Circuito de LC meter KM409 com Atmega

Circuito de LC meter KM409 com Atmega, mede capacitor indutor (bobina) e capacitor eletrolítico, utilizando comprador de tensão Lm393.

Teoria
A capacitância + indutância formam um circuito ressonante. Ele está oscilando. A frequência de oscilação depende da capacitância e indutância. Quando adicionamos ao circuito ressonante LC, a bobina (em série com a bobina) — ou o capacitor (em paralelo ao capacitor), então a frequência ressonante diminuirá.

Desenho de projeto — diagrama esquemático.

Esquema Lc Meter Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

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Prática (método ressonante)
O circuito L/C funciona em um comparador LM393D, do qual o resultado é alimentado de volta para o circuito LC. Graças a isso, as oscilações não expiram. A saída do comparador também fornece um sinal retangular para o pino de entrada do microcontrolador. Esse sinal tem a frequência de ressonância do circuito LC. A frequência desse sinal é medida pelo microcontrolador. Conhecendo os valores de indutância e capacitância do gerador LC com base na diferença de frequência, podemos calcular o valor da capacitância ou indutância anexada ao circuito LC.

Fórmulas usadas:

Lc Meter Formula 6 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Onde:
Cown — capacitância do circuito LC [pF]
Cref — um valor de referência conhecido de capacitância que foi adicionado ao circuito LC (gerador) [pF]
F1 — uma frequência ressonante do circuito LC antes de adicionar o capacitor Cref [Hz]
F2 — uma frequência ressonante do circuito LC após adicionar o capacitor Cref [Hz]

Lc Meter Formula 5 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Onde:
Lown — uma própria indutância do circuito LC (sem adicionar nenhum outro indutor) [uH]
Cown — uma própria capacitância do circuito LC (sem adicionar nenhum outro capacitor) [uF]
F1 — uma frequência do circuito LC ressonante [Hz]

Lc Meter Formula 4 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega
Onde:

Cx – é um valor desconhecido de capacitância que foi adicionado ao circuito LC (gerador) [pF]
Cown – uma capacitância própria do circuito LC [pF]
F1 – uma frequência de ressonância do circuito LC antes de adicionar o capacitor Cx [Hz]
F2 – uma frequência de ressonