Tester diódy Arduino Zener: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tester Zenerovej diódy ovláda Arduino Nano. Tester meria poruchu Zenerovým napätím pre diódy od 1,8 V do 48 V. Rozptylový výkon nameraných diód môže byť od 250 mW do niekoľko wattov. Meranie je jednoduché, stačí pripojiť diódu a stlačiť tlačidlo ŠTART.

Arduino Nano postupne pripája rozsah napätí od nižších k vyšším v štyroch krokoch. V každom kroku sa prúd kontroluje meranou Zenerovou diódou. Ak je prúd vyšší ako nulová hodnota (nie nula), znamená to: Zenerovo napätie bolo detekované. V takom prípade sa na určitý čas zobrazí napätie (upravené softvérom na 10 sekúnd) a meranie sa zastaví. Prúd v každom kroku je konštantný vo všetkých napätiach v tomto rozsahu a klesá so zvyšovaním počtu krokov - rozsahu napätia.

Aby sa zachoval rozptyl energie pri vyšších napätiach, musí sa prúd v tomto rozsahu znížiť. Tester je určený na meranie diód od 250 mW do 500 mW. Zenerove diódy s vyšším výkonom je možné merať rovnako, ale nameraná hodnota napätia je nižšia asi o 5%.

UPOZORNENIE: Buďte veľmi opatrní. V tomto projekte sa používa vysoké napätie 110/220V. Ak nie ste oboznámení s rizikom dotyku hlavného napätia, nepokúšajte sa použiť tento návod!

Krok 1: Zenerova dióda

Zenerova dióda je špeciálny typ diódy, ktorá sa používa hlavne v obvodoch, ako sú referenčné napätie alebo regulátor napätia. V smere napäťového napätia sú charakteristiky I-V rovnaké ako univerzálna dióda. Pokles napätia je asi 0,6 V. Predpätím v opačnom smere je bod, v ktorom sa prúd veľmi prudko zvyšuje - poruchové napätie. Toto napätie sa nazýva Zenerovo napätie. V tomto mieste by Zenerova dióda pripojená priamo k zdroju napájania s konštantným napätím okamžite spálila. To je dôvod, prečo musí byť prúd cez Zenerovu diódu obmedzený odporom.

I-V charakteristiky sú zobrazené na obrázku. Každý typ Zenerovej diódy definuje aktuálnu hodnotu, pri ktorej je uvedené správne Zenerovo napätie. (Toto napätie sa môže mierne zmeniť zvýšením prúdu). Typický prúd pre diódy s rozptylom výkonu asi 250 až 500 mW je 3 až 10 mA a závisí od hodnoty napätia.

Prierazné napätie je relatívne stabilné pre široký rozsah prúdov a je typické a odlišné pre každú diódu. Jeho hodnota by mohla byť od približne 2V do viac ako 100V. Zenerove diódy, ktoré sa väčšinou používajú v praktických bežných obvodoch, sú určené pre napätie menšie ako 50V.

Krok 2: Diely

Zoznam použitých dielov:

• Príloha od OKW, škrupinový typ OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC adaptér 220V/12V, 2ks, eBay
• Hi-Link AC/DC adaptér 220V/5V, 2ks, eBay
• AC/DC adaptér 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondenzátory M1 2ks, M33 1ks, miestny obchod
• Diódy 1N4148 5ks, Banggood
• IC1, LM317T, vysokonapäťová verzia, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Tranzistory 2N222 5ks, Banggood
• Relé 351, 5V, 4ks, eBay
• Jazýčkové relé, 5V, eBay
• Rezistory 33R, 470R, 1k 4ks, 4,7k, 10k, 15k 2ks, miestny obchod
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2ks, eBay
• Skrutkovacia svorkovnica, Banggood
• Konektor Molex 2 kolíky, Banggood
• Konektor Molex 3 kolíky, Banggood
• Malý mini hlavný vypínač, eBay
• LED displej 0-100V, 3 riadky, eBay
• Napájací konektor, eBay
• Audio pružinový terminál, eBay
• Mikrospínač a tlačidlo, Banggood
• LED 3 mm zelená a červená, 2 ks, Banggood
• Poistka 0,5A a držiak poistky 5x20mm, eBay
• Hlavný napájací kábel pre malé nástroje

Náradie:

• Elektrická vŕtačka
• Spájkovačka
• Tepelná pištoľ
• Tavná lepiaca pištoľ
• Odizolovač a rezačka drôtu
• Sada skrutkovačov
• Sada klieští
• Multimetr

Podrobný zoznam dielov nájdete tu:

Krok 3: Popis obvodu

Popis obvodu nájdete v priloženej schéme zapojenia:

Na ľavej strane je časť vysokého napätia. Svorkovnica pre pripojenie 220 V a všetkých päť adaptérov AC/DC. Adaptéry dodávajú meracie napätie v štyroch krokoch - rozsahy: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduly 5VA a 5VB sú určené pre MCU Arduino Nano a digitálny LED voltmetr. Moduly 12VA napájajú prvý rozsah 12V a modul 12VB pridávajú ďalších 12 k hodnotám druhého rozsahu 24V. Ďalší modul 24 V pridá ďalších 24 V, aby bolo napätie štvrtého rozsahu 48 V. Vnútri posledného 24V modulu je obvod regulátora 12V, ktorý poskytuje napätie 12V ako tretiu hodnotu rozsahu až 36V. Toto riešenie bolo nevyhnutné, pretože veľkosť dosky neumožňuje namontovať na ňu šesť modulov.

V strednej časti je umiestnený IC1 LM317. IC1 musí byť vo verzii pre vyššie napätie (50V). Je zapojený ako obvod regulátora konštantného prúdu a poskytuje konštantný prúd v celom rozsahu každého napäťového kroku. Tento prúd je stabilný v jednom rozsahu, ale v každom kroku je iný. Hodnoty sú nastaviteľné a sú 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Hodnoty sú zvolené ako horné limity pre diódy s výkonom 250 mW a sú dosť dobré pre výkonnejšie diódy.

Na oboch stranách IC1 sú relé, na jeho vstup je pripojený pravý krok napätia a na jeho výstup pravý rezistor trimra. Rezistor trimra špecifikuje aktuálnu hodnotu na výstupe a tento prúd sa privádza do meranej Zenerovej diódy cez odpor R14. Prúd na tomto odpore kontroluje Arduino. Delič napätia R1, R2 odoberie zníženú vzorku napätia na R2 a pripojí ho k analógovému kolíku A1.

Analógový uzemňovací vodič GND je spoločný pre všetky napäťové adaptéry, digitálne voltmetrové adaptéry a IC1. Dávajte si pozor, existuje ešte jedna zem, digitálna pre Arduino a jeho adaptér. Digitálne uzemnenie je nevyhnutné pre Arduino a jeho analógový vstup ako referenčný bod merania.

Digitálne výstupy Arduino D4 až D7 riadia relé pre každý krok, kontrolka D8 digitálny voltmetr a kontrolka D9 ERROR svietia červenou farbou. Kontrolka ERROR svieti, ak v žiadnom kroku nie je zistený prúd. V tomto prípade môže byť Zenerova dióda s vyšším Zenerovým napätím ako 48 V, alebo môže byť chybná (rozpojená). Ak dôjde k skratu na meracích svorkách, LED ERROR nie je aktivovaná a zistené napätie je veľmi malé, nižšie ako 1V.

Keď som skončil projekt, rozhodol som sa pridať ešte jednu LED - NAPÁJANIE, pretože ak je voltmetr tmavý (vypnutý), nie je celkom jasné, či je samotný prístroj zapnutý alebo vypnutý. LED Power je zapojený do série s odporom 470 medzi body mimo DPS, od štartu X3-1 do Zenera X2-1. Rezistor je namontovaný na malej doske pomocou tlačidla.

Krok 4: Konštrukcia

Ako škatuľu projektu som použil kryt OKW, ktorý sa nachádza v obchode so starými elektronickými súčiastkami. Tento box je v spoločnosti OKW stále k dispozícii ako plášť typu shell. Krabica nie je príliš vhodná, pretože je príliš malá na dosku, ale niektoré vylepšenia samotnej skrinky a DPS umožňujú vloženie všetkých častí dovnútra. DPS bola navrhnutá v Eagle ako maximálna veľkosť pre bezplatnú verziu 8x10cm. V prvom momente to vyzerá, že je nemožné vložiť všetky komponenty na palubu, ale nakoniec som bol úspešný.

Upgrade krabice vyžaduje odstránenie niektorých plastových dielov vo vnútri a stojany na skrutky. Aktualizácia dielov vyžaduje úpravu plastového boxu na digitálny voltmetr a urobenie okrúhleho výrezu v dvoch rohoch, v blízkosti konektorov napájania Error a Main. Aktualizácie sú viditeľné na obrázkoch. Dôležité je, aby bolo okno pre voltmetr čo najbližšie k okraju skrinky. Tlačidlo START je umiestnené na malej doske a je namontované s kovovým uhlom.

Okná a otvory v hornom kryte sú vyrobené pre digitálny voltmetr, tlačidlo, pružinový terminál, chybu LED, napájanie LED a konektor USB Arduino Nano. V spodnej časti je výrez pre vypínač a vstup do zásuvky. Digitálny voltmetr a vypínač sú upevnené na mieste pomocou tavného lepidla. Rovnakým spôsobom sú upevnené obidva 3mm LED diódy.

Meraná dióda je nie veľmi typicky prepojená konektorom zvukovej pružiny. Hľadal som nejaké jednoduché a rýchle pripojenie. Toto riešenie sa javí ako najlepšie.

Po spájkovaní všetkých komponentov na dosku som izoloval dve 220 V dráhy v spodnej časti tavnou lepiacou pištoľou. Drôty vedúce z dosky k vypínaču a napájaciemu konektoru sú izolované teplom zmrštiteľnou hadicou. Robte to opatrne, nemal by existovať žiadny odkrytý drôt 220V alebo káblový zväzok. PCB je na svojom mieste pripevnená lepiacimi gumovými rozperami, ktoré zabraňujú vertikálnemu pohybu.

Na prednom paneli je potlač štítkov na fotopapier. Štítok je vyrobený v programe Paint, ktorý je nástrojom príslušenstva Windows 10. Tento nástroj je vhodný na výrobu štítkov nástrojov, pretože štítky je možné vyrobiť presne v skutočnej veľkosti.

Doska plošných spojov je navrhnutá bezplatným softvérom Eagle. Doska bola objednaná v spoločnosti JLCPCB za dobrú cenu. Nie je dôvod robiť to doma. Odporúčam dosku objednať a z tohto dôvodu je k nej pripevnený Gerber zips. súbor.

Krok 5: Programovanie a nastavenie

Softvér Arduino - súbor ino je priložený. Snažím sa zdokumentovať všetky hlavné časti kódu a dúfam, že je zrozumiteľnejší ako moja angličtina. Čo je potrebné z kódu vysvetliť, je funkcia „služba“. Je to servisný režim a dá sa použiť na nastavenie prístroja, ak ho prvýkrát prepnete.

Funkcia na čítanie prúdu "readCurrent" bola zavedená do kódu, aby sa zabránilo náhodnému náhodnému čítaniu prúdu. V tejto funkcii sa čítanie vykoná desaťkrát a z desiatich hodnôt sa vyberie maximálna hodnota. Maximálna hodnota prúdu sa odoberá ako vzorka analógového vstupu Arduino.

V servisnom režime nastavíte štyri nastaviteľné odpory R4 až R7. Každý trimer je zodpovedný za prúd v jednom rozsahu napätia. R4 pre 12V, R5 pre 24V, R6 pre 36V a R7 pre 48V. V tomto režime sú uvedené napätia postupne prezentované na výstupných svorkách a umožňujú nastaviť požadovanú hodnotu prúdu (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Do servisného režimu vstúpite stlačením tlačidla START ihneď po zapnutí prístroja do 2 sekúnd. Aktivuje sa prvý krok (12 V) a kontrolka ERROR raz blikne. Teraz je čas upraviť prúd. Ak je prúd upravený, aktivujte ďalší krok (24 V) opätovným stlačením START. Kontrolka ERROR dvakrát zabliká. Ďalšie kroky zopakujte rovnakým spôsobom pomocou tlačidla ŠTART. Servisný režim opustíte tlačidlom ŠTART. V každom prípade je najlepším momentom na stlačenie tlačidla START čas, ak LED CHYBA je po sérii bliknutí tmavá.

Nastavenie prúdu sa vykonáva pripojením akejkoľvek Zenerovej diódy s napätím okolo stredného rozsahu, pre rozsah 12V by to mala byť dióda 6 až 7V. Táto Zenerova dióda musí byť zapojená do série s ampérmetrom alebo multimetrom. Upravená hodnota prúdu by nemala byť presná, mínus 15% až plus 5% je v poriadku.

Krok 6: Záver

Prezentované riešenie na meranie Zenerových diód Arduino je úplne nové. Stále existujú určité nevýhody, ako napríklad napájanie 220 V, LED voltmeter a maximálne namerané napätie 48 V. V uvedených nedostatkoch je možné nástroj vylepšiť. Pôvodne som plánoval napájať batériou, ale napájanie Arduina a relatívne vysokého meracieho napätia jedným alebo viacerými zosilňovačmi zvýšeného napätia vyžadujú veľkú batériu a prístroj by mal väčšiu veľkosť.

Na trhu je veľa veľmi dobrých testerov komponentov. Môžu testovať všetky typy tranzistorov, diód, iných polovodičov a mnoho pasívnych komponentov, ale meranie Zenerovho napätia je problematické kvôli malému napätiu batérie. Dúfam, že sa vám môj projekt páči a že by ste si užili hranie so stavbou.