Arduino Zener Diode Tester: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ο Zener Diode Tester ελέγχεται από τον Arduino Nano. Ο δοκιμαστής μετρά τη διάσπαση της τάσης Zener για διόδους από 1,8V έως 48V. Η ισχύς διασποράς των μετρούμενων διόδων θα μπορούσε να είναι από 250mW έως μερικά Watt. Η μέτρηση είναι απλή, απλά συνδέστε τη δίοδο και πατήστε το κουμπί ΕΝΑΡΞΗ.

Το Arduino Nano συνδέει σταδιακά εύρος τάσεων από χαμηλότερη σε υψηλότερη, σε τέσσερα βήματα. Για κάθε βήμα, το ρεύμα ελέγχεται μέσω της μετρημένης διόδου Zener. Εάν το ρεύμα είναι πάνω από μηδενική τιμή (όχι μηδέν), σημαίνει: Ανιχνεύθηκε τάση Zener. Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση εμφανίζεται για ορισμένο χρόνο (προσαρμόζεται από το λογισμικό στα 10 δευτερόλεπτα) και η μέτρηση διακόπτεται. Το ρεύμα σε κάθε βήμα είναι σταθερό σε όλες τις τάσεις σε αυτό το εύρος και μειώνεται αυξάνοντας τον αριθμό βημάτων - εύρος τάσης.

Για να διατηρηθεί η διάχυση ισχύος για υψηλότερες τάσεις, το ρεύμα σε αυτό το εύρος πρέπει να μειωθεί. Ο ελεγκτής έχει σχεδιαστεί για τη μέτρηση διόδων από 250mW και 500mW. Οι δίοδοι Zener με υψηλότερη ισχύ θα μπορούσαν να μετρηθούν με τον ίδιο τρόπο, αλλά η τιμή της μετρημένης τάσης είναι χαμηλότερη για περίπου 5%.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Να είστε πολύ προσεκτικοί. Σε αυτό το έργο χρησιμοποιείται υψηλή τάση 110/220V. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τον κίνδυνο να αγγίξετε την κύρια τάση, μην επιχειρήσετε αυτό το Instructable!

Βήμα 1: Δίοδος Zener

Η δίοδος Zener είναι ειδικός τύπος διόδου που χρησιμοποιείται κυρίως σε κυκλώματα όπως το στοιχείο τάσης αναφοράς ή ο ρυθμιστής τάσης. Στην κατεύθυνση προς τα εμπρός τάση, τα χαρακτηριστικά I-V είναι ίδια με τη δίοδο γενικής χρήσης. Η πτώση τάσης είναι περίπου 0,6V. Μεροληπτική στην αντίστροφη κατεύθυνση, υπάρχει σημείο, όπου το ρεύμα αυξάνεται πολύ απότομα - τάση διάσπασης. Αυτή η τάση αναφέρεται ως τάση Zener. Σε αυτό το σημείο, η δίοδος Zener συνδεδεμένη απευθείας στην παροχή ρεύματος με σταθερή έξοδο τάσης, θα καεί αμέσως. Αυτός είναι ο λόγος, γιατί το ρεύμα μέσω της διόδου Zener, πρέπει να περιορίζεται από αντίσταση.

Τα χαρακτηριστικά I-V εμφανίζονται στην εικόνα. Κάθε τύπος διόδου Zener καθορίζει την τρέχουσα τιμή στην οποία καθορίζεται η σωστή τάση Zener. (Αυτή η τάση θα μπορούσε να αλλάξει ελαφρώς με την αύξηση του ρεύματος). Το τυπικό ρεύμα για διόδους με κατανάλωση ισχύος περίπου 250 έως 500mW, είναι 3 έως 10mA και εξαρτάται από την τιμή τάσης.

Η τάση διάσπασης είναι σχετικά σταθερή για μεγάλο εύρος ρευμάτων και είναι τυπική και διαφορετική για κάθε δίοδο. Η τιμή του θα μπορούσε να είναι από περίπου 2V έως πάνω από 100V. Οι δίοδοι Zener, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως σε πρακτικά συνηθισμένα κυκλώματα, καθορίζονται με τάσεις μικρότερες από 50V.

Βήμα 2: Μέρη

Λίστα μεταχειρισμένων ανταλλακτικών:

• Περίβλημα από OKW, τύπου κελύφους OKW 9408331
• Προσαρμογέας Hi-Link AC/DC 220V/12V, 2 τεμ, eBay
• Προσαρμογέας Hi-Link AC/DC 220V/5V, 2 τεμ, eBay
• AC/DC προσαρμογέας 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Πυκνωτές M1 2τεμ., M33 1τεμ, τοπικό κατάστημα
• Δίοδοι 1N4148 5τεμ, Banggood
• IC1, LM317T, έκδοση υψηλής τάσης, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Τρανζίστορ 2N222 5τεμ, Banggood
• Ρελέ 351, 5V, 4τεμ, eBay
• Ρελέ Reed, 5V, eBay
• Αντιστάσεις 33R, 470R, 1k 4τεμ, 4.7k, 10k, 15k 2τεμ, τοπικό κατάστημα
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2τεμ., EBay
• Βιδωτό μπλοκ ακροδεκτών, Banggood
• Connector Molex 2pins, Banggood
• Connector Molex 3pins, Banggood
• Μικρός μικρός κύριος διακόπτης, eBay
• Οθόνη LED 0-100V, 3 γραμμών, eBay
• Είσοδος πρίζας, eBay
• Ελατήριο τερματικό ήχου, eBay
• Μικροδιακόπτης και κουμπί, Banggood
• LED 3mm πράσινο και κόκκινο, 2τεμ, Banggood
• Ασφάλεια 0.5Α και θήκη ασφάλειας 5x20mm, eBay
• Κύριο καλώδιο τροφοδοσίας για μικρά όργανα

Εργαλεία:

• Ηλεκτρικό τρυπάνι
• Συγκολλητικό σίδερο
• Θερμικό όπλο
• Gun Melt Glue Gun
• Απογυμνωτής καλωδίων και κόπτης
• Σετ κατσαβιδιών
• Σετ πένσας
• Πολύμετρο

Αναλυτική λίστα με τα μέρη είναι εδώ:

Βήμα 3: Περιγραφή κυκλώματος

Η περιγραφή κυκλώματος αναφέρεται στο συνημμένο διάγραμμα σύνδεσης:

Στην αριστερή πλευρά, υπάρχει τμήμα υψηλής τάσης. Τερματικό μπλοκ για σύνδεση 220V και οι πέντε προσαρμογείς AC/DC. Οι προσαρμογείς παρέχουν τάσεις μέτρησης σε τέσσερα βήματα - εύρη: 12V, 24V, 36V, 48V.

Οι μονάδες 5VA και 5VB είναι αφιερωμένες στο MCU Arduino Nano και Digital Led Voltmeter. Τα δομοστοιχεία 12VA παρέχουν το πρώτο εύρος 12V και το δομοστοιχείο 12VB προσθέτουν άλλα 12V σε δεύτερη τιμή 24V. Επόμενη μονάδα 24V προσθέστε άλλα 24V στο σύνολο της τέταρτης τάσης 48V τάσης. Μέσα στην τελευταία μονάδα 24V υπάρχει κύκλωμα ρυθμιστή 12V, παρέχοντας 12V ως τιμή τρίτου εύρους σε 36V. Αυτή η λύση ήταν απαραίτητη επειδή το μέγεθος του σκάφους δεν επιτρέπει την τοποθέτηση έξι μονάδων σε αυτό.

Στο μεσαίο τμήμα βρίσκεται το IC1 LM317. Το IC1 πρέπει να είναι σε έκδοση για υψηλότερη τάση (50V). Συνδέεται ως κύκλωμα ρυθμιστή σταθερού ρεύματος και παρέχει σταθερό ρεύμα σε όλο το εύρος κάθε βαθμίδας τάσης. Αυτό το ρεύμα είναι σταθερό σε ένα εύρος, αλλά διαφορετικό σε κάθε βήμα. Οι τιμές είναι ρυθμιζόμενες και είναι 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Οι τιμές επιλέγονται ως ανώτατα όρια για δίοδο με ισχύ 250mW και είναι αρκετά καλές για πιο ισχυρές διόδους.

Και στις δύο πλευρές του IC1 υπάρχουν ρελέ, που συνδέουν το σωστό βήμα τάσης στην είσοδό του και τη σωστή αντίσταση κοπής στην έξοδο. Η αντίσταση κοπής καθορίζει την τρέχουσα τιμή στην έξοδο και αυτό το ρεύμα τροφοδοτείται στη μετρούμενη δίοδο Zener μέσω της αντίστασης R14. Το ρεύμα ελέγχεται σε αυτήν την αντίσταση από το Arduino. Ο διαχωριστής τάσης R1, R2 λαμβάνει μειωμένο δείγμα τάσης στο R2 και το συνδέει με τον αναλογικό πείρο A1.

Η αναλογική γείωση GND είναι κοινή για όλους τους προσαρμογείς τάσης, τον ψηφιακό προσαρμογέα βολτόμετρου και το IC1. Προσοχή, υπάρχει άλλη γείωση, ψηφιακή για το Arduino και τον προσαρμογέα του. Η ψηφιακή γείωση είναι απαραίτητη για το Arduino και την αναλογική του είσοδο ως σημείο αναφοράς μέτρησης.

Arduino ψηφιακές εξόδους D4 έως D7 ρελέ ελέγχου για κάθε βήμα, ψηφιακό βολτόμετρο ελέγχου D8 και λάθος ελέγχου D9 με κόκκινο χρώμα. Το led ERROR είναι ενεργοποιημένο εάν δεν ανιχνεύεται ρεύμα σε κανένα βήμα. Σε αυτή την περίπτωση η δίοδος Zener μπορεί να είναι με υψηλότερη τάση Zener ως 48V ή μπορεί να είναι ελαττωματική (ανοιχτή). Εάν υπάρχει βραχυκύκλωμα στους ακροδέκτες μέτρησης, το led ERROR δεν ενεργοποιείται και η τάση ανίχνευσης είναι πολύ μικρή, χαμηλότερη από 1V.

Αφού τελείωσα το έργο, αποφάσισα να προσθέσω ένα ακόμη led - POWER, γιατί αν το βολτόμετρο είναι σκοτεινό (απενεργοποιημένο), δεν είναι πολύ σαφές εάν το ίδιο το όργανο είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο. Το Led Power συνδέεται σε σειρά με αντίσταση 470 μεταξύ σημείων εκτός PCB, από το Start X3-1 έως το Zener X2-1. Η αντίσταση είναι τοποθετημένη σε μικρή πλακέτα με κουμπί.

Βήμα 4: Κατασκευή

Ως κουτί για το έργο, χρησιμοποίησα το περίβλημα OKW, που βρέθηκε στο παλιό κατάστημα ηλεκτρονικών ανταλλακτικών. Αυτό το πλαίσιο είναι ακόμα διαθέσιμο στο OKW ως περίβλημα τύπου κελύφους. Το κουτί δεν είναι πολύ κατάλληλο επειδή είναι πολύ μικρό για τον πίνακα, αλλά κάποια αναβάθμιση του ίδιου του κουτιού και του PCB επιτρέπουν την τοποθέτηση όλων των εξαρτημάτων μέσα. Το PCB σχεδιάστηκε στο Eagle ως μέγιστο μέγεθος για δωρεάν έκδοση 8x10cm. Την πρώτη στιγμή φαίνεται αδύνατο να τοποθετήσω όλα τα εξαρτήματα, αλλά τελικά πέτυχα.

