Arduino tester zener dioda: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Ispitivačem zener dioda upravlja Arduino Nano. Tester mjeri kvar Zener napon za diode od 1,8 V do 48 V. Disipacijska snaga izmjerenih dioda mogla bi biti od 250mW do nekoliko Watta. Mjerenje je jednostavno, samo spojite diodu i pritisnite gumb START.

Arduino Nano postupno povezuje raspon napona s nižih na više, u četiri koraka. Za svaki korak, struja se provjerava putem izmjerene Zener diode. Ako je struja iznad nulte vrijednosti (nije nula), to znači: Otkriven je zener napon. U tom slučaju napon se prikazuje određeno vrijeme (softverski podešeno na 10 sekundi) i mjerenje se zaustavlja. Struja u svakom koraku je konstantna kroz sve napone u tom rasponu i smanjuje se povećanjem broja koraka - raspona napona.

Kako bi se održalo rasipanje snage za veće napone, struja u ovom rasponu mora se smanjiti. Tester je dizajniran za mjerenje dioda od 250mW i 500mW. Zener diode veće snage mogle su se mjeriti na isti način, ali izmjerena vrijednost napona je niža za oko 5%.

UPOZORENJE: Budite vrlo oprezni. U ovom projektu koristi se visoki napon 110/220V. Ako niste upoznati s rizikom od dodirivanja glavnog napona, nemojte pokušavati s ovom uputom!

Korak 1: Zener dioda

Zener dioda je posebna vrsta diode koja se uglavnom koristi u krugovima poput referentne komponente napona ili regulatora napona. U smjeru pravog napona I-V karakteristike su iste kao i diode opće namjene. Pad napona je oko 0,6V. Nagnječeno u obrnutom smjeru, postoji točka u kojoj se struja jako povećava - probojni napon. Ovaj napon se naziva Zener napon. U tom bi trenutku Zener dioda spojena izravno na napajanje s konstantnim izlaznim naponom odmah izgorjela. To je razlog zašto struja kroz Zener diodu mora biti ograničena otpornikom.

I-V karakteristike prikazane su na slici. Svaka vrsta Zener diode definira vrijednost struje na kojoj je naveden pravi Zener napon. (Ovaj bi se napon mogao malo promijeniti povećanjem struje). Uobičajena struja za diode s rasipanjem snage od 250 do 500 mW, iznosi 3 do 10 mA i ovisi o vrijednosti napona.

Probojni napon relativno je stabilan za širok raspon struja i tipičan je i različit za svaku diodu. Njegova vrijednost može biti od oko 2V do preko 100V. Zener diode, koje se uglavnom koriste u praktičnim uobičajenim krugovima, specificirane su s naponima manjim od 50V.

Korak 2: Dijelovi

Popis rabljenih dijelova:

• Kućište od OKW-a, oklopno OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC adapter 220V/12V, 2kom, eBay
• Hi-Link AC/DC adapter 220V/5V, 2kom, eBay
• AC/DC adapter 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondenzatori M1 2kom, M33 1kom, lokalna trgovina
• Diode 1N4148 5kom, Banggood
• IC1, LM317T, visokonaponska verzija, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Tranzistori 2N222 5kom, Banggood
• Relej 351, 5V, 4kom, eBay
• Reed relej, 5V, eBay
• Otpornici 33R, 470R, 1k 4kom, 4,7k, 10k, 15k 2kom, lokalna trgovina
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2kom, eBay
• Vijčani terminalni blok, Banggood
• Konektor Molex 2pins, Banggood
• Konektor Molex 3pins, Banggood
• Mali mini glavni prekidač, eBay
• LED zaslon 0-100V, 3 reda, eBay
• Utičnica za napajanje, eBay
• Audio opružni terminal, eBay
• Mikroprekidač i gumb, Banggood
• LED 3 mm zelena i crvena, 2 kom, Banggood
• Osigurač 0,5A i držač osigurača 5x20 mm, eBay
• Glavni kabel za napajanje malih instrumenata

Alati:

• Bušilica
• Lemilica
• Toplinska pištolj
• Pištolj za ljepilo za topljenje
• Skidač i rezač žica
• Set odvijača
• Set kliješta
• Multimetar

Detaljan popis dijelova nalazi se ovdje:

Korak 3: Opis kruga

Opis kruga odnosi se na priloženi dijagram povezivanja:

