Nedávno mě napadlo, že bych pro procvičení mohl postavit měřič kapacity podle [1]. Pokusy s obvodem 74HC221 ovšem ukázaly, že stejně jako u originální předlohy je i zde nejmenší možné rozlišení 100pF (u mého měřiče na rozsahu 99.9nF). Jak maximální frekvence čítání, tak i hodnota nabíjecího odporu i linearita na dolním konci provozního rozsahu obvodu 74HC221 byly přitom na samé hranici použitelnosti.
Slepou vývojovou větví byl pokus dle [3], kde se činitel plnění obdélníku na výstupu časovače 555 dalo jen stěží lineárně převést na napětí, měřené voltmetrem na bázi C520D. Jinak to fungovalo pěkně. Mělo to kompenzaci kapacity měřicích šňůr, ovšem vědomí neřízeného a nejistého převodu střídy na napětí a rozsah jen do 10uF vystavily této vývojové větvi stopku.
Nakonec jsem použil původní konstrukci [1] s tím, že jsem použil některá vylepšení z [2]. Po prozkoumání zapojení s časovačem 555 jsem zjistil, že tento obvod má u těchto aplikací výhodu, neboť nabíjí měřený kondenzátor na 2/3 vlastního napájecího napětí – a tedy déle, což je vítáno. Obvody řady 74121 nabíjí měřený kondenzátor na 1/2 vlastního napájecího napětí a tedy produkují kratší časy – což je špatně, neboť pak potřebuji větší plnicí frekvenci následného čítače. Výhodou verze s časovačem 555 a zejména pak 7555 je navíc možnost použití větších nabíjecích odporů, takže jsem se s plánovaným plnicím kmitočtem čítače 500kHz dostal na požadované měřicí rozsahy.
Suma sumárum, verze s časovačem 555 jela pěkně, dokonce se podařilo fintou dosáhnout i plynulé kompenzace parazitní kapacity samotného měřiče na nejnižších rozsazích. Po přechodu na ICM7555 jsem ještě vyřešil problém s implementací takového druhu zapojení s 555, kde jsou vývody TRIGGER a RESET spojeny dohromady. U časovače 555 je v některých aplikačních poznámkách tento druh provozu uváděn jako regulérní konstrukce, u 7555 to však nefunguje. To je zřejmě ten případ, který katalogy obvodů 7555 všech výrobců popisují kulantní větou „identická náhrada obvodu 555 v téměř všech aplikacích“. Tak tady to slovo „téměř“ neplatí. Ale řešení je jednoduché. Signál se přivede pouze na vstup RESET a se zpožděním minimálně 100ns (nižší jsem nezkoušel) následně na TRIGGER. Je to dáno změnou ve vnitřním zapojení 7555 vůči 555. Prostě u 7555 musí TRIGGER být aktivní ještě chvíli po deaktivaci RESET, aby bylo jasné, kdo je posledním aktivátorem vnitřního klopného obvodu. Měl jsem dvě volná hradla NOR, tak jsem jimi tento signál zpozdil. Ověřoval jsem i zpoždění jedním hradlem 4050 a zpoždění bylo rovněž dostatečné.
Momentálně pracuji na ochraně měřicího časovače 7555 vůči průniku vysokého napětí ze vstupních svorek pro měřený kondenzátor. Zapojení, užívané u 7106/7107/7135, zde nefunguje. Paradoxně spíše nižší předřadné odpory ovlivňují výsledek méně. Ale to je zřejmě důsledek snížení časové konstanty ve spojení s parazitní kapacitou ochranných PN přechodů vůči napájecím napětím.
Co tento přístroj umí?
- osazeno obvody CMOS řady 4000 (jeden obvod 74HC00) – tedy bez jakéhokoliv mikroprocesoru
- třímístný displej na bázi obvodu MC14553 (relativně dostupný kompletní integrovaný třímístný čítač v řadě CMOS 4000)
- měření kapacity v rozsazích 1000pF (rozlišení 1pF) až 10mF
- spojitá kompenzace parazitní kapacity přístroje potenciometrem (0÷100pF)
- jednotná indikace přetečení blikáním údaje 999 na displeji
- synchronizace časové základny s frekvencí sítě (mírně snižuje oscilaci měřeného údaje)
- měřicí čas max. 2 vteřiny (na rozsahu 10mF až 20 vteřin)
Nyní zbývá dodělat ochrany vstupu a doplnit přepínání obvodových prvků pomocí relé. Zkušenosti s přepínáním mechanickými otočnými přepínači Lorlin z GME ukazály, že nízké nabíjecí proudy těmito přepínači nelze spolehlivě spínat. Pak už jen vytvořit plošný spoj..
vývojová verze
[1] – Číslicový měřič kapacity (Radioamatérské konstrukce 3, str. 75, SNTL 1988, kolektiv autorů)
[2] – Digitální měřič kapacity s rozsahem od 1pF do 10 000uF (Amatérské Radio B4/1986, str. 128)
[3] – Měřič kapacit – doplněk k univerzálnímu měřidlu (Amatérské Radio A1/1988, str. 29)