Provador de díodes Arduino Zener: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El provador de díodes Zener està controlat per Arduino Nano. Tester de mesura de la tensió Zener per a díodes de 1,8V a 48V. La potència de dissipació dels díodes mesurats podria ser de 250 mW a uns pocs watts. La mesura és senzilla, només cal connectar el díode i prémer el botó INICI.

Arduino Nano connecta gradualment el rang de tensions de menor a major, en quatre passos. Per a cada pas, es comprova el corrent mitjançant el díode Zener mesurat. Si el corrent és superior al valor zero (no zero), vol dir que s’ha detectat la tensió Zener. En aquest cas, es mostra el voltatge durant un cert temps (ajustat pel programari a 10 segons) i la mesura s’atura. El corrent en cada pas és constant a través de totes les tensions d’aquest rang i disminueix augmentant el nombre de passos - rang de tensió.

Per mantenir la dissipació de potència per a tensions més altes, cal reduir el corrent en aquest rang. El provador està dissenyat per mesurar díodes de 250 i 500 mW. Els díodes Zener amb una potència més alta es podrien mesurar de la mateixa manera, però el valor de la tensió mesurada és inferior durant aproximadament un 5%.

ADVERTÈNCIA: Tingueu molt de compte. En aquest projecte s'utilitza alta tensió 110 / 220V. Si no esteu familiaritzat amb el risc de tocar la tensió principal, no proveu aquest instructiu.

Pas 1: díode de Zener

El díode Zener és un tipus especial de díode que s’utilitza principalment en circuits com a component de tensió de referència o regulador de tensió. En la direcció de tensió directa I-V les característiques són les mateixes que el díode d’ús general. La caiguda de tensió és d’uns 0,6 V. Esbiaixat en sentit invers, hi ha un punt, on el corrent augmenta molt bruscament: la tensió de ruptura. Aquesta tensió es coneix com tensió Zener. En aquest punt, el díode Zener connectat directament a la font d'alimentació amb sortida de tensió constant es cremaria immediatament. Aquesta és la raó per la qual el corrent a través del díode Zener ha de ser limitat per la resistència.

Les característiques I-V es mostren a la imatge. Cada tipus de díode Zener defineix el valor de corrent al qual s’especifica la tensió Zener correcta. (Aquesta tensió es pot canviar lleugerament augmentant el corrent). El corrent típic per a díodes amb dissipació de potència d’uns 250 a 500 mW, és de 3 a 10 mA i depèn del valor de la tensió.

El voltatge de ruptura és relativament estable per a una àmplia gamma de corrents i és típic i diferent per a cada díode. El seu valor podria ser d’uns 2V a més de 100V. Els díodes Zener, que s’utilitzen principalment en circuits habituals pràctics, s’especifiquen amb tensions inferiors a 50V.

Pas 2: parts

Llista de peces usades:

• Carcassa d’OKW, tipus Shell OKW 9408331
• Adaptador CA / CC Hi-Link 220V / 12V, 2 unitats, eBay
• Adaptador CA / CC Hi-Link 220V / 5V, 2 unitats, eBay
• Adaptador CA / CC 220V / 24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Condensadors M1 2pcs, M33 1pc, botiga local
• Diodes 1N4148 5 unitats, Banggood
• IC1, LM317T, versió d’alta tensió, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistors 2N222 5pcs, Banggood
• Relleu 351, 5V, 4 unitats, eBay
• Relleu Reed, 5V, eBay
• Resistències 33R, 470R, 1k 4pcs, 4.7k, 10k, 15k 2pcs, botiga local
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2pcs, eBay
• Bloc de bornes de cargol, Banggood
• Connector Molex 2pins, Banggood
• Connector Molex 3pins, Banggood
• Petit mini interruptor principal, eBay
• Pantalla LED 0-100V, 3 línies, eBay
• Entrada d’endoll, eBay
• Terminal de moll d’àudio, eBay
• Microinterruptor i botó, Banggood
• LED de 3 mm de color verd i vermell, 2 unitats, Banggood
• Fusible 0,5A i portafusibles 5x20mm, eBay
• Cable d'alimentació principal per a instruments petits

Eines:

• Trepant elèctric
• Soldador
• Pistola de calor
• Pistola de cola Hot Melt
• Decapant i tallador de filferro
• Conjunt de tornavisos
• Joc de tenalles
• Multímetre

La llista detallada de parts es troba aquí:

Pas 3: Descripció del circuit

La descripció del circuit fa referència al diagrama de connexió adjunt:

Al costat esquerre, hi ha una part d’alta tensió. Bloc de terminals per a la connexió de 220 V i els cinc adaptadors AC / DC. Els adaptadors proporcionen tensions de mesura en quatre passos: rangs: 12V, 24V, 36V, 48V.

