בודק דיודות Arduino Zener: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

בודק דיודות הזנר נשלט על ידי Arduino Nano. בודק מודד פירוט מתח זנר עבור דיודות מ 1.8V ל 48V. הספק ההפצה של דיודות נמדדות יכול להיות בין 250mW לכמה וואט. המדידה פשוטה, פשוט חברו דיודה ולחצו על כפתור START.

Arduino Nano מחברים בהדרגה את טווח המתחים מלמעלה לגבוה יותר, בארבעה שלבים. עבור כל שלב, הזרם נבדק באמצעות דיודת זנר הנמדדת. אם הזרם עולה על ערך אפס (לא אפס), זה אומר: מתח זנר זוהה. במקרה זה מתח מוצג למשך זמן מסוים (מותאם על ידי תוכנה ל -10 שניות) והמדידה נעצרת. הזרם בכל שלב קבוע בכל המתחים בטווח זה ויורד על ידי הגדלת מספר הצעדים - טווח המתחים.

כדי לשמור על פיזור הספק במתח גבוה יותר, יש להפחית את הזרם בטווח זה. הטסטר מיועד למדידת דיודות מ- 250mW ו- 500mW. ניתן למדוד דיודות זנר בעלות הספק גבוה יותר באותה הדרך, אך ערך המתח הנמדד נמוך בכ -5%.

אזהרה: אנא היזהר מאוד. בפרויקט זה נעשה שימוש במתח גבוה 110/220V. אם אינך מכיר את הסיכון לגעת במתח הראשי, אל תנסה את המדריך הזה!

שלב 1: דיודת זנר

דיודת זנר היא סוג מיוחד של דיודה המשמשת בעיקר במעגלים כמו רכיב מתח התייחסות או ווסת מתח. בכיוון המתח קדימה I-V מאפיינים זהים לדודה למטרות כלליות. ירידת מתח היא בערך 0.6V. מוטה בכיוון ההפוך, יש נקודה, שבה הזרם עולה בחדות רבה - מתח התמוטטות. מתח זה מכונה מתח זנר. בשלב זה, דיודת זנר המחוברת ישירות לאספקת החשמל עם פלט מתח קבוע תישרף מיד. זו הסיבה מדוע הזרם דרך דיודת זנר חייב להיות מוגבל על ידי הנגד.

מאפייני I-V מוצגים בתמונה. כל סוג של דיודת זנר מגדיר ערך נוכחי שבו מצוין מתח הזנר הנכון. (ניתן לשנות מעט מתח זה על ידי הגדלת הזרם). זרם אופייני לדיודות עם פיזור הספק כ -250 עד 500mW, הוא 3 עד 10mA ותלוי בערך המתח.

מתח התמוטטות יציב יחסית לטווח זרמים רחב והוא אופייני ושונה עבור כל דיודה. הערך שלה יכול להיות בין 2V למעל 100V. דיודות זנר, המשמשות בעיקר במעגלים רגילים מעשיים, מצוינות במתח נמוך מ- 50V.

שלב 2: חלקים

רשימת חלקים משומשים:

• מארז מ- OKW, סוג OKW 9408331
• מתאם Hi-Link AC/DC 220V/12V, 2 יחידות, eBay
• מתאם Hi-Link AC/DC 220V/5V, 2 יחידות, eBay
• מתאם AC/DC 220V/24V 150mA, eBay
• ארדואינו ננו, באנגגוד
• קבלים M1 2 יחידות, M33 1 יחידות, חנות מקומית
• דיודות 1N4148 5 יחידות, בנגגוד
• IC1, LM317T, גרסת מתח גבוה, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• טרנזיסטורים 2N222 5 יחידות, בנגגוד
• ממסר 351, 5V, 4 יחידות, eBay
• ממסר קנים, 5V, eBay
• נגדים 33R, 470R, 1k 4pcs, 4.7k, 10k, 15k 2pcs, חנות מקומית
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2 יחידות, eBay
• בלוק מסוף בורג, בנגגוד
• מחבר מולקס 2 פינים, בנגגוד
• מחבר מולקס 3 פינים, בנגגוד
• מתג מיני ראשי קטן, eBay
• תצוגת LED 0-100V, 3 שורות, eBay
• כניסת תקע חשמל, eBay
• מסוף שמע קפיץ, eBay
• מיקרו -מתג וכפתור, Banggood
• LED 3 מ"מ ירוק ואדום, 2 יחידות, בנגגוד
• נתיך 0.5A ומחזיק נתיכים 5x20 מ"מ, eBay
• כבל חשמל ראשי למכשירים קטנים

כלים:

• מקדחה
• מלחם
• אקדח חום
• אקדח דבק חם להיתוך
• חוט חשמל וחותך
• סט מברגים
• סט צבת
• מולטימטר

רשימת החלקים המפורטת נמצאת כאן:

שלב 3: תיאור המעגל

תיאור המעגל עיין בתרשים החיבור המצורף:

בצד שמאל, יש חלק במתח גבוה. בלוק מסוף לחיבור 220V וכל חמשת מתאמי AC/DC. מתאמים מספקים מתח מדידה בארבעה שלבים - טווחים: 12V, 24V, 36V, 48V.

