Главная страница -> VRTP -> Texнологии -> Измерительные приборы.

Развивая тему LC метра (http://vrtp.ru/index.php?showtopic=15087&st=0) есть желание (и многочисленные пожелания) дополнить функционал прибора измерителем емкости электролитов и ESR. Основательно перерыв интернет обнаружил несколько подходов к реализации своей задумки. В конечном итоге остановился на подходе измерения ESR разработанном Бобом Паркером. Ниже в архиве планируемая схемка.
Принцип измерения ESR следующий.... подаем короткие импульсы (2-8 uS с периодичностью 500uS) стабильного тока (VT1-VT3…. 0,5 / 5 / 50mA в зависимости от диапазона измерения) на испытуемый конденсатор в результате чего на нем возникают «всплески» напряжения величина которых пропорциональна ESR. Далее это напряжение увеличивается х20 раз (VT7, VT6) и поступает на один из входов компаратора (OP1).
Одновременно с подачей импульсов мы начинаем заряжать стабильным током (9,4uA) образцовый конденсатор (С6) напряжение с которого также поступает на второй вход компаратора (OP1). Известно что U=t*I/C т.е. каждые 500uS напряжение на конденсаторе будет увеличиваться на 10mV. В случае равенства уровней напряжения на входах компаратора он срабатывает. Таким образом, мы получаем значения для расчета ESR - у нас есть значение тока заряда и напряжение (всплеска) .... ESR = U/I
Усилитель х20 обеспечивает нам разрешение в измерениях до 0,01 Om, что совсем не плохо.

Измерение емкости конденсатора построено по классической схеме заряда конденсатора до определенного уровня стабильным током и подсчетом времени заряда. Зная эти значения можно рассчитать его емкость С=I*t/U. Схема этого измерителя построена на все тех же источниках стабильного тока (VT1-VT3), системе коммутации (реле) и компаратора (OP2). На одно из плеч компаратора подается напряжение (1.2v) через резистивный делитель (R10, R12).
В момент достижения этого напряжения на испытуемом конденсаторе, компаратор срабатывает и мы имеем все нужные данные для расчетов.

Измерение малых емкостей и индуктивности также построено по классической схеме (генератор на LM319).... принцип работы рассказывать не буду, все знают

Предлагаемая на рассмотрение схема это собственно набор кусков схем других конструкций (авторство не мое!!!).... мне просто хотелось сделать схему доступной для повторения, без дефицитных деталей...

Ну и вопрос ко всем заинтересованным... поскольку в аналоговой схематике у меня знания не очень, может будут комментарии, советы и предложения по улучшению и упрощению схемы... либо замене компонентов (пока не развел печатку)???.


Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 4415 )
 ESR_BP_1.zip

Симпатишно..
Один вопрос: ЛМ393 не медленнова-то ли будет? У неё скорость срабатывания не сильно радостная. Уже не помню точно, но задержка 10-20мкС кажется или больше..

в принципе, я думал задержку сработки компараторов компенсировать программно, рассчитав ее в процессе калибровки.... а какой компаратор (из опыта) пошустрее можно заюзать?

Тот же 311 как в LC метре или встроенный. Есть конечно отдельно шустрые, но их только москвичи или киевляне купят.. Если б не помехи по питанию, то лучше строенного мне не попадались - видел работу на 2-х МГц..

......встроенный к сожалению отпадает...ног не хватает на проце. Из доступных попробую 311...или 319 он вроде еще пошустрее.

1,3 мкс National Semicjnductor http://www.national.com/ds/LM/LM393.pdf
1,4 мкс Fairchild http://www.fairchildsemi.com/ds/LM%2FLM2903.pdf
1,3 мкс Philips http://www.platan.ru/pdf/1dist/philips/LM193X.pdf
1,3 мкс Texas Instruments http://www.hobbyengineering.com/specs/TI-LM393.pdf

Неплохо для старичка...

Для LM311
200нс Fairchild http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM311.pdf
200нс ON Semi (Motorola) http://icbank.com/data/ICBShop/board/LM311.pdf
165нс TI https://dscl.lcsr.jhu.edu/wiki/images/a/a4/LM311.pdf (неплохо для генератора )
200нс Philips http://owww.phys.au.dk/elektronik/LM311.pdf
200нс KA311 (бывший продукт от Samsung) http://www.biltek.tubitak.gov.tr/gelisim/e...ar/18/LM311.pdf
200нс NS http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/...or/DS005704.PDF
200нс ST http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/...ronics/4848.pdf

Для LM319
80нс Fairchild http://www.fairchildsemi.com/ds/LM%2FLM319.pdf
80нс NS http://www.ee.nmt.edu/~thomas/data_sheets/LM319.pdf
80нс Philips http://www.dzjsw.com/jcdl/l/LM219.pdf
80нс ST http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf...NICS/LM319.html
80нс NEC http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf...NEC/UPC319.html

С точки зрения доставаемости и доступности, наверное LM311 был бы лучше, но LM319 прельщает своей скоростью. К тому же, это сдвоенный компаратор.
Но если и LM393 вполне вытягивает, то почему бы и нет, тогда можно оставить как есть.
Единственное - лучше уж все три компаратора одного типа (легче доставать). Но LM393 однозначно не пройдет по быстродествию в генераторе.

Надо экспериментировать...

Замеченные "очепятки" в схеме ...

1. VT2 я так понимаю должен быть BC857, как и другие.
2. R5 не маркирован, видимо 2,2к
3. C9 наверное должен быть 1000 пф, а L1 - 82мкг
4. Не видно, на какой вывод проца подключен C/ESR mode и куда подключен RB3.
5. Частоту кварца вы хотели сделать 40мгц, так я понимаю, а не 10?

Замечания по конструкции...

1. Вы жаловались на отсутствие свободных портов и в то же время отдаете целый порт на такую IMHO ненужную роскошь как выключатель питания.
Лучше оставьте этот порт для будущего частотомера...
2. Если вы ставите реле на переключение режимов C/ESR, то имело бы смысл поставить такое же реле на переключение C/L режимов и управлять им через процессор (можно использовать для этого порт RA2). Тогда все режимы будут контроллироваться процессором. Или же наоборот, поставить фиксируемую кнопку вместо реле и делать это все вручную.
Использование реле на L/C позволило бы уменьшить длину линий и убрать "эффект подносимых рук".
3. Я так понимаю, что VT4 используется исключительно для измерения емкости? (т.к. в схеме Боба Паркера он не нужен) Кроме того, он может вносить значительные задержки в схему (соизмеримые с длиной подаваемых импульсов).
4. Ток заряда (пусть и кратковременными импульсами) в 50ма будет очень "тяжелым" для обычной 9в батареи (даже сам Боб Паркер это признавал).
5. Увеличьте размер шрифтов для отображаемых результатов - экран-то миниатюрный, и из-за неизбежного увеличения размеров платы (плат), желательно чтобы они были соизмеримы, и не выглядели мелкими.
6. У меня большие сомнения по поводу стабильности генератора стабильного тока на транзисторе/стабилитроне (и особенно отечественном стабилитроне) - на TL431/транзисторе должно быть лучше, IMHO.
7... to be continued...

Там в даташите оговаривают время реакции при разнице на входах аж 100мВ. Поэтому когда в реальной схеме происходит перекос больше 5-10мВ, она о-о-о-о-о-чень долго думает об этом. Я свой первый LC метр на ней пытался собирать. Больше 100кГц при питании 5в работать она не захотела.. Так что всё же тормозит.
А 311 по даташиту 200нС должна клацать. А это 5 МГц. Но быстрее 800-900 кГц генератор на ней ОЧЕНЬ трудно разогнать.
Я думаю на экзотику не стоит закладываться. 311 есть практически повсеместно и в ЛЦ-метре работает хорошо..

На форуме "Про-радио" неоднократно акцентировалось на применении TL431 и желательно фирменной.Сам убедился когда собирал подбирая разные стабилизаторы в стабильности показаний.

Насчет TL431 не понял малость - в схеме не заметил. Куда её? Как опорное для компараторов?

про LM311 в качестве компараторов смущает, что два корпуса нужно использовать.... может LM319??? там 2 компаратора в одном корпусе и скорострельность заявляется высокая... как она с точки зрения достоваемости... просто у меня какбы продается на рынке (не везде как 311 но если поискать то купить можно!)... а как у других?

TL431 вместо стабилитронов (KC133) предлагается к использованию, в трех источниках стабильного напряжения....!?