S lijeve strane nalazi se visokonaponski dio. Stezaljka za priključivanje na 220V i svih pet AC/DC adaptera. Adapteri isporučuju mjerne napone u četiri koraka - rasponima: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduli 5VA i 5VB namijenjeni su za MCU Arduino Nano i digitalni LED voltmetar. Moduli 12VA napajaju prvi raspon 12V, a modul 12VB dodaju još 12V vrijednosti drugog raspona 24V. Sljedeći modul 24V dodaje još 24V ukupnom naponu četvrtog raspona 48V. Unutar posljednjeg 24V modula nalazi se krug regulatora 12V, koji daje 12V kao vrijednost trećeg raspona do 36V. Ovo je rješenje bilo potrebno jer veličina ploče ne dopušta postavljanje šest modula na nju.

U srednjem dijelu nalazi se IC1 LM317. IC1 mora biti u izvedbi za veći napon (50V). Spojen je kao krug regulatora konstantne struje i osigurava konstantnu struju kroz cijeli raspon svakog naponskog koraka. Ova je struja stabilna u jednom rasponu, ali različita u svakom koraku. Vrijednosti su podesive i iznose 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Vrijednosti su odabrane kao gornje granice za diode snage 250mW i dovoljno su dobre za snažnije diode.

S obje strane IC1 nalaze se releji, spojeni desnim naponskim korakom na njegov ulaz, a desni trimer otpornik na njegov izlaz. Trimer otpornik određuje vrijednost struje na izlazu i ta se struja dovodi do izmjerene Zener diode preko otpornika R14. Arduino provjerava struju na ovom otporniku. Razdjelnik napona R1, R2 uzima smanjeni uzorak napona na R2 i povezuje ga s analognim pinom A1.

Analogno uzemljenje GND zajedničko je za sve adaptere napona, adapter za digitalni voltmetar i IC1. Budite oprezni, postoji još jedno uzemljenje, digitalno za Arduino i njegov adapter. Digitalno uzemljenje potrebno je za Arduino i njegov analogni ulaz kao mjernu referentnu točku.

Arduino digitalni izlazi D4 do D7 upravljački releji za svaki korak, D8 upravljanje Digitalni voltmetar i D9 Upravljačka pogreška LED u crvenoj boji. LED greška svijetli ako u bilo kojem koraku nema otkrivene struje. U tom slučaju Zener dioda može biti s većim naponom Zenera kao 48 V, ili može biti neispravna (otvorena). Ako postoji kratki spoj na stezaljkama za mjerenje, LED dioda ERROR se ne aktivira i detektirani napon je vrlo mali, niži od 1V.

Nakon što sam završio projekt, odlučio sam dodati još jedan LED diodu - POWER, jer ako je voltmetar taman (isključen), nije baš jasno je li sam instrument uključen ili isključen. Led Power je serijski povezan s otpornikom 470 između točaka izvan PCB-a, od početka X3-1 do Zener X2-1. Otpornik je montiran na malu ploču pritiskom na gumb.

Korak 4: Izgradnja

Kao kutiju za projekt koristio sam kućište OKW, pronađeno u staroj trgovini elektroničkih dijelova. Ova je kutija još uvijek dostupna u OKW -u kao kućište. Kutija nije baš prikladna jer je premala za ploču, ali neka nadogradnja same kutije i PCB -a omogućuju stavljanje svih dijelova unutra. PCB je dizajniran u Eaglu kao maksimalna veličina za besplatnu verziju 8x10 cm. U prvom trenutku izgleda da je nemoguće staviti sve komponente na brod, ali na kraju sam uspio.

Za nadogradnju kutije potrebno je ukloniti neke plastične dijelove iznutra i stoji za vijke. Za nadogradnju dijelova potrebno je izmijeniti plastičnu kutiju za digitalni voltmetar i napraviti okrugli izrez na dva ugla, u blizini konektora za grešku i glavnog napajanja. Nadogradnje su vidljive na slikama. Važno je da prozor za voltmetar učinite što bliže rubu kutije. Tipka START nalazi se na maloj ploči i montirana je s metalnim kutom.

Prozori i rupe na gornjem poklopcu napravljeni su za digitalni voltmetar, gumb, opružni terminal, LED pogrešku, LED napajanje i USB Arduino Nano konektor. Na donjem dijelu nalazi se izrez za utikač i utičnicu. Digitalni voltmetar i prekidač za napajanje pričvršćeni su na mjesto pomoću topljivog ljepila. Na isti način su fiksirana oba LED dioda od 3 mm.

