Тестер стабилитронов Arduino: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Тестер стабилитронов управляется Arduino Nano. Тестером измеряет пробивное напряжение стабилитрона для диодов от 1,8В до 48В. Мощность рассеивания измеряемых диодов может составлять от 250 мВт до нескольких ватт. Измерение простое, достаточно подключить диод и нажать кнопку СТАРТ.

Arduino Nano постепенно подключает диапазон напряжений от более низкого к более высокому, в четыре этапа. Для каждого шага ток проверяется через измеряемый стабилитрон. Если ток больше нуля (не нуля), это означает: обнаружено напряжение стабилитрона. В этом случае напряжение отображается в течение определенного времени (настраивается программно на 10 секунд), и измерение прекращается. Ток на каждом шаге постоянен для всех напряжений в этом диапазоне и уменьшается с увеличением номера шага - диапазона напряжений.

Чтобы сохранить рассеиваемую мощность для более высоких напряжений, ток в этом диапазоне должен быть уменьшен. Тестер предназначен для измерения диодов от 250 мВт и 500 мВт. Стабилитроны с большей мощностью можно измерить точно так же, но измеренное значение напряжения ниже примерно на 5%.

ВНИМАНИЕ: будьте очень осторожны. В этом проекте используется высокое напряжение 110/220 В. Если вы не знакомы с риском прикосновения к сетевому напряжению, не пытайтесь выполнить это руководство!

Шаг 1: стабилитрон

Стабилитрон - это особый тип диода, который в основном используется в таких схемах, как компонент опорного напряжения или стабилизатор напряжения. В прямом направлении напряжения ВАХ такие же, как у диодов общего назначения. Падение напряжения составляет около 0,6 В. При смещении в обратном направлении есть точка, в которой очень резко возрастает ток - напряжение пробоя. Это напряжение называется напряжением Зенера. В этот момент стабилитрон, подключенный напрямую к источнику питания с постоянным выходным напряжением, немедленно сгорит. По этой причине ток через стабилитрон должен ограничиваться резистором.

ВАХ отображаются на картинке. Каждый тип стабилитрона определяет значение тока, при котором задается правильное напряжение стабилитрона. (Это напряжение можно немного изменить, увеличив ток). Типичный ток для диодов с рассеиваемой мощностью от 250 до 500 мВт составляет от 3 до 10 мА и зависит от значения напряжения.

Напряжение пробоя относительно стабильно для широкого диапазона токов и является типичным и различным для каждого диода. Его значение может составлять примерно от 2 В до более 100 В. Стабилитроны, которые чаще всего используются в обычных схемах, рассчитаны на напряжение менее 50 В.

Шаг 2: Детали

Список используемых запчастей:

• Корпус от OKW, Корпус OKW 9408331
• Адаптер Hi-Link AC / DC 220V / 12V, 2шт, eBay
• Адаптер Hi-Link AC / DC 220V / 5V, 2шт, eBay
• Адаптер переменного / постоянного тока 220В / 24В 150мА, eBay
• Ардуино Нано, Banggood
• Конденсаторы М1 2шт, М33 1шт, местный магазин
• Диоды 1N4148 5шт, Banggood
• IC1, LM317T, высоковольтная версия, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Транзисторы 2N222 5шт, Banggood
• Реле 351, 5В, 4шт, eBay
• Герконовое реле, 5В, eBay
• Резисторы 33R, 470R, 1к 4шт, 4,7к, 10к, 15к 2шт, местный магазин
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2шт, eBay
• Винтовой клеммный блок, Banggood
• Разъем Molex 2pins, Banggood
• Разъем Molex 3pins, Banggood
• Маленький главный мини-выключатель, eBay
• Светодиодный экран 0-100В, 3 строки, eBay
• Вход для вилки питания, eBay
• Аудиопружинный терминал, eBay
• Микропереключатель и кнопка, Banggood
• Светодиод 3мм зелено-красный, 2шт, Banggood
• Предохранитель 0,5 А и держатель предохранителя 5x20 мм, eBay
• Сетевой шнур для небольших инструментов

Инструменты:

• Электрическая дрель
• Паяльник
• Тепловая пушка
• Пистолет для горячего клея-расплава
• Инструмент для зачистки проводов и резак
• Набор отверток
• Набор плоскогубцев
• Мультиметр

Подробный список запчастей здесь:

Шаг 3: Описание схемы

Описание схемы см. На прилагаемой схеме подключения:

Слева находится высоковольтная часть. Клеммная колодка для подключения 220 В и всех пяти адаптеров переменного / постоянного тока. Адаптеры подают измеряемое напряжение с четырьмя ступенями - диапазонами: 12 В, 24 В, 36 В, 48 В.