Η αναβάθμιση του κουτιού απαιτεί την αφαίρεση μερικών πλαστικών εξαρτημάτων στο εσωτερικό και τη βάση για βίδες. Η αναβάθμιση εξαρτημάτων απαιτεί την τροποποίηση του πλαστικού κουτιού για ψηφιακό βολτόμετρο και τη στρογγυλή διακοπή σε δύο γωνίες, κοντά σε συνδέσμους σφάλματος και κύριας τροφοδοσίας. Οι αναβαθμίσεις είναι ορατές στις εικόνες. Το σημαντικό είναι να κάνετε το παράθυρο για βολτόμετρο όσο το δυνατόν πιο κοντά στην άκρη του κουτιού. Το κουμπί START είναι τοποθετημένο σε μικρή σανίδα και τοποθετημένο με μεταλλική γωνία.

Τα παράθυρα και οι τρύπες στο επάνω κάλυμμα είναι κατασκευασμένα για ψηφιακό βολτόμετρο, κουμπί, τερματικό ελατηρίου, LED Error, LED Power και υποδοχή USB Arduino Nano. Στο κάτω μέρος υπάρχει διακοπή για διακόπτη τροφοδοσίας και είσοδο πρίζας. Το ψηφιακό βολτόμετρο και ο διακόπτης ισχύος στερεώνονται στη θέση τους με κόλλα θερμής τήξης. Με τον ίδιο τρόπο στερεώνονται και οι δύο δείκτες διόδου Led 3mm.

Η μετρημένη δίοδος συνδέεται, όχι πολύ τυπικά, με συνδετήρα ελατηρίου ήχου. Έψαχνα για απλή και γρήγορη σύνδεση. Αυτή η λύση φαίνεται να είναι η καλύτερη.

Μετά τη συγκόλληση όλων των εξαρτημάτων στον πίνακα, έχω απομονώσει δύο ράγες 220V στο κάτω μέρος, με πιστόλι κόλλας θερμής τήξης. Τα καλώδια που οδηγούν από την πλακέτα στον διακόπτη τροφοδοσίας και στην είσοδο του βύσματος τροφοδοσίας απομονώνονται με θερμοσυστελλόμενους σωλήνες. Κάντε το προσεκτικά, δεν πρέπει να υπάρχει εκτεθειμένο καλώδιο 220V ή ίχνος χαλκού. Το PCB στερεώνεται στη θέση του με αυτοκόλλητα αποστάσματα από καουτσούκ, τα οποία το εμποδίζουν από την κάθετη κίνηση.

Στον μπροστινό πίνακα υπάρχει εκτύπωση ετικέτας σε κολλητικό φωτογραφικό χαρτί. Η ετικέτα γίνεται στο Paint, το οποίο είναι εργαλείο στα αξεσουάρ των Windows 10. Αυτό το εργαλείο είναι κατάλληλο για την κατασκευή ετικετών οργάνων, επειδή η ετικέτα θα μπορούσε να γίνει ακριβώς σε πραγματικό μέγεθος.

Το PCB έχει σχεδιαστεί από δωρεάν λογισμικό Eagle. Ο πίνακας παραγγέλθηκε στην εταιρεία JLCPCB σε καλή τιμή. Δεν υπάρχει κανένας λόγος να το κάνετε στο σπίτι. Σας συνιστώ να παραγγείλετε τον πίνακα και για αυτόν τον λόγο επισυνάπτεται φερμουάρ Gerber. αρχείο.

Βήμα 5: Προγραμματισμός και ρύθμιση

Επισυνάπτεται λογισμικό Arduino - ino αρχείο. Προσπαθώ να τεκμηριώσω όλα τα κύρια μέρη του κώδικα και ελπίζω να είναι καλύτερα κατανοητό από τα αγγλικά μου. Αυτό που πρέπει να εξηγηθεί από τον κώδικα είναι η συνάρτηση "υπηρεσία". Είναι κατάσταση λειτουργίας και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση του οργάνου εάν το αλλάξετε για πρώτη φορά.

Η λειτουργία ανάγνωσης του ρεύματος "readCurrent" εισήχθη στον κώδικα για να αποτρέψει την τυχαία ανάγνωση τυχαίου ρεύματος. Σε αυτή τη συνάρτηση, η ανάγνωση γίνεται δέκα φορές και η μέγιστη τιμή επιλέγεται από δέκα τιμές. Η μέγιστη τιμή ρεύματος λαμβάνεται ως δείγμα στην αναλογική είσοδο του Arduino.

Στη λειτουργία σέρβις ρυθμίζετε τέσσερις ρυθμιζόμενες αντιστάσεις R4 σε R7. Κάθε κοπτικό είναι υπεύθυνο για το ρεύμα σε ένα εύρος τάσης. R4 για 12V, R5 για 24V, R6 για 36V και R7 για 48V. Σε αυτήν τη λειτουργία, οι αναφερόμενες τάσεις παρουσιάζονται σταδιακά στους ακροδέκτες εξόδου και επιτρέπουν τη ρύθμιση της απαιτούμενης τιμής ρεύματος (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Για να μπείτε στη λειτουργία σέρβις, πατήστε το START αμέσως μετά την ενεργοποίηση του οργάνου εντός 2 δευτερολέπτων. Το πρώτο βήμα (12V) είναι ενεργοποιημένο και το led ERROR αναβοσβήνει μία φορά. Τώρα ήρθε η ώρα να ρυθμίσετε το ρεύμα. Εάν το ρεύμα έχει ρυθμιστεί, ενεργοποιήστε το επόμενο βήμα (24V) πατώντας ξανά το START. ERROR led αναβοσβήνει δύο φορές. Επαναλάβετε τα επόμενα βήματα με τον ίδιο τρόπο, χρησιμοποιώντας το κουμπί ΕΝΑΡΞΗ. Αφήστε τη λειτουργία υπηρεσίας με το κουμπί START. Σε κάθε φορά, η καλύτερη στιγμή για να πατήσετε το START είναι η ώρα εάν το led ERROR είναι σκοτεινό μετά από σειρά αναβοσβήνει.

Η τρέχουσα ρύθμιση γίνεται με τη σύνδεση οποιασδήποτε διόδου Zener με τάση γύρω από τη μέση περιοχή, για εύρος 12V θα πρέπει να είναι δίοδος 6 έως 7V. Αυτή η δίοδος Zener πρέπει να συνδεθεί σε σειρά με αμπερόμετρο ή πολύμετρο. Η προσαρμοσμένη τιμή του ρεύματος δεν πρέπει να είναι ακριβής, μείον 15% έως συν 5% είναι εντάξει.

Βήμα 6: Συμπέρασμα

Η λύση για τη μέτρηση των διόδων Zener από το Arduino είναι εντελώς νέα. Υπάρχουν ακόμη ορισμένα μειονεκτήματα, όπως τροφοδοτικό 220V, βολτόμετρο Led και μέγιστη μετρημένη τάση 48V. Το μέσο θα μπορούσε να βελτιωθεί στις αναφερόμενες αδυναμίες. Αρχικά σχεδιάζω να το τροφοδοτήσω με μπαταρία, αλλά η τροφοδοσία του Arduino και η σχετικά υψηλή τάση μέτρησης με έναν ή περισσότερους μετατροπείς τάσης απαιτούν μεγάλη μπαταρία και το όργανο θα είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος.

Υπάρχουν πολλοί πολύ καλοί ελεγκτές εξαρτημάτων σε μια αγορά. Μπορούν να δοκιμάσουν όλους τους τύπους τρανζίστορ, διόδους, άλλους ημιαγωγούς και πολλά παθητικά εξαρτήματα, αλλά η μέτρηση της τάσης Zener είναι προβληματική, λόγω της μικρής τάσης της μπαταρίας. Ελπίζω, να απολαύσετε το έργο μου και να περάσετε όμορφα παίζοντας με την κατασκευή.