokątny o wypełnieniu pięcie. Napięcie to na bieżąco
50%, tylko dodatnie szpilki. Czas trwania podawane jest do woltomierza,
szpilki wynosi mniej więcej 0,01 okresu dołączonego do punktów A i B.
generatora. W ten sposób przy wartości Koniecznie musi to być wolto-
prądu w impulsie równej 1A, średni po- mierz cyfrowy na zakresie
R
y
s
.
2
.
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
bór prądu z baterii wynosi około 10mA, 200mV. Po pierwsze chodzi Rys. 2. Schemat montażowy
co nawet dla zwykłej baterii 6F22 nie jest o to, by miał on dużą rezystan-
dużym obciążeniem. Warto jednak za- cję wewnętrzną, by kondensatory C3 Dla początkujących zagadką może być
uważyć, że duży prąd nie jest pobierany i C4 nie rozładowały się zbyt szybko przez występowanie na płytce oddzielnych
wprost z baterii (uniemożliwiłaby to jej tę rezystancję (cyfrowe multimetry mają punktów E1 i E2 oraz F1 i F2.
duża rezystancja wewnętrzna), tylko zwykle rezystancję wejściową równą Ponieważ przyrząd przeznaczony jest
z kondensatora C2, który tu jest jakby po- 10M&!). Po drugie, woltomierz musi mieć do pomiaru bardzo małych rezystancji,
mocniczym z
ródłem zasilania o dużej wy- dobrą rozdzielczość. Na przykład mierząc warto uwzględnić i wyeliminować wpływ
dajności. przykładowe napięcie 65,234mV na za- rezystancji przewodów, ścieżek i połą-
W każdym razie dodatnie szpilki z wy- kresie 200mV, uzyska się odczyt 65,2mV, czeń wykrywacza, która dodałaby się do
jścia generatora przez odwracającą bram- co da rozdzielczość równą 0,1 milioma!!! badanej rezystancji.
kÄ™ U1C uruchamiajÄ… z
ródło prądowe, zbu- Nie inaczej, tylko 0,0001&!. I tu jasno wi- Aby wyeliminować wpływ rezystancji
dowane z tranzystorami T1 i T2. Zielona dać, że przyrząd naprawdę jest w stanie przewodów zastosowano pomiar cztero-
R
y
s
u
n
e
k
3
dioda LED D2 jest wstępnym stabilizato- wykryć niewielkie zmiany oporności, wy- punktowy. Rysunek 3 przedstawia zasa-
rem napięcia. Na rezystorach R7 i R8 na- stępujące na długości ścieżki czy przewo- dę pomiaru czteropunktowego. Czerwo-
pięcie w czasie wspomnianej szpilki wy- du. nym kolorem zaznaczono obwód, w któ-
nosi około 0,5V. Przy odpowiednim dob- Wyjaśnienia wymaga obecność diody rym płynie duży prąd (1A). Jeśli przewody
raniu wypadkowej wartości R7 i R8 uzys- D5 i rezystora R9. Dioda D5 świeci się pomiarowe (czy sygnałowe, dołączone
kuje się wartość prądu w impulsie równą tylko wtedy, gdy punkty E i F są rozwar- do punktów E2, F2) zostaną połączone
1 amper. te. Przy włączeniu badanej małej rezys- do końcówek sond, to wyeliminowany
W czasie normalnej pracy, punkty E1 tancji dioda ta zgaśnie. zostanie wpływ rezystancji przewodów
i E2 są połączone (dając punkt E), podob- Występujące na schemacie elementy  prądowych , dołączonych do punktów
nie jak punkty F1 i F2 (dające punkt F). T4, C5, D6 i R11 przewidziane były do ob- E1 i E2. w kondensatorach C3, C4 zosta-
Badaną małą rezystancję włącza się mie- wodu zabezpieczenia. W praktyce okaza- nie zapamiętane napięcie występujące
ło się, że są one niepotrzebne i elemen- na badanej rezystancji, a nie suma tego
tów tych nie trzeba montować. napięcia ze spadkami napięć na przewo-
Wykaz elementów
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
Przyrząd nadaje się do pomiaru rezys- dach. Rezystancja przewodów prowadzą-
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
tancji nie większych niż 0,3&!. Teoretycz- cych od punktów E1 i F1 do sond może
R1,R3: 10k&!
R2: 1M&!
nie zakres pomiarowy powinien sięgać być większa od badanej rezystancji.
R4: 4,7k&!
około 1,5&! (dopóki nie zacznie przewo- Dla zmniejszenia rezystancji styku
R5: 150&!
dzić dioda D5). Trzeba jednak pamiętać, między sondą a mierzonym obiektem,
R6: 2,2k&!
R7,R8: 1&! że tranzystory MOSFET mają dodatkową należy zastosować sondy z ostrymi czub-
R9: 33&!
pasożytniczą strukturę  diodę włączoną kami. Sondy w miarę możliwości nie po-
R10: 1k&! lub zwora
anodÄ… do z
ródła, katodą do drenu. W cza- winny być wykonane z miękkiej miedzi,
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
sie, gdy przez badaną rezystancję nie pły- tylko z jakiegoś twardszego stopu (mo-
C1: 100nF
nie prąd, napięcie na niej jest równe zeru siądz, brąz, itp.). W modelu wykorzystano
C2: 1000µF/10V
C3,C4: 1µF i kondensatory, które w czasie przepÅ‚ywu szpilki pochodzÄ…ce z krosownicy jakiegoÅ›
Półprzewodniki prądu zostaną naładowane do napięcia urządzenia telekomunikacyjnego.
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
D1,D3,D4: 1N4148
większego niż 0,4V, zostałyby przez tę Fotografia modelu pokazuje, jak czte-
D2: LED zielona
diodę rozładowane mniej więcej do 0,4V. ropunktowy pomiar zrealizowano w prak-
D5: LED czerwona
Właśnie z tego względu, przyrządem nie tyce. Brązowe przewody (prądowe) dołą-
T1: BC558B
T2: BD139
można mierzyć rezystancji większych niż czone są do punktów E1, F1, natomiast
T3: BS170
0,3&!, bo odczyt dołączonego woltomie- czerwone przewody sygnałowe, doluto-
U1: 4001
rza obarczony byłby dużym błędem. wane blisko czubków sond, dołączone są
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
Pozostałe
P
do punktów E2, F2.
T4,C5,D6,R11: nie montować
c.d. na str. 58
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/98 55
Wykaz elementów
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
PR1: potencjometr montażowy
Helitrim 5k&!
PR2: potencjometr montażowy
miniaturowy 220k&!
R8,R9 : 220k&!
RT1: ok. 22k&!/20°C
R1, R2, R7: 10k&!
R3: objaśnienie w tekście
Rys. 4.
R
y
s
.
4
.
R4: objaśnienie w tekście
R10: objaśnienie w tekście
cyjnej danego producenta. W zależności dzie temperatura ok. 40...45OC, którą
R11: objaśnienie w tekście
od serii i producenta napięcie to może za- ustawimy za pomocą potencjometru R5: 1&!
R6: 5,6k&!
wierać się w przedziale 7,1...7,3V, co po- montażowego PR2. Do wykonania tej
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
woduje konieczność pomiaru napięć wy- czynności nie będzie nam oczywiście, po-
C1: 1nF
jściowych układu. Pomiarów najlepiej do- trzebny termometr. Wystarczy  pomiar
C2: 220µF/16
konać po dłuższym okresie wygrzewania temperatury dokonany za pomocą do-
C5, C3: 100nF
ukÅ‚adu, nawet po kilkudniowym. Należy tkniÄ™cia palcem: pÅ‚ytka termostatu po- C4: 1000µF/25
C6: 100nF
też pamiętać, że nasz układ jest gotowy winna być wyraz
nie gorąca, ale nie może
Półprzewodniki
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
do pracy dopiero po ok. 1 min od włącze- parzyć.