המודולים 5VA ו- 5VB מוקדשים עבור MCU Arduino Nano ו- Digital Led Voltmeter. מודולים 12VA מספקים את הטווח הראשון 12V והמודול 12VB מוסיפים עוד ערך 12V לערך הטווח השני 24V. המודול הבא 24V הוסף עוד 24V לסיכום מתח הטווח הרביעי 48V. בתוך המודול האחרון של 24V יש מעגל וויסות 12V, המספק 12V כערך הטווח השלישי ל- 36V. פתרון זה היה הכרחי מכיוון שגודל הלוח אינו מאפשר להרכיב עליו שישה מודולים.

בחלק האמצעי ממוקם IC1 LM317. IC1 חייב להיות בגרסה למתח גבוה יותר (50V). הוא מחובר כמעגל ווסת זרם קבוע ומספק זרם קבוע לאורך כל הטווח של כל שלב מתח. זרם זה יציב בטווח אחד, אך שונה בכל שלב. הערכים ניתנים להתאמה והם 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). ערכים נבחרים כגבול עליון של דיודה עם הספק של 250mW והם מספיק טובים עבור דיודות חזקות יותר.

משני צידי IC1 ממסרים המחוברים את שלב המתח הנכון לקלט שלו ואת הנגד הגוזם הנכון לפלט שלו. נגד הגוזם מציין את ערך הזרם ביציאה וזרם זה מוזר לדיודת זנר הנמדדת באמצעות הנגד R14. הזרם נבדק על הנגד הזה על ידי Arduino. מחלק המתח R1, R2 לוקח מדגם מופחת של מתח ב- R2 וחבר אותו לפין אנלוגי A1.

GND קרקע אנלוגי נפוץ לכל מתאמי המתח, מתאם מד מתח דיגיטלי ו- IC1. היזהר, יש עוד קרקע דיגיטלית עבור Arduino והמתאם שלה. קרקע דיגיטלית נחוצה עבור Arduino והקלט האנלוגי שלה כנקודת התייחסות למדידה.

יציאות דיגיטליות של Arduino D4 עד D7 ממסרי בקרה עבור כל שלב, D8 control voltmeter דיגיטלי ו- D9 control ERROR הובילו בצבע אדום. LED ERROR דולק אם לא זוהה זרם בשלב כלשהו. במקרה זה דיודת זנר יכולה להיות עם מתח זנר גבוה יותר כמו 48V, או יכולה להיות פגומה (פתוחה). אם קיים קצר במסופים מרתקים, ה- ERROR אינו מופעל והמתח המזוהה קטן מאוד, נמוך מ- 1V.

לאחר שסיימתי את הפרויקט החלטתי להוסיף עוד לד - POWER, כי אם מד המתח כהה (כבוי), לא ברור אם המכשיר עצמו מופעל או כבוי. Led Power מחובר בסדרה עם הנגד 470 בין נקודות מחוץ למחשב הלוח, מ- Start X3-1 ועד Zener X2-1. הנגד מותקן על לוח קטן עם כפתור לחיצה.

שלב 4: בנייה

כקופסה לפרויקט, השתמשתי במארז OKW, שנמצא בחנות חלקי אלקטרוניקה ישנה. קופסה זו עדיין זמינה ב- OKW כמארז מסוג מעטפת. הקופסה לא מתאימה במיוחד מכיוון שהיא קטנה מדי ללוח, אך שדרוג כלשהו של הקופסה עצמה וה- PCB מאפשרים להכניס את כל החלקים פנימה. PCB תוכנן ב- Eagle כגודל מקסימלי לגרסה חינמית 8x10 ס מ. ברגע הראשון נראה שאי אפשר לשים את כל הרכיבים על הסיפון, אבל לבסוף הצלחתי.

שדרוג התיבה דורש להסיר חלק מחלקי הפלסטיק בפנים ומייצג ברגים. שדרוג חלקים דורש שינוי קופסת פלסטיק עבור מד מתח דיגיטלי, וקיצוץ עגול בשתי פינות, ליד מחברי שגיאה וחשמל ראשי. ניתן לראות שדרוגים בתמונות. דבר חשוב הוא להפוך חלון למד וולטר קרוב ככל האפשר לקצה התיבה. כפתור ההתחלה START ממוקם על לוח קטן ומורכב עם זווית מתכת.

חלונות וחורים בכריכה העליונה מיוצרים עבור מד מתח דיגיטלי, כפתור לחיצה, מסוף קפיץ, שגיאת LED, מתח LED ומחבר Arduino Nano USB. בחלק התחתון יש נתק למתג הפעלה וכניסת תקע חשמל. מד מתח דיגיטלי ומתג הפעלה קבועים במקום על ידי דבק חם. באותה הדרך קבועים שני מחווני הדיודה לד 3 מ מ.