И еще вопрос к специалистам по VT4.... в оригинале схемы (ESR) там стоит обычный транзистор, для разряда конденсаторов после каждого короткого импульса (8uS).... я же применил полевик, т.к. думаю, что для реализации измерения Емкости он лучше подходит для коммутации (разряда) конденсатора. Так вот, модулируя процесс в протеусе, вижу что полевик сильно искажает форму имульса почемуто она сокращается по длительности до 3uS (с обычным транзистором такого нет). Вот и вопрос....это особенности симуляции (модели в протеусе всеже не идеальные) или этого стоит ждать в жизни! .... и будет ли обычный транзистор разряжать измеряемый конденсатор также эффективно как полевик?

Замеченные "очепятки" в схеме ...

Ruslan, спасибо за качественный фитбэк....
Правильно замечено.... VT2 - BC857... R2 - 2.2k, С9-1000пик, L1 - 82мкГ.
по поводу портов которые не имеют подписей это не критично... я их не определял специально, чтобы легче было печатку нарисовать.... потом в программе их пропишу по факту, как в печатке. Подписаны только те, которые критичные - вход TMR0, АЦП.... INT (для внешних источников прерывания)
по поводу планируемого кварца 10мег......40мег для MK-я и планирую....их получают с помощью внутреннего PLL путем умножения частоты задающего генератора x4

По выделению отдельного порта для выключения питания.... наверное откажусь, хотя тут matrix252005 предлагает поставить коммутатор для коммутации источников стабильного напряжения, что позволит сэкономить порт (даже 2)... хорошая идея! только один минус этого решения - усложнение конструкции.

Про реле на коммутацию L/C - это идея хороша на мой взгляд. Доп порт не потребуется т.к. в этом случае не нужен порт для индикации какой режим включен (как сейчас).

Про VT4 - для ESR он нужен... просто у Боба в схеме там обычный транзистор стоит (я полевик воткнул, описано выше).... с чем и возникают вопросы.

50mA для Кроны возможно будет тяжеловато (особенно если она не качественная), но использование DC/DC преобразователей хотелось бы исключить.... импульсы в принципе очень короткие, может "хороший" кондер по питанию будет решением!?

До размера цифр/шрифта... как и меню, пока дело не дошло... но постараюсь учесть пожелания по дизайну

Это сообщение отредактировал R2-D2 - Aug 10 2010, 10:11 PM

TL431-в качестве генератора стабильного тока а не на стабилитроне

Иногда даже и диод спасал ситуацию

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

... а диод зачем?

2 Eddy71:

Так я же так и сказал... В даташите чтобы получить от генератора всего лишь 100 Кгц, надо уменьшать емкость конденсатора аж до 75пф, что говорит само за себя.

В тоже время ее "тормознутого быстродействия" оказалось вполне достаточно для измерителей ESR от Go (фрагмент схемы показан Куко чуть выше) и от Калехсашвили в журнале Радио (часть ее и предполагал использовать R2-D2).

LM311 была бы более предпочтительна (меньше разных типов микросхем покупать). Да и у многих кто уже собирал LCFG и другие на LM311 они уже есть,и в магазинах их полно - пользуются спросом...
Лишний корпус же не проблема - зато их можно разнести территориально - меньше наводок будет. Но в тоже время LM319 обещает больше для генератора... Экперимент нужен...

Коеффициент стабилизации у TL431 должен быть гораздо выше чем у КС133.
Кстати, я не совсем понимаю, на кой х--н у Боба источник тока аж на 50ма.
В схеме от Go используется источник тока аж на 10ма всего, и разрешение на пол-порядка выше, и меряет десятки тысяч мкф (что вполне достаточно,IMHO).

А вот полевик действительно может искажать сигнал из-за большой собственной емкости и из-за меньшего (по сравнению с ВЧ биполярным) транзистором быстродействием.
В измерителе емкостей больше 0,1мкф (до 10000 мкф) в упомянутом ранее LCFG используется для заряда-разряда обычный PnP транзистор КТ3107, и вроде работает нормально, проблем не было замечено. Огромная точность здесь не нужна (у электролитов очень большой разброс все равно) - главный параметр это все же ESR.
Конечно, большой плюс был бы, чтобы оба этих параметра (ESR и емкость) отражались на дисплее обновременно (как в упомянутых ранее ESR метрах).