BR1: mostek prostowniczy 1A
nia zasilania. Układ powinien być zasilany ze z
ródła
IC1: uAA723 (LM723 lub inny odpowiednik)
Pozostałą jeszcze do omówienia spra- napięcia stałego 15...20VDC lub prze-
IC2: 78L05
wa wartości temperatury, do jakiej ma się miennego 11...15VAC o wydajności prą- IC3: 7812
T1: BC548 lub odpowiednik
rozgrzewać płytka termostatu i co za tym dowej ponad 0,5A.
T2: BD140
Z
b
i
g
n
i
e
w
R
a
a
b
e
idzie układ scalony IC1. Musi to być tem- Zbigniew Raabe
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
Pozostałe
P
peratura w każdym przypadku wyższa,
CON1: ARK3 miniaturowe
niż przewidywana temperatura pomiesz- CON2: ARK2
Komplet podzespołów z płytką jest
K
o
m
p
l
e
t
p
o
d
z
e
s
p
o
Å‚
ó
w
z
p
Å‚
y
t
k
Ä…
j
e
s
t
JP1 3 goldpiny + jumper
czenia, w którym dokonywać będziemy
dostępny w sieci handlowej AVT jako
d
o
s
t
Ä™
p
n
y
w
s
i
e
c
i
h
a
n
d
l
o
w
e
j
A
V
T
j
a
k
o
sprawdzania woltomierzy. Należy sądzić,
 kit szkolny AVT-2226.

k
i
t
s
z
k
o
l
n
y

A
V
T
2
2
2
6
.
że w naszym klimacie odpowiednia bę-
takie dobieranie wcale nie jest koniecz-
Ekonomiczny wykrywacz zwarć (c.d. ze str. 55)
ne, bo podczas wyszukiwania zwarcia
Taki pomiar czteropunktowy wcale Podczas prób okazało się, że w eg- nie chodzi o poznanie dokładnej wartoś-
nie jest jednak konieczny. Kto chce, mo- zemplarzu modelowym prÄ…d pracy wy- ci badanej rezystancji, tylko o znalezienie
że zewrzeć na płytce punkty E1 z E2 nosi około 0,85A i wyniki pokazywane na miejsca o najmniejszej oporności.
oraz F1 z F2 i zastosować pojedyncze wyświetlaczu dołączonego woltomierza Model pobiera w czasie pomiaru prąd
przewody prowadzące do sond. Wska- nie odpowiadają ściśle wartości mierzo- równy 13mA, a przy braku rezystancji
zania dołączonego miernika będą więk- nej rezystancji. Aby uzyskać prąd równy mierzonej, czyli rozwarciu sond, gdy świe-
sze, bo do rezystancji badanej dojdzie 1A należałoby dokładnie dobrać wartości ci dioda D5, pobór prądu wynosi 3mA.
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
rezystancja przewodów i sond. Ilustruje rezystorów R7 i R8 (dodać kolejny rezys- Piotr Górecki
Z
b
i
g
n
i
e
w
O
r
Å‚
o
w
s
k
i
to rysunek 4. tor równolegle do R7 i R8). W praktyce Zbigniew Orłowski
R
y
s
.
4
.
W
p
Å‚
y
w
r
e
z
y
s
t
a
n
c
j
i
p
r
z
e
w
o
d
ó
w
Rys. 3. Zasada pomiaru czteropunktowego Rys. 4. Wpływ rezystancji przewodów
R
y
s
.
3
.
Z
a
s
a
d
a
p
o
m
i
a
r
u
c
z
t
e
r
o
p
u
n
k
t
o
w
e
g
o
58 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/98