דיודה נמדדת מחוברת, לא באופן אופייני במיוחד, באמצעות מחבר קפיץ שמע. חיפשתי חיבור פשוט ומהיר. נראה כי פתרון זה הוא הטוב ביותר.

לאחר הלחמת כל הרכיבים על הלוח, בידתי שני מסילות 220V בחלק התחתון, על ידי אקדח דבק חם. חוטים המובילים מהלוח למתג ההפעלה ולכניסת תקע החשמל מבודדים על ידי צינורות מתכווצים בחום. בצע את זה בזהירות, לא צריך להיות חוט חשמלי או מסלול של 220V חשוף. PCB קבוע במקום על ידי מרווחי גומי דבקים, המונעים ממנו לזוז אנכי.

על הלוח הקדמי יש הדפסת תוויות על נייר צילום דביק. התווית נעשית ב- Paint, שהוא כלי באביזרים של Windows 10. כלי זה מתאים לייצור תוויות מכשירים, מכיוון שניתן לעשות את התווית בדיוק בגודל האמיתי.

PCB תוכנן על ידי תוכנת חינם Eagle. הלוח הוזמן בחברת JLCPCB במחיר טוב. אין שום סיבה לעשות את זה בבית. אני ממליץ להזמין את הלוח ומסיבה זו מצורף רוכסן גרבר. קוֹבֶץ.

שלב 5: תכנות והגדרה

תוכנת Arduino - מצורף קובץ ino. אני מנסה לתעד את כל חלקי הקוד העיקריים ומקווה שהוא מובן יותר מהאנגלית שלי. מה שצריך להסביר מהקוד הוא הפונקציה "שירות". זהו מצב שירות ויכול לשמש להגדרת מכשיר אם אתה מחליף אותו בפעם הראשונה.

הפונקציה לקריאת "readCurrent" הנוכחית הוכנסה לקוד כדי למנוע קריאה אקראית של זרם אקראי. בפונקציה זו, הקריאה מתבצעת עשר פעמים והערך המרבי נבחר מתוך עשרה ערכים. הערך המקסימלי של הזרם נלקח כדוגמא לקלט אנלוגי של Arduino.

במצב שירות אתה יכול להתאים ארבעה נגדים מתכווננים R4 ל- R7. כל גוזם אחראי לזרם בטווח מתח אחד. R4 עבור 12V, R5 עבור 24V, R6 עבור 36V ו- R7 עבור 48V. במצב זה המתחים המוזכרים מוצגים בהדרגה במסופי הפלט ומאפשרים להתאים את ערך הזרם הנדרש (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

כדי להיכנס למצב שירות לחץ על START רק לאחר הפעלת המכשיר תוך 2 שניות. השלב הראשון (12V) מופעל וה- ERROR מהבהב פעם אחת. עכשיו הגיע הזמן להתאים את הזרם. אם הזרם מותאם, הפעל את השלב הבא (24V) על ידי לחיצה נוספת על START. LED ERROR מהבהב פעמיים. חזור על השלבים הבאים באותה הדרך, באמצעות לחצן START. צא ממצב השירות על ידי לחצן START. בכל פעם, הרגע הטוב ביותר ללחיצה על START הוא הזמן אם ERROR LED כהה לאחר סדרות מהבהובים.

ההתאמה הנוכחית מתבצעת על ידי חיבור כל דיודה זנר עם מתח סביב טווח האמצע, עבור טווח 12V זה צריך להיות 6 עד 7V דיודה. דיודה זנר זו חייבת להיות מחוברת בסדרה עם מד או מולטימטר. ערך המתואם של הזרם לא צריך להיות מדויק, מינוס 15% עד פלוס 5% זה בסדר.

שלב 6: מסקנה

הפתרון המוצג למדידת דיודות זנר על ידי Arduino הוא חדש לגמרי. עדיין יש כמה חסרונות, כמו אספקת חשמל 220V, מד וולט מד ומתח מקסימלי נמדד 48V. ניתן לשפר את המכשיר בחולשות שהוזכרו. אני במקור מתכנן להפעיל אותו באמצעות סוללה, אך הפעלת Arduino ומתח גבוה למדי יחסית עם ממיר מתח אחד או יותר דורשים סוללה גדולה והמכשיר יהיה גדול יותר.

יש הרבה בודקי רכיבים טובים מאוד בשוק. הם יכולים לבדוק את כל סוגי הטרנזיסטורים, דיודות, מוליכים למחצה אחרים ורכיבים פסיביים רבים, אך מדידת מתח זנר היא בעייתית בגלל מתח הסוללה הקטן. אני מקווה שאתה נהנה מהפרויקט שלי ושתהנה לשחק בבנייה.