У "правильных" измерителей ESR принято использовать 4-8 проводную схему для щупов, что-то я не видел такого у Боба Паркера...

50mA нужно для повышения точности измерения малых значений ESR (получение большей амплитуды скачка напряжения при подаче импульса).... не смотря на то, что и GO и Боб в своих конструкциях для расчета ESR измеряют разницу напряжения возникающую при зарядке кондера все же конструктивно подходы сильно отличаются.... у Боба двухтранзисторный усилитель с коэф. всего x20 в тоже время у GO используется два быстрых ОУ которые дают Ку х330 и х33....

Перерисовал схемку... и практически развел плату.... подскажите кто знает, компараторы на LM319 будут в таком включении работать как надо...и что делать с 3 и 8 выводом... оставить в воздухе?


Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 1076 )
 BP_LM319.zip

R2-D2 Извините за тупость,но не могли бы вы объяснить,принцип роботы схемы питания,и отвод TBD висит в воздухе,короче я чёто вообще ничё не понял

Компараторы вроде верно, но если я не путаю, для быстроты и оптимальности нагрузки на выходы подтяжки 3к-4.7к. С 10к будет притормаживать, а 1к как-то жестоко - тоже будет притормаживать, но уже из-за перенасыщения.

2 max2007... Работает все просто (схема взята из Радио №6 2010г с.19) при нажатии кнопки ON минус питания от батареи соединяется с землей на схеме.... процессор начинает работать и в результате на базу VT8 (TBD) подается лог.0...транзистор открывается и открывает низкоомный переход полевика VT9 который в свою очередь также соединяет минус батареи питания с общим проводом на плате... ну и соответственно после отпускания кнопки ON ничего не меняется т.к. VT8 по прежнему остается открытый... до момента подачи высокого уровня на базу (программное автоотключение) или замыкания контактов кнопки VT9... на названия выводов типа TBD не обращайте внимания...это я просто по привычке пометку для себя сделал (to be discussed) в смысле еще пообсуждать нужно какой порт освободить для работы схемы кнопочного вкл. питания и соответственно наличия режима автоотключения.

Это сообщение отредактировал R2-D2 - Aug 12 2010, 12:10 AM

Спасибо за совет... подправлю в схемке. А 8 и 3 выводы остаются в воздухе?... это вроде для смещения?

.... вот такая получается плата (двухсторонняя)

Это сообщение отредактировал R2-D2 - Aug 12 2010, 12:52 AM

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 1078 )
 BP_v1.zip

Нет.
Здесь http://cds.linear.com/docs/Datasheet/119319fb.pdf красиво нарисовано. 8-й вывод - это земля второго компаратора, 3-й - первого, 6-й вывод используется при двухполярном питании (-5в), в нашем случае (однополярное питание) их всех надо посадить на землю, как в схеме генератора.

А "очепятки" кто будет исправлять?

Кстати о генераторе, я так понимаю что вы его взяли из http://cappels.org/dproj/nlglcm/Pretty%20G...%20Project.html

Там есть интересные замечания по поводу его работы... автор вытянул из него 1,4 мгц, и в то же время он у него работал на инфранизких частотах тоже (что особенно важно для расширения верхних пределов).

Вот еще одна схемка части подобного девайса на LM319 (выдрана с немецкого сайта, к сожалению комментарий к ней перевести не удалось).

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Спасибо за совет... подправлю в схемке. А 8 и 3 выводы остаются в воздухе?... это вроде для смещения?

Третья и восьмая это земляные ноги. Если говорить по-русски, то 319 заточили для работы с двуполярным питанием +/-15в, но на выходе для связи с логикой или контроллером надо иметь земля-не земля (выход то ОК). Вот землю выхода и отделили от остальной схемы, чтоб -15в не выскакивало. При питании 0-+5в земля совпадает с землей и эти ножки цепляют на общий.

...вот так нарисовал... сегодня попробую травануть плату, мелковата правда получается но надеюсь что лазерно-утюжный метод сработает

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 1013 )
 BP3310.zip

Привет всем !
С интересом слежу за созданием второй версии прибора.
Возникает вопрос : а нельзя вместо реле поставить диоды ?
Нужное реле не всегда доступно
Спасибо.

Диодами там не обойтись... , а какие проблемы с реле на 5в...это по моему совсем не проблема... везде должны быть