Els mòduls 5VA i 5VB estan dedicats al voltímetre digital MCU Arduino Nano i digital. Els mòduls 12VA subministren el primer rang 12V i el mòdul 12VB afegeix un altre 12V al valor de segon rang 24V. El següent mòdul 24V afegeix un altre 24V per sumar el quart voltatge de 48V. Dins de l'últim mòdul de 24V hi ha un circuit regulador de 12V, que proporciona 12V com a tercer valor de gamma a 36V. Aquesta solució era necessària perquè la mida de la placa no permetia muntar-hi sis mòduls.

A la part central es troba IC1 LM317. IC1 ha d'estar en versió per a tensions més altes (50V). Està connectat com a circuit regulador de corrent constant i proporciona corrent constant durant tot el rang de cada pas de tensió. Aquest corrent és estable en un rang, però diferent en cada pas. Els valors són ajustables i són 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Els valors s’escullen com a límits superiors per a díodes de 250 mW de potència i són prou bons per a díodes més potents.

Als dos costats de l'IC1 hi ha relés, connectats el pas de tensió correcte a la seva entrada i la resistència de retallador dreta a la seva sortida. La resistència de tall especifica el valor de corrent a la sortida i aquest corrent s’alimenta al díode Zener mesurat mitjançant la resistència R14. Arduino comprova el corrent en aquesta resistència. El divisor de tensió R1, R2 pren una mostra reduïda de tensió a R2 i el connecta al pin analògic A1.

La terra analògica GND és comuna per a tots els adaptadors de voltatge, adaptador de voltímetre digital i IC1. Vés amb compte, hi ha una altra terra, digital per a Arduino i el seu adaptador. La terra digital és necessària per a Arduino i la seva entrada analògica com a punt de referència de la mesura.

Sortides digitals Arduino de relés de control D4 a D7 per a cada pas, control de D8 voltímetre digital i control de D9 led ERROR en color vermell. El led ERROR està encès si no es detecta corrent en cap pas. En aquest cas, el díode Zener pot tenir una tensió Zener superior a 48V, o pot ser defectuós (obert). Si hi ha un curtcircuit als terminals de mesura, el led ERROR no s’activa i el voltatge detectat és molt petit, inferior a 1V.

Després d'acabar el projecte, vaig decidir afegir un led més: POWER, perquè si el voltímetre és fosc (apagat), no queda molt clar si l'instrument està encès o apagat. Led Power està connectat en sèrie amb la resistència 470 entre punts fora del PCB, des de l’inici X3-1 fins a Zener X2-1. La resistència està muntada en un tauler petit amb polsador.

Pas 4: construcció

Com a caixa del projecte, he utilitzat el recinte OKW, que es troba a la botiga de peces electròniques antigues. Aquest quadre encara està disponible a OKW com a recinte de tipus shell. La caixa no és molt adequada perquè és massa petita per al tauler, però algunes actualitzacions de la caixa i del PCB permeten posar totes les parts a dins. El PCB es va dissenyar a Eagle com a mida màxima per a la versió gratuïta de 8x10cm. En el primer moment sembla impossible posar tots els components a bord, però finalment vaig tenir èxit.

L’actualització de la caixa requereix treure algunes parts de plàstic a l’interior i suposa cargols. L'actualització de les peces requereix modificar la caixa de plàstic per al voltímetre digital i fer un tall rodó a dues cantonades, a prop dels connectors d'alimentació d'error i principal. Les actualitzacions són visibles a les imatges. L’important és que la finestra del voltímetre sigui el més a prop possible a la vora de la caixa. El polsador START es troba en un tauler petit i està muntat amb angle metàl·lic.

Les finestres i els forats de la coberta superior estan fets per a voltímetre digital, polsador, terminal de molla, error LED, alimentació LED i connector USB Arduino Nano. A la part inferior hi ha un retall per a l’interruptor d’alimentació i la presa de corrent. El voltímetre digital i l’interruptor d’alimentació es fixen al seu lloc mitjançant cola de fusió en calent. De la mateixa manera es fixen els dos indicadors de díodes Led de 3 mm.

El díode mesurat està connectat, de manera poc habitual, mitjançant un connector de moll d’àudio. Buscava una connexió senzilla i ràpida. Aquesta solució sembla ser la millor.

Després de soldar tots els components del tauler, he aïllat dues pistes de 220 V a la part inferior, mitjançant una pistola de cola en calent. Els cables que condueixen des de la placa fins a l’interruptor d’alimentació i a l’entrada de l’endoll són aïllats per tubs termorretractables. Feu-ho amb cura, no hi hauria d’haver cap filferro de 220V ni cap pista de coper. El PCB es fixa al seu lloc mitjançant espaiadors adhesius de goma, que impedeixen el seu moviment vertical.

Al tauler frontal hi ha una impressió d’etiquetes en paper fotogràfic adhesiu. L’etiqueta es fa a Paint, que és una eina dels accessoris de Windows 10. Aquesta eina és adequada per fer etiquetes d’instruments, perquè l’etiqueta es pot fer exactament a mida real.

PCB està dissenyat pel programari lliure Eagle. El consell es va demanar a la companyia JLCPCB per un bon preu. No hi ha cap raó per fer-ho a casa. Us recomano demanar el tauler i per aquest motiu s'adjunta Gerber zip. dossier.

Pas 5: programació i configuració

Programari Arduino: s’adjunta el fitxer ino. Intento documentar totes les parts principals del codi i espero que sigui millor comprensible que el meu anglès. El que cal explicar a partir del codi és la funció "servei". És el mode de servei i es pot utilitzar per configurar l'instrument si el canvieu per primera vegada.

La funció per llegir el corrent "readCurrent" es va introduir al codi per evitar la lectura accidental de corrent aleatòria. En aquesta funció, la lectura es fa deu vegades i es tria un valor màxim entre deu valors. El valor màxim de corrent es pren com a mostra a l'entrada analògica d'Arduino.

En mode de servei, ajusteu quatre resistències ajustables R4 a R7. Cada retallador és responsable del corrent en un rang de tensió. R4 per a 12V, R5 per a 24V, R6 per a 36V i R7 per a 48V. En aquest mode, les tensions esmentades es presenten gradualment als terminals de sortida i permeten ajustar el valor requerit del corrent (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Per entrar al mode de servei, premeu INICI just després d’engegar l’instrument en un termini de 2 segons. El primer pas (12V) està activat i el led ERROR parpelleja una vegada. Ara és hora d’ajustar el corrent. Si s’ajusta el corrent, activeu el següent pas (24V) prement INICI de nou. El LED ERROR parpelleja dues vegades. Repetiu els passos següents de la mateixa manera, mitjançant el botó INICIA. Sortiu del mode de servei mitjançant el botó INICI. En cada moment, el millor moment per prémer INICI és el temps si l'error LED està fosc després d'una sèrie de parpelleigs.

L'ajust de corrent es realitza connectant qualsevol díode Zener amb tensió al voltant del rang mitjà, per al rang de 12V hauria de ser de 6 a 7V. Aquest díode Zener s’ha de connectar en sèrie amb amperímetre o multímetre. El valor del corrent ajustat no hauria de ser precís; el 15% més al 5% més està bé.

Pas 6: Conclusió

La solució presentada per mesurar els díodes Zener d’Arduino és completament nova. Encara hi ha alguns desavantatges, com ara la font d'alimentació de 220V, el voltímetre LED i el voltatge màxim mesurat de 48V. L’instrument es podria millorar en les debilitats esmentades. Originalment planejo alimentar-lo mitjançant bateria, però alimentar Arduino i una tensió de mesura relativament alta amb un o més convertidors de tensió intensificats requereixen una bateria gran i l’instrument tindria una mida més gran.

Hi ha molts provadors de components molt bons en un mercat. Poden provar tot tipus de transistors, díodes, altres semiconductors i molts components passius, però mesurar la tensió de Zener és problemàtic, a causa de la petita tensió de la bateria. Espero que gaudiu del meu projecte i us ho passeu bé jugant amb la construcció.