Arduino tester zenskih dioda: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ispitivač zener dioda kontrolira Arduino Nano. Tester mjeri kvar Zener napon za diode od 1.8V do 48V. Disipacijska snaga izmjerenih dioda mogla bi biti od 250mW do nekoliko vata. Mjerenje je jednostavno, samo spojite diodu i pritisnite tipku START.

Arduino Nano postupno povezuje raspon napona od nižih do viših, 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 prikazuje se napon na određeno vrijeme (podešen softverom 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.

Da 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 ovim Uputama!

Korak 1: Zener dioda

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

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

Probojni napon je relativno 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

Spisak polovnih delova:

• 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 displej 0-100V, 3 reda, eBay
• Utičnica za napajanje, eBay
• Audio opružni terminal, eBay
• Mikroprekidač i dugme, Banggood
• LED 3 mm zelena i crvena, 2 kom, Banggood
• Osigurač 0,5A i držač osigurača 5x20mm, eBay
• Glavni kabl za napajanje malih instrumenata

Alati:

• Power Drill
• Lemilica
• Heat Gun
• Pištolj za ljepilo za topljenje
• Skidač žice i rezač žica
• Set odvijača
• Set kliješta
• Multimetar

Detaljan spisak delova nalazi se ovde:

Korak 3: Opis kola

Opis kruga se odnosi na priloženi dijagram povezivanja:

Sa lijeve strane nalazi se visokonaponski dio. Priključni blok za 220V vezu i svih pet AC/DC adaptera. Adapteri isporučuju mjerne napone u četiri koraka - rasponi: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduli 5VA i 5VB su namijenjeni za MCU Arduino Nano i digitalni LED voltmetar. Moduli 12VA napajaju prvi raspon 12V, a modul 12VB dodaju još 12V vrijednosti drugom rasponu 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 rješenje je bilo potrebno jer veličina ploče ne dopušta postavljanje šest modula na nju.

U srednjem dijelu nalazi se IC1 LM317. IC1 mora biti u verziji za veći napon (50V). Spojen je kao krug regulatora konstantne struje i daje konstantnu struju kroz cijeli raspon svakog naponskog koraka. Ova struja je stabilna u jednom rasponu, ali se razlikuje 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 je potrebno za Arduino i njegov analogni ulaz kao mjernu referentnu točku.

Arduino digitalni izlazi D4 do D7 upravljački releji za svaki korak, D8 upravljački digitalni voltmetar i D9 kontrolna ERROR LED u crvenoj boji. LED greška svijetli ako u bilo kojem koraku nema otkrivene struje. U tom slučaju Zener dioda može imati veći Zener napon od 48 V ili može biti neispravna (otvorena). Ako postoji kratki spoj na mjernim stezaljkama, LED dioda ERROR se ne aktivira i otkriveni 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 sasvim 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 se montira na malu ploču pritiskom na dugme.

Korak 4: Konstrukcija

Kao kutiju za projekt koristio sam kućište OKW, pronađeno u staroj trgovini elektroničkih dijelova. Ova kutija je 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 Eagle -u kao maksimalna veličina za besplatnu verziju 8x10cm. U prvom trenutku izgledalo 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 je moguće bliže rubu kutije. Taster START se nalazi na maloj ploči i montiran je sa metalnim uglom.

Prozori i rupe na gornjem poklopcu napravljeni su za digitalni voltmetar, dugme, opružni terminal, LED grešku, LED napajanje i USB Arduino Nano konektor. Na donjem dijelu nalazi se izrez za prekidač napajanja i utičnicu za utikač. Digitalni voltmetar i prekidač za napajanje pričvršćeni su na mjesto pomoću ljepila za topljenje. 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 trake 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 bakrenih tragova. PCB je pričvršćen na mjesto pomoću ljepljivih gumenih odstojnika koji ga sprječavaju od vertikalnog pomicanja.

Na prednjoj ploči je otisak etikete na ljepljivom foto papiru. Oznaka se vrši u programu Paint, alatu za Windows 10 dodatnu opremu. Ovaj alat je pogodan za izradu naljepnica na instrumentima, jer se naljepnica može izvesti točno u pravoj veličini.

PCB je dizajniran besplatnim softverom Eagle. Ploča je naručena u kompaniji JLCPCB po povoljnoj cijeni. Nema razloga da to radite kod kuće. Preporučujem da naručite ploču i iz tog razloga je pričvršćen Gerber patentnim zatvaračem. file.

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 za čitanje trenutne "readCurrent" je uvedena u kod kako bi se spriječilo slučajno čitanje slučajne struje. U ovoj funkciji očitavanje se vrši deset puta, a maksimalna 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 za 12V, R5 za 24V, R6 za 36V i R7 za 48V. U ovom načinu rada naponi se postupno predstavljaju na izlaznim stezaljkama i omogućuju podešavanje potrebne vrijednosti struje (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Za ulazak u servisni način pritisnite START odmah nakon uključivanja instrumenta u roku od 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 tipke 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

Arduino predstavljeno rješenje za mjerenje Zener dioda potpuno je novo. I dalje postoje neki nedostaci, poput napajanja 220V, LED voltmetra i maksimalnog izmjerenog napona 48V. Instrument bi se mogao poboljšati u pomenutim slabostima. Prvobitno sam ga planirao napajati baterijom, ali za napajanje Arduina i relativno visokog napona s jednim ili više pojačanih 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 sa izgradnjom.