Модули 5VA и 5VB предназначены для MCU Arduino Nano и цифрового светодиодного вольтметра. Модули 12 В А обеспечивают питание первого диапазона 12 В, а модуль 12 В добавляет еще 12 В ко второму значению диапазона 24 В. Следующий модуль 24V добавляет еще 24V, чтобы получить 48V напряжения четвертого диапазона. Внутри последнего модуля 24 В находится схема регулятора 12 В, обеспечивающая 12 В в качестве третьего значения диапазона до 36 В. Это решение было необходимо, потому что размер платы не позволял установить на ней шесть модулей.

В средней части расположен IC1 LM317. IC1 должен быть в версии для более высокого напряжения (50 В). Он подключен как схема регулятора постоянного тока и обеспечивает постоянный ток во всем диапазоне каждой ступени напряжения. Этот ток стабилен в одном диапазоне, но различается на каждом этапе. Значения регулируются и составляют 20 мА (12 В), 10 мА (24 В), 7 мА (36 В), 5 мА (48 В). Значения выбраны в качестве верхних пределов для диода мощностью 250 мВт, и их достаточно для более мощных диодов.

По обе стороны от IC1 расположены реле, подключенные к его входу правой ступенькой напряжения и правым подстроечным резистором к ее выходу. Подстроечный резистор задает значение тока на выходе, и этот ток подается на измеряемый стабилитрон через резистор R14. Ток на этом резисторе проверяется Arduino. Делители напряжения R1, R2 принимают уменьшенную выборку напряжения на R2 и подключают его к аналоговому выводу A1.

Аналоговая земля GND является общей для всех адаптеров напряжения, адаптера цифрового вольтметра и IC1. Будьте осторожны, есть еще одна земля, цифровая для Arduino и ее адаптера. Цифровое заземление необходимо для Arduino и его аналогового входа в качестве контрольной точки измерения.

Цифровые выходы Arduino с D4 по D7 управляют реле для каждого шага, D8 управляют цифровым вольтметром и светодиодом D9 control ERROR красного цвета. Светодиод ERROR горит, если ток не обнаружен ни на одном этапе. В этом случае стабилитрон может иметь более высокое напряжение стабилитрона, например 48 В, или может быть неисправным (разомкнутым). Если есть короткое замыкание на измерительных клеммах, светодиод ERROR не включается, и обнаруженное напряжение очень маленькое, ниже 1 В.

После того, как я закончил проект, я решил добавить еще один светодиод - POWER, потому что, если вольтметр темный (выключен), не очень ясно, включен или выключен сам прибор. Led Power соединен последовательно с резистором 470 между точками вне печатной платы, от Start X3-1 до Zener X2-1. Резистор установлен на небольшой плате с кнопкой.

Шаг 4: Строительство

В качестве коробки для проекта я использовал корпус OKW, который можно найти в магазине старых электронных запчастей. Этот бокс по-прежнему доступен на OKW в виде кожуха. Коробка не очень подходит, потому что она слишком мала для платы, но некоторые доработки самой коробки и печатной платы позволяют поместить все детали внутрь. Печатная плата была разработана в Eagle как максимальный размер для бесплатной версии 8х10см. Поначалу казалось невозможным поставить все компоненты на борт, но в конце концов мне это удалось.

Модернизация коробки требует удаления некоторых пластиковых деталей изнутри и подставок для шурупов. Для модернизации деталей необходимо переделать пластиковую коробку для цифрового вольтметра и сделать круглый вырез на двух углах, рядом с разъемами Error и Main power. Обновления видны на картинках. Важно, чтобы окошко вольтметра было как можно ближе к краю коробки. Кнопка СТАРТ расположена на небольшой плате и закреплена на металлическом уголке.

Окна и отверстия на верхней крышке сделаны для цифрового вольтметра, кнопки, пружинного зажима, светодиода ошибки, питания светодиода и разъема USB Arduino Nano. В нижней части есть вырез для выключателя и розетки. Цифровой вольтметр и выключатель питания фиксируются на месте термоклеем. Таким же образом фиксируются оба светодиодных индикатора диаметром 3 мм.

Измеряемый диод подключается, что не очень часто, через аудиопружинный разъем. Я искал какое-нибудь простое и быстрое соединение. Это решение кажется лучшим.

После спайки всех компонентов на плате, я изолировал две дорожки 220В на нижней части с помощью термоклея. Провода, идущие от платы к выключателю питания и к разъему питания, изолированы термоусаживаемой трубкой. Делайте это осторожно, не должно быть оголенных проводов 220 В. или медных дорожек. Плата фиксируется на месте липкими резиновыми прокладками, которые предотвращают ее вертикальное перемещение.

На передней панели нанесена этикетка на липкой фотобумаге. Этикетка выполняется в Paint, который является инструментом в аксессуарах Windows 10. Этот инструмент подходит для изготовления этикеток для инструментов, так как этикетка может быть сделана в точном реальном размере.

Печатная плата разработана бесплатным программным обеспечением Eagle. Плата заказывалась в компании JLCPCB по хорошей цене. Нет смысла делать это дома. Я рекомендую заказать доску и по этой причине прикреплена застежка-молния Gerber. файл.

Шаг 5: Программирование и настройка

Программное обеспечение Arduino - ino файл прилагается. Я стараюсь задокументировать все основные части кода и надеюсь, что это лучше для понимания, чем мой английский. Что нужно пояснить из кода, так это функцию «сервис». Это сервисный режим, который можно использовать для настройки прибора, если вы включите его впервые.

Функция для чтения текущего "readCurrent" была введена в код для предотвращения случайного случайного чтения тока. В этой функции считывание производится десять раз, и максимальное значение выбирается из десяти значений. Максимальное значение тока берется за образец для аналогового входа Arduino.

В сервисном режиме вы настраиваете четыре регулируемых резистора от R4 до R7. Каждый подстроечный резистор отвечает за ток в одном диапазоне напряжений. R4 для 12 В, R5 для 24 В, R6 для 36 В и R7 для 48 В. В этом режиме указанные напряжения постепенно подаются на выходные клеммы и позволяют регулировать необходимое значение тока (20 мА, 10 мА, 7 мА, 5 мА).

Для входа в сервисный режим нажмите СТАРТ сразу после включения прибора в течение 2 секунд. Первая ступень (12 В) активирована, и светодиод ERROR мигает один раз. Теперь пора отрегулировать ток. Если ток отрегулирован, активируйте следующий шаг (24 В), снова нажав СТАРТ. Светодиод ERROR мигает дважды. Повторите следующие шаги таким же образом, используя кнопку СТАРТ. Выйдите из сервисного режима кнопкой СТАРТ. Каждый раз лучший момент для нажатия START - это время, когда светодиод ERROR погаснет после серии миганий.

Регулировка тока осуществляется подключением любого стабилитрона с напряжением около середины диапазона, для диапазона 12 В это должен быть диод от 6 до 7 В. Этот стабилитрон необходимо подключить последовательно с амперметром или мультиметром. Установленное значение тока не должно быть точным, допустимы от минус 15% до плюс 5%.

Шаг 6: Заключение

Представленное решение для измерения стабилитронов от Arduino является совершенно новым. Есть еще некоторые недостатки, такие как источник питания 220 В, светодиодный вольтметр и максимальное измеряемое напряжение 48 В. Инструмент может быть улучшен по указанным слабым местам. Изначально я планирую питать его от батареи, но для питания Arduino и относительно высокого измерения напряжения с одним или несколькими повышающими преобразователями напряжения требуется большая батарея, и прибор будет больше по размеру.

На рынке есть много очень хороших тестеров компонентов. Они могут тестировать все типы транзисторов, диодов, другие полупроводники и многие пассивные компоненты, но измерение напряжения Зенера проблематично из-за небольшого напряжения батареи. Надеюсь, вам понравится мой проект, и вы хорошо проведете время, играя со строительством.