Mjerena dioda povezana je, ne baš tipično, konektorom za oprugu zvuka. Tražio sam jednostavnu i brzu vezu. Čini se da je ovo rješenje najbolje.

Nakon lemljenja svih komponenti na ploči, izolirao sam dvije tračnice od 220V na donjem dijelu pištoljem za ljepilo. Žice koje vode od ploče do prekidača za napajanje i do utičnice za napajanje izolirane su termoskupljajućom cijevi. Učinite to pažljivo, ne smije biti izloženih 220V žice ili bakrene gusjenice. PCB je pričvršćen na mjesto pomoću ljepljivih gumenih odstojnika koji ga sprječavaju od okomitog pomicanja.

Na prednjoj ploči je otisak naljepnice na ljepljivom foto papiru. Oznaka se vrši u programu Paint, alatu za dodatke za Windows 10. Ovaj je alat prikladan za izradu naljepnica na instrumentima, jer se naljepnica može izvesti točno u stvarnoj veličini.

PCB je dizajniran besplatnim softverom Eagle. Ploča je naručena u tvrtki JLCPCB po povoljnoj cijeni. Nema razloga da to radite kod kuće. Preporučujem da naručite ploču i zbog toga je pričvršćen Gerber patentni zatvarač. datoteka.

Korak 5: Programiranje i postavljanje

Arduino softver - ino datoteka je priložena. Pokušavam dokumentirati sve glavne dijelove koda i nadam se da je bolje razumljiv od mog engleskog. Ono što treba objasniti iz koda je funkcija "service". To je uslužni način rada i može se koristiti za postavljanje instrumenta ako ga promijenite prvi put.

Funkcija čitanja struje "readCurrent" uvedena je u kod kako bi se spriječilo slučajno čitanje slučajne struje. U ovoj funkciji očitavanje se vrši deset puta, a najveća vrijednost se bira između deset vrijednosti. Maksimalna vrijednost struje uzima se kao uzorak na analogni ulaz Arduina.

U servisnom načinu rada podesite četiri podesiva otpornika R4 na R7. Svaki trimer odgovoran je za struju u jednom rasponu napona. R4 za12V, R5 za 24V, R6 za 36V i R7 za 48V. U ovom načinu rada naponi se postupno prezentiraju na izlaznim stezaljkama i omogućuju podešavanje potrebne vrijednosti struje (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Za ulazak u servisni način pritisnite START odmah nakon uključivanja instrumenta unutar 2 sekunde. Prvi korak (12V) je aktiviran i LED dioda ERROR trepće jednom. Vrijeme je za podešavanje struje. Ako je struja podešena, aktivirajte sljedeći korak (24V) ponovnim pritiskom na START. LED dioda ERROR dvaput treperi. Sljedeće korake ponovite na isti način, pomoću gumba START. Napustite servisni način pritiskom na tipku START. U svakom trenutku, najbolji trenutak za pritiskanje START -a je vrijeme ako je LED greška tamna nakon niza treptaja.

Podešavanje struje vrši se povezivanjem bilo koje Zener diode s naponom oko sredine raspona, za raspon od 12V to bi trebala biti dioda od 6 do 7V. Ova Zener dioda mora biti spojena serijski s ampermetrom ili multimetrom. Prilagođena vrijednost struje ne bi trebala biti precizna, minus 15% do plus 5% je u redu.

Korak 6: Zaključak

Predstavljeno rješenje za mjerenje Zener dioda tvrtke Arduino potpuno je novo. Još uvijek postoje neki nedostaci, poput napajanja 220V, Led voltmetra i maksimalnog izmjerenog napona 48V. Instrument bi se mogao poboljšati u spomenutim slabostima. U početku sam ga planirao napajati baterijom, ali za napajanje Arduina i relativno visokog napona s jednim ili više pretvarača napona potrebna je velika baterija, a instrument bi bio veće veličine.

Na tržištu postoji mnogo vrlo dobrih testera komponenti. Oni mogu testirati sve vrste tranzistora, dioda, drugih poluvodiča i mnoge pasivne komponente, ali mjerenje Zener napona je problematično zbog malog napona baterije. Nadam se da ćete uživati u mom projektu i da bi se lijepo proveli igrajući se s gradnjom.