Capacimetru cu funcție de autoscalare și afișaj LCD

Un capacimetru este un dispozitiv util oricărui electronist. Mai ales că funcția de măsurare a capacității pe care o posedă unele multimetre ieftine lasă de dorit. Folosind o placă de dezvoltare compatibilă cu Arduino, am decis să-mi construiesc propriul capacimetru, în special pentru condensatori de valoare mare. Programul ce rulează pe microcontroller va încărca și descărca condensatorul și va măsura constanta de timp pentru a determina capacitatea. Sunt două metode prin care poate fi apreciată valoarea capacității unui condensator: prin includere într-un oscilator L-C cu inductor de mărime cunoscută și măsurarea frecvenței acestui oscilator sau prin includerea într-un circuit R-C serie cu rezistor de mărime cunoscută și măsurarea constantei de timp. Prima metodă este utilă pentru măsurarea capacităților mici, dar este mai greu de implementat, deoarece necesită mai multe componente și un software mai complex.

Proiectul din acest articol folosește metoda cu circuit RC. Când o tensiune este aplicată unui circuit serie rezistor - condensator, tensiunea la bornele condensatorului tinde să ajungă la nivelul tensiunii de alimentare în timp (condensatorul se încarcă). Modificarea tensiunii la bornele condensatorului se face prin consum de curent. Circuitul prezentat realizează atât încărcarea, cât și descărcarea condensatorului. Măsurarea constantei de timp se face doar în timpul încărcării. Funcția de descărcare permite efectuarea de măsurări repetate, și precise, fără a scoate condensatorul din circuitul RC.

Capacimetrul construit pe o placă de test

Amplificator audio de 10 W cu tranzistoare

Amplificatorul prezentat în continuare este un circuit clasic, construit cu componente uzuale și tranzistoare de putere în etajul final. Poate furniza până la 10 W pe sarcină de 4 ohmi când primește un semnal de intrare de 500 mVp-p. Impedanța de intrare este cel puțin 100 kilo-ohmi. Coeficientul de distorsiuni armonice neliniare este sub 1 %. Amplificatorul va fi alimentat de la o sursă de 24 volți.

Tranzistoarele din etajul final trebuie să poată susține un curent de colector de cel puțin 2 A și să disipe minimum 20 W. Se recomandă utilizarea de perechi BD237 cu BD238 sau BD437 cu BD438. Celelalte tranzistoare sunt de uz general, tip BC547, BC171, 2N2222, S8050, 2N3904 și variantele lor complementare BC557, BC177, 2N2907, S8550, 2N3906. Nu au toate acceași ordine a pinilor, așa că verifică datasheet-ul înainte de a face o substituire (placa de circuit este proiectată pentru BC547/BC557). Tranzistoarele care acționează etajul final trebuie să fie, la fel ca cele din acest etaj, complementare și cu factor de amplificare similar. Se recomandă testarea lor (majoritatea multimetrelor au funcție de măsurare hFE) și alegerea perechilor cu hFE similar. Dacă nu le poți testa, alege subtipul potrivit (nu folosi BC547B cu BC557C, pentru că au factor de amplificare diferit).

Amplificator audio de 10 W cu tranzistoare (fără radiator)

Comutator electronic de antenă cu diode PIN

Dioda PIN este o diodă semiconductoare care conține o zonă de semiconductor i între zonele p și n. Are proprietatea de a își modifica rezistența internă în funcție de polarizare. Datorită capacității proprii foarte mici, la frecvențe înalte, o diodă PIN se comportă ca o rezistență variabilă, în funcție de nivelul și polaritatea tensiunii aplicată. Polarizată invers, dioda are o rezistență mare, de ordinul kilo-ohmilor. Aceste proprietăți fac diodele PIN potrivite pentru comutarea semnalelor de radiofrecvență.

Dispozitivul prezentat în continuare comută două antene. Este util în multe situații. Putem avea o antenă pentru banda VHF și una pentru UHF, sau putem avea două antene orientate în direcții diferite. Comutarea se face prin cablul de semnale de la antene la receptor, fără a induce pierderi semnificative de semnal. O tensiune continuă, mică, este aplicată diodelor, prin cablul coaxial, pentru a le polariza pe rând. Alegerea diodei se face prin inversarea polarității acestei tensiuni.

Utilizare afișaj multiplexat cu 7 segmente cu Arduino

Afișajele cu 7 segmente sunt utilizate pe scară largă la ceasuri, aparate de măsură și alte dispozitive care afișează informații numerice. Segmentele afișajului, care sunt de cele mai multe ori formate din LED-uri, sunt aprinse coordonat în diverse combinații ce reprezintă numere arabe. Afișajele cu 7 segmente sunt cel mai ușor de procurat, fiind și mai ieftine în comparație cu alte tipuri.

În articolul anterior am arătat cum se conectează un astfel de display la un microcontroller (MCU). Pe scurt, un afișajul necesită rezistoare limitatoare de curent pe LED-urile aferente segmentelor și drivere cu tranzistori pe liniile comune unei cifre. În articolul prezent, voi identifica pinii unui display, îl voi conecta la o placă Arduino pe breadboard și voi scrie codul pentru afișarea de valori numerice.

Conectare afișaj cu 7 segmente și 4 cifre la microcontroller

Afișajele cu 7 segmente sunt utilizate pe scară largă la ceasuri, aparate de măsură și alte dispozitive care afișează informații numerice. Segmentele afișajului, care sunt de cele mai multe ori formate din LED-uri, sunt aprinse coordonat în diverse combinații ce reprezintă numere arabe. Pot afișa doar un set restrâns de caractere, deoarece forma afișată este compusă din numai 7 elemente.

Afișajele cu 7 segmente sunt cel mai ușor de procurat, fiind și mai ieftine în comparație cu alte tipuri. Se găsesc pe piață inclusiv module cu afișaj cu 7 segmente și 4, 8 sau mai multe cifre. Aceste module includ un driver pentru afișaj, care primește informația numerică ce va fi afișată de la un microcontroller (MCU) printr-o interfață serială (SPI, I2C). Câteva exemple de astfel de drivere sunt: MAX7219, TM1637 și TM1638. Ultimele două includ suport pentru citirea apăsărilor unor butoane, deci pot fi utilizate la proiectarea unor panouri frontale cu afișaj și butoane.

Tehnica lipiturilor în electronică

Lipirea în electronică are rolul de a îmbina (electric și mecanic) piese metalice, la cald, cu ajutorul unui metal de adaos în stare topită (numit aliaj de lipit), având temperatura de topire inferioară aceleia a pieselor de lipit care se umezesc, dar nu participă prin topire la formarea îmbinării. Diferența între lipire și sudură este aceea că, la sudură are loc procesul de topire a metalelor ce vor fi îmbinate.

Cel mai folosit instrument pentru lipituri în electronică este ciocanul de lipit (letconul). Acesta este compus dintr-o tijă (vârful de lipit) cu diametrul între 6 și 10 mm și lungime între 100 și 150 mm. Un element de încălzire (rezistență electrică de Ni-Cr) se află în contact termic printr-un strat de azbest sau micanită cu tija. Acest strat asigură de asemenea izolarea electrică între elementul de încălzire și vârful letconului. Letconul trebuie să atingă temperatura de lucru repede, de regulă în mai puțin de 100 de secunde. Temperatura vârfului nu este liniar dependentă de putere, fiind mai mult un parametru ales în funcție de tipul și destinația letconului. Cantitatea de energie termică ce poate fi transferată pieselor metalice cu care intră în contact este variabilă, direct proporțional cu puterea electrică. Deci, puterea letconului se alege în funcție de mărimea elementelor de lipit și cantitatea de aliaj necesară realizării lipiturii.