Arduino Zener -dioditester: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Zener -dioditesteriä ohjaa Arduino Nano. Tester mittaa jakautumisen Zener -jännite diodeille 1,8V - 48V. Mitattujen diodien hajotusteho voi olla 250 mW - muutama watti. Mittaus on yksinkertaista, kytke vain diodi ja paina START -painiketta.

Arduino Nano yhdistää vähitellen jännitealueen alemmasta korkeampaan neljässä vaiheessa. Jokaisessa vaiheessa virta tarkistetaan mitatun Zener -diodin kautta. Jos virta on yli nolla -arvon (ei nolla), se tarkoittaa: Zener -jännite havaittiin. Tässä tapauksessa jännite näkyy tietyn ajan (ohjelmisto säätää 10 sekunniksi) ja mittaus pysäytetään. Kunkin vaiheen virta on vakio kaikilla alueen jännitteillä ja pienenee lisäämällä askelmäärää - jännitealuetta.

Sähkön haihtumisen ylläpitämiseksi korkeammille jännitteille tämän alueen virtaa on pienennettävä. Tester on suunniteltu mittaamaan diodit 250 mW ja 500 mW. Suuremman tehon Zener -diodit voitaisiin mitata aivan samalla tavalla, mutta mitattu jännitearvo on pienempi noin 5%.

VAROITUS: Ole erittäin varovainen. Tässä projektissa käytetään suurjännitettä 110/220V. Jos et tunne pääjännitteen koskettamisen vaaraa, älä yritä tätä ohjetta!

Vaihe 1: Zener -diodi

Zener -diodi on erityinen diodityyppi, jota käytetään pääasiassa piireissä, kuten vertailujännitekomponentissa tai jännitesäätimessä. Lähtöjännitteen suunnassa I-V-ominaisuudet ovat samat kuin yleiskäyttöiset diodit. Jännitehäviö on noin 0.6V. Käänteiseen suuntaan suuntautunut, on kohta, jossa virta kasvaa erittäin jyrkästi - katkaisujännite. Tätä jännitettä kutsutaan Zener -jännitteeksi. Tässä vaiheessa Zener -diodi, joka on kytketty suoraan virtalähteeseen ja jossa on jatkuva jännite, palaisi välittömästi. Tästä syystä vastuksen on rajoitettava Zener -diodin kautta kulkevaa virtaa.

I-V-ominaisuudet näkyvät kuvassa. Jokainen Zener -diodityyppi määrittelee nykyisen arvon, jolla on oikea Zener -jännite. (Tätä jännitettä voidaan muuttaa hieman lisäämällä virtaa). Tyypillinen virta diodeille, joiden tehohäviö on noin 250–500 mW, on 3–10 mA ja riippuu jännitearvosta.

Jakautumisjännite on suhteellisen vakaa monille virroille ja on tyypillinen ja erilainen kullekin diodille. Sen arvo voi olla noin 2V - yli 100V. Zener -diodit, joita käytetään enimmäkseen käytännön tavanomaisissa piireissä, on määritelty alle 50 V: n jännitteillä.

Vaihe 2: Osat

Luettelo käytetyistä osista:

• Kotelo OKW, Shell-tyyppinen OKW 9408331
• Hi-Link-verkkolaite 220V/12V, 2kpl, eBay
• Hi-Link-verkkolaite 220V/5V, 2kpl, eBay
• Verkkolaite 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondensaattorit M1 2kpl, M33 1kpl, lähikauppa
• Diodit 1N4148 5kpl, Banggood
• IC1, LM317T, korkeajänniteversio, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistorit 2N222 5kpl, Banggood
• Rele 351, 5V, 4kpl, eBay
• Reed -rele, 5V, eBay
• Vastukset 33R, 470R, 1k 4kpl, 4.7k, 10k, 15k 2kpl, lähikauppa
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2kpl, eBay
• Ruuviliitin, Banggood
• Liitin Molex 2pins, Banggood
• Liitin Molex 3pins, Banggood
• Pieni minikytkin, eBay
• LED-näyttö 0-100V, 3 riviä, eBay
• Virtapistokkeen sisääntulo, eBay
• Audiojousiliitin, eBay
• Mikrokytkin ja -painike, Banggood
• LED 3mm vihreä ja punainen, 2kpl, Banggood
• Sulake 0,5A ja sulakepidike 5x20mm, eBay
• Päävirtajohto pienille instrumenteille

Työkalut:

• Porakone
• Juotin
• Kuuma pyssy
• Kuumasulatusliimapistooli
• Langan kuorinta ja leikkuri
• Ruuvimeisselisarja
• Pihdit
• Yleismittari

Yksityiskohtainen luettelo osista on täällä:

Vaihe 3: Piirin kuvaus

Piirin kuvaus viittaa liitteenä olevaan kytkentäkaavioon:

Vasemmalla puolella on suurjänniteosa. Riviliitin 220 V: n liitännälle ja kaikki viisi AC/DC -sovitinta. Sovittimet tuottavat mittausjännitteet neljässä vaiheessa - alueet: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduulit 5VA ja 5VB on omistettu MCU Arduino Nano- ja Digital Led -volttimittarille. Moduulit 12VA syöttävät ensimmäisen alueen 12V ja moduuli 12VB lisäävät toisen 12V toisen alueen arvoon 24V. Seuraava moduuli 24V lisää vielä 24V neljännen alueen jännitteeseen 48V. Viimeisen 24 V: n moduulin sisällä on 12 V: n säätöpiiri, joka tarjoaa 12 V: n kolmannen alueen arvon 36 V: ksi. Tämä ratkaisu oli tarpeen, koska levyn koko ei salli kuuden moduulin asentamista siihen.

Keskellä on IC1 LM317. IC1: n on oltava versiossa korkeammalle jännitteelle (50 V). Se on kytketty vakiovirtasäädinpiiriksi ja tarjoaa jatkuvaa virtaa koko jänniteaskeleen koko alueella. Tämä virta on vakaa yhdellä alueella, mutta erilainen jokaisessa vaiheessa. Arvot ovat säädettävissä ja ovat 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Arvot valitaan ylärajaksi diodille, jonka teho on 250 mW, ja ne ovat riittävän hyviä tehokkaammille diodeille.

IC1: n molemmilla puolilla on releitä, jotka on kytketty oikeaan jänniteaskeleeseen tuloonsa ja oikea trimmerivastus sen ulostuloon. Trimmerivastus määrittää lähtöarvon nykyisen arvon ja tämä virta syötetään mitattuun Zener -diodiin vastuksen R14 kautta. Arduino tarkistaa tämän vastuksen virran. Jännitteenjakaja R1, R2 ottaa pienennetyn näytteen jännitteestä R2: sta ja liitä se analogiseen nastaan A1.

Analoginen maadoitus GND on yhteinen kaikille jännitesovittimille, digitaalisille voltimittarisovittimille ja IC1: lle. Ole varovainen, Arduinolle ja sen sovittimelle on toinen maa, digitaalinen. Digitaalinen maadoitus on välttämätön Arduinolle ja sen analogiselle tulolle mittauksen vertailupisteeksi.

Arduinon digitaalilähdöt D4 - D7 ohjausreleet jokaiselle vaiheelle, D8 -ohjaus Digitaalinen voltimetri ja D9 -ohjausvirhe punaisella. ERROR -merkkivalo palaa, jos virtaa ei havaita missään vaiheessa. Tässä tapauksessa Zener -diodilla voi olla korkeampi Zener -jännite kuin 48 V tai se voi olla viallinen (auki). Jos mittausliittimissä on oikosulku, ERROR -merkkivalo ei aktivoidu ja havaittu jännite on hyvin pieni, alle 1 V.

Projektin päätyttyä päätin lisätä yhden ledin - POWER, koska jos volttimittari on pimeä (pois päältä), ei ole kovin selvää, onko laite itse päällä vai pois päältä. Led Power on kytketty sarjaan vastuksen 470 kanssa piirilevyn ulkopuolella olevien pisteiden välillä, käynnistyksestä X3-1 Zener X2-1. Vastus on asennettu pienelle levylle painikkeella.

Vaihe 4: Rakentaminen

Projektin laatikkona olen käyttänyt OKW -koteloa, joka löytyy vanhasta elektroniikkakaupasta. Tämä laatikko on edelleen saatavilla OKW: ssä kuorityyppisenä kotelona. Laatikko ei ole kovin sopiva, koska se on liian pieni levylle, mutta itse laatikon ja piirilevyn päivitys mahdollistaa kaikkien osien laittamisen sisään. Piirilevy on suunniteltu Eaglessa maksimi kooksi ilmaiselle versiolle 8x10cm. Ensimmäisellä hetkellä näyttää mahdottomalta laittaa kaikki komponentit alukselle, mutta lopulta onnistuin.

Laatikon päivitys edellyttää, että poistat joitakin muoviosia sisältä ja ruuvit. Osien päivitys edellyttää muovikotelon muuttamista digitaaliselle voltimittarille ja katkaisua pyöreässä kulmassa, lähellä Virhe- ja Päävirtaliittimiä. Päivitykset näkyvät kuvissa. Tärkeää on tehdä volttimittarin ikkuna mahdollisimman lähelle laatikon reunaa. Painike START sijaitsee pienellä levyllä ja on kiinnitetty metallikulmalla.

Ikkunat ja yläkannen reiät on tehty digitaaliselle voltimittarille, painikkeelle, jousiliittimelle, LED -virheelle, LED -virralle ja USB Arduino Nano -liittimelle. Alaosassa on katkaisin virtakytkimelle ja pistokkeen tulolle. Digitaalinen voltimittari ja virtakytkin kiinnitetään paikalleen sulateliimalla. Samalla tavalla kiinnitetään molemmat 3 mm: n led -diodivalot.

Mitattu diodi on liitetty, ei kovin tyypillisesti, äänijousiliittimellä. Etsin yksinkertaista ja nopeaa yhteyttä. Tämä ratkaisu näyttää parhaalta.

Kun olen juottanut kaikki levyn komponentit, olen eristtänyt kaksi 220 V: n raitaa alaosasta kuumasulateliimalla. Johdot, jotka johtavat levyltä virtakytkimeen ja virtapistokkeen tuloliitäntään, eristetään lämpökutistuvalla letkulla. Tee se varovasti, 220 V: n johtoa tai koperikiskoa ei saa olla näkyvissä.

Etupaneelissa on tarratulostus tarravalokuvapaperille. Tarrat tehdään Paintissa, joka on työkalu Windows 10 -lisävarusteissa. Tämä työkalu sopii instrumenttien tarrojen tekemiseen, koska tarra voidaan tehdä täsmälleen oikeassa koossa.

Piirilevyn on suunnitellut Eagle -ilmainen ohjelmisto. Levy tilattiin JLCPCB -yhtiöltä hyvään hintaan. Ei ole mitään syytä tehdä sitä kotona. Suosittelen tilaamaan levyn ja tästä syystä Gerber -vetoketju on kiinnitetty. tiedosto.

Vaihe 5: Ohjelmointi ja asetus

Arduino -ohjelmisto - ino -tiedosto on liitetty. Yritän dokumentoida kaikki koodin pääosat ja toivon, että se on paremmin ymmärrettävä kuin englannini. Koodista on selitettävä toiminto "palvelu". Se on huoltotila ja sitä voidaan käyttää instrumentin asettamiseen, jos vaihdat sen ensimmäistä kertaa.

Virran lukemistoiminto "readCurrent" otettiin käyttöön koodissa estääkseen satunnaisen satunnaisvirran lukemisen. Tässä toiminnossa lukeminen suoritetaan kymmenen kertaa ja suurin arvo valitaan kymmenestä arvosta. Virran maksimiarvo otetaan näytteenä Arduinon analogitulolle.

Huoltotilassa säädät neljä säädettävää vastusta R4 - R7. Jokainen trimmeri vastaa yhden jännitealueen virrasta. R4 12V, R5 24V, R6 36V ja R7 48V. Tässä tilassa mainitut jännitteet esitetään vähitellen lähtöliittimissä ja mahdollistavat virran vaaditun arvon säätämisen (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Siirry huoltotilaan painamalla START -painiketta heti laitteen kytkemisen jälkeen 2 sekunnin kuluessa. Ensimmäinen vaihe (12V) aktivoidaan ja ERROR -merkkivalo vilkkuu kerran. Nyt on aika säätää virtaa. Jos virtaa säädetään, aktivoi seuraava vaihe (24 V) painamalla START -painiketta uudelleen. ERROR -merkkivalo vilkkuu kahdesti. Toista seuraavat vaiheet samalla tavalla START -painikkeella. Poistu palvelutilasta START -painikkeella. Joka kerta paras hetki START -painikkeen painamiselle on aika, jos merkkivalo ERROR on pimeä vilkkusarjojen jälkeen.

Virran säätö tehdään kytkemällä mikä tahansa Zener -diodi, jonka jännite on alueen keskellä, 12 V: n alueella sen tulisi olla 6-7 V: n diodi. Tämä Zener -diodi on kytkettävä sarjaan ampeerimittarilla tai yleismittarilla. Virran säädetyn arvon ei pitäisi olla tarkka, miinus 15% - plus 5% on OK.

Vaihe 6: Johtopäätös

Arduinon esittämä ratkaisu Zener -diodien mittaamiseen on täysin uusi. On vielä joitain haittoja, kuten virtalähde 220V, led -voltimetri ja suurin mitattu jännite 48V. Välinettä voitaisiin parantaa mainituissa heikkouksissa. Aion alun perin käyttää sitä akulla, mutta Arduinon käyttö ja suhteellisen korkea mittausjännite yhdellä tai useammalla tehostetulla jännitemuuntimella vaativat suuren akun ja instrumentti olisi kooltaan suurempi.

Markkinoilla on monia erittäin hyviä komponenttien testauslaitteita. Ne voivat testata kaikenlaisia transistoreita, diodeja, muita puolijohteita ja monia passiivisia komponentteja, mutta Zener -jännitteen mittaaminen on ongelmallista pienen akun jännitteen vuoksi. Toivottavasti pidät projektistani ja sinulla olisi kiva leikkiä rakentamisen kanssa.