Arduino Zener Diode Tester - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Zener Diode Tester wordt bestuurd door Arduino Nano. Tester meet doorslag Zenerspanning voor diodes van 1.8V tot 48V. Het dissipatievermogen van gemeten diodes kan variëren van 250mW tot enkele Watts. Meten is eenvoudig, sluit de diode aan en druk op de knop START.

Arduino Nano verbindt geleidelijk het bereik van spanningen van lager naar hoger, in vier stappen. Voor elke stap wordt de stroom gecontroleerd via de gemeten zenerdiode. Als de stroom hoger is dan de nulwaarde (niet nul), betekent dit: Zenerspanning is gedetecteerd. In dit geval wordt de spanning gedurende een bepaalde tijd weergegeven (softwarematig ingesteld op 10 seconden) en wordt de meting gestopt. De stroom in elke stap is constant door alle spanningen in dat bereik en neemt af door het stapnummer te verhogen - spanningsbereik.

Om de vermogensdissipatie voor hogere spanningen te behouden, moet de stroom in dit bereik worden verminderd. Tester is ontworpen om diodes van 250mW en 500mW te meten. Zenerdiodes met een hoger vermogen kunnen op dezelfde manier worden gemeten, maar de gemeten spanningswaarde is ongeveer 5% lager.

WAARSCHUWING: Wees zeer voorzichtig. In dit project is gebruik gemaakt van hoogspanning 110/220V. Als u niet bekend bent met het risico van het aanraken van de netspanning, probeer deze Instructable dan niet!

Stap 1: Zenerdiode

De zenerdiode is een speciaal type diode dat voornamelijk wordt gebruikt in circuits zoals een referentiespanningscomponent of een spanningsregelaar. In voorwaartse spanningsrichting zijn de I-V-karakteristieken hetzelfde als een diode voor algemeen gebruik. Spanningsval is ongeveer 0,6V. Vooringenomen in omgekeerde richting, is er een punt waar de stroom zeer sterk toeneemt - doorslagspanning. Deze spanning wordt Zenerspanning genoemd. Op dit punt zou de zenerdiode die rechtstreeks op de voeding is aangesloten met een constante uitgangsspanning, onmiddellijk branden. Dit is de reden waarom stroom door zenerdiode moet worden beperkt door een weerstand.

IV-kenmerken worden weergegeven op de foto. Elk type zenerdiode definieert de huidige waarde waarbij de juiste zenerspanning is gespecificeerd. (Deze spanning kan enigszins worden gewijzigd door de stroom te verhogen). Typische stroom voor diodes met een vermogensdissipatie van ongeveer 250 tot 500 mW, is 3 tot 10 mA en is afhankelijk van de spanningswaarde.

Doorslagspanning is relatief stabiel voor een breed scala aan stromen en is typisch en verschillend voor elke diode. De waarde kan variëren van ongeveer 2V tot meer dan 100V. Zenerdiodes, die meestal worden gebruikt in praktisch gebruikelijke circuits, worden gespecificeerd met spanningen van minder dan 50V.

Stap 2: Onderdelen

Lijst met gebruikte onderdelen:

• Behuizing van OKW, Shell-type OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC-adapter 220V/12V, 2 stuks, eBay
• Hi-Link AC/DC-adapter 220V/5V, 2st, eBay
• AC/DC-adapter 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Condensatoren M1 2st, M33 1pc, lokale winkel
• Diodes 1N4148 5st, Banggood
• IC1, LM317T, hoogspanningsversie, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistors 2N222 5st, Banggood
• Relais 351, 5V, 4st, eBay
• Reed relais, 5V, eBay
• Weerstanden 33R, 470R, 1k 4st, 4.7k, 10k, 15k 2st, lokale winkel
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2st, eBay
• Schroefklemmenblok, Banggood
• Connector Molex 2-pins, Banggood
• Connector Molex 3-pins, Banggood
• Kleine mini-hoofdschakelaar, eBay
• LED-display 0-100V, 3-regelig, eBay
• Stekkeringang, eBay
• Audio veerterminal, eBay
• Microschakelaar en knop, Banggood
• LED 3mm groen en rood, 2st, Banggood
• Zekering 0,5A en zekeringhouder 5x20mm, eBay
• Netsnoer voor kleine instrumenten

Gereedschap:

• Boormachine
• Soldeerbout
• Hitte geweer
• Hotmelt lijmpistool
• Draadstripper en snijder
• Schroevendraaier set
• Tangenset
• Multimeter

Gedetailleerde lijst van onderdelen is hier:

Stap 3: Circuitbeschrijving

Circuitbeschrijving verwijzen naar bijgevoegd aansluitschema:

Aan de linkerkant bevindt zich een hoogspanningsgedeelte. Aansluitblok voor 220V-aansluiting en alle vijf AC/DC-adapters. Adapters leveren meetspanningen in vier stappen - bereiken: 12V, 24V, 36V, 48V.

Modules 5VA en 5VB zijn bedoeld voor MCU Arduino Nano en digitale led-voltmeter. Modules 12VA leveren het eerste bereik 12V en module 12VB voegt nog eens 12V toe aan het tweede bereik van 24V. De volgende module 24V voegt nog eens 24V toe om de spanning van het vierde bereik van 48V op te tellen. In de laatste 24V-module bevindt zich een 12V-regelaarcircuit, dat 12V als derde bereikwaarde tot 36V levert. Deze oplossing was nodig omdat de grootte van het bord niet toestond dat er zes modules op werden gemonteerd.

In het middelste gedeelte bevindt zich IC1 LM317. IC1 moet in versie zijn voor hogere spanning (50V). Het is aangesloten als een constant stroomregelaarcircuit en levert een constante stroom door het hele bereik van elke spanningsstap. Deze stroom is stabiel in één bereik, maar verschillend in elke stap. De waarden zijn instelbaar en zijn 20mA (12V), 10mA(24V), 7mA(36V), 5mA(48V). Waarden zijn gekozen als bovengrenzen voor diodes met een vermogen van 250 mW en zijn goed genoeg voor krachtigere diodes.

Aan weerszijden van IC1 zitten relais, die de juiste spanningsstap op de ingang en de rechter trimmerweerstand op de uitgang hebben aangesloten. Trimmerweerstand specificeert de huidige waarde op de uitgang en deze stroom wordt via weerstand R14 naar de gemeten zenerdiode gevoerd. De stroom wordt op deze weerstand gecontroleerd door Arduino. Spanningsdeler R1, R2 neemt een gereduceerde spanning op R2 en sluit deze aan op analoge pin A1.

Analoge aarde GND is gebruikelijk voor alle spanningsadapters, digitale voltmeteradapters en IC1. Wees voorzichtig, er is een andere grond, digitaal voor Arduino en zijn adapter. Digitale aarde is nodig voor Arduino en zijn analoge ingang als meetreferentiepunt.

Arduino digitale uitgangen D4 tot D7 controlerelais voor elke stap, D8 controle Digitale voltmeter en D9 controle ERROR led in rode kleur. ERROR-led brandt als er in geen enkele stap stroom wordt gedetecteerd. In dit geval kan de Zenerdiode een hogere Zenerspanning hebben als 48V, of defect zijn (open). Als er kortsluiting is bij de meetklemmen, wordt de ERROR-led niet geactiveerd en is de gedetecteerde spanning erg klein, lager dan 1V.

Nadat ik het project had voltooid, besloot ik nog een led toe te voegen - POWER, want als de voltmeter donker is (uit), is het niet erg duidelijk of het instrument zelf aan of uit is. Led Power is in serie geschakeld met weerstand 470 tussen punten buiten PCB, van Start X3-1 tot Zener X2-1. Weerstand is gemonteerd op klein bord met drukknop.

Stap 4: constructie

Als doos voor het project heb ik behuizing OKW gebruikt, gevonden in een oude winkel voor elektronische onderdelen. Deze doos is nog steeds verkrijgbaar bij OKW als behuizing van het schaaltype. De doos is niet erg geschikt omdat hij te klein is voor het bord, maar door een upgrade van de doos zelf en de PCB kunnen alle onderdelen erin worden geplaatst. PCB is ontworpen in Eagle als maximale grootte voor gratis versie 8x10cm. Op het eerste moment lijkt het onmogelijk om alle componenten aan boord te krijgen, maar uiteindelijk is het me gelukt.

Box-upgrade vereist het verwijderen van enkele plastic onderdelen aan de binnenkant en staat voor schroeven. Voor het upgraden van onderdelen moet de plastic doos voor de digitale voltmeter worden aangepast en moet er een ronde uitsparing worden gemaakt op twee hoeken, in de buurt van de fout- en hoofdstroomconnectoren. Upgrades zijn zichtbaar op foto's. Belangrijk is om het venster voor de voltmeter zo dicht mogelijk bij de rand van de doos te maken. Drukknop START bevindt zich op een klein bord en is gemonteerd met een metalen hoek.

Ramen en gaten op de bovenklep zijn gemaakt voor digitale voltmeter, drukknop, veerklem, LED Error, LED Power en USB Arduino Nano-connector. Op het onderste deel is er een uitsparing voor de stroomschakelaar en de stroomstekkeringang. Digitale voltmeter en aan / uit-schakelaar worden op hun plaats bevestigd door smeltlijm. Op dezelfde manier zijn beide led-diode-indicatoren van 3 mm bevestigd.

De gemeten diode is, niet erg typisch, aangesloten via een audioveerconnector. Ik was op zoek naar een eenvoudige en snelle verbinding. Deze oplossing lijkt de beste.

Nadat alle componenten op het bord zijn gesoldeerd, heb ik twee 220V-sporen op het onderste gedeelte geïsoleerd met een smeltlijmpistool. Draden die van het bord naar de aan/uit-schakelaar en naar de voedingsstekker lopen, zijn geïsoleerd door krimpkous. Doe het voorzichtig, er mogen geen blootgestelde 220V-draad of koperen rails zijn. De PCB wordt op zijn plaats bevestigd door zelfklevende rubberen afstandhouders, waardoor deze niet verticaal kan bewegen.

Op het voorpaneel is er een labelprint op zelfklevend fotopapier. Label wordt gedaan in Paint, een hulpmiddel in Windows 10-accessoires. Deze tool is geschikt voor het maken van instrumentlabels, omdat het label precies op ware grootte kan worden gemaakt.

PCB is ontworpen door gratis software van Eagle. Het bord is voor een goede prijs besteld bij JLCPCB company. Er is geen enkele reden om het thuis te doen. Ik raad aan om het bord te bestellen en om deze reden is de Gerber-ritssluiting bevestigd. het dossier.

Stap 5: Programmeren en instellen

Arduino-software - ino-bestand is bijgevoegd. Ik probeer alle hoofdonderdelen van de code te documenteren en hoop dat het beter te begrijpen is dan mijn Engels. Wat uit de code moet worden verklaard, is de functie "service". Het is de servicemodus en kan worden gebruikt voor het instellen van het instrument als u het voor de eerste keer verandert.

Functie voor het lezen van de huidige "readCurrent" is in de code geïntroduceerd om onbedoelde willekeurige stroomuitlezing te voorkomen. In deze functie wordt tien keer uitgelezen en wordt de maximale waarde gekozen uit tien waarden. De maximale stroomwaarde wordt als voorbeeld genomen voor de analoge ingang van Arduino.

In de servicemodus stel je vier instelbare weerstanden R4 in op R7. Elke trimmer is verantwoordelijk voor de stroom in één spanningsbereik. R4 voor 12V, R5 voor 24V, R6 voor 36V en R7 voor 48V. In deze modus worden de genoemde spanningen geleidelijk gepresenteerd aan de uitgangsklemmen en kunnen ze de vereiste stroomwaarde aanpassen (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Om naar de servicemodus te gaan, drukt u op START net nadat u het instrument binnen 2 seconden hebt ingeschakeld. De eerste stap (12V) is geactiveerd en de ERROR-led knippert één keer. Nu is het tijd om de stroom aan te passen. Als de stroom is aangepast, activeer dan de volgende stap (24V) door opnieuw op START te drukken. ERROR-led knippert twee keer. Herhaal de volgende stappen op dezelfde manier, met de START-knop. Verlaat de servicemodus met de START-knop. In elke tijd is het beste moment om op START te drukken de tijd als de led ERROR donker is na een reeks knipperingen.

De huidige aanpassing wordt gedaan door een Zener-diode aan te sluiten met een spanning rond het middenbereik, voor het 12V-bereik moet dit een 6 tot 7V-diode zijn. Deze Zenerdiode moet in serie worden geschakeld met een ampèremeter of multimeter. De aangepaste stroomwaarde zou niet precies moeten zijn, min 15% tot plus 5% is OK.

Stap 6: Conclusie

Gepresenteerde oplossing voor het meten van Zener-diodes door Arduino is volledig nieuw. Er zijn nog wel wat nadelen, zoals voeding 220V, Led voltmeter en maximaal gemeten spanning 48V. Het instrument kan op de genoemde zwakke punten worden verbeterd. Ik ben oorspronkelijk van plan om het met een batterij van stroom te voorzien, maar voor het aandrijven van Arduino en relatief hoge meetspanning met een of meer step-up spanningsomvormers is een grote batterij nodig en het instrument zou groter zijn.

Er zijn veel zeer goede componententesters op de markt. Ze kunnen alle soorten transistors, diodes, andere halfgeleiders en veel passieve componenten testen, maar het meten van de Zener-spanning is problematisch vanwege de kleine batterijspanning. Ik hoop dat je geniet van mijn project en een leuke tijd zou hebben om met constructie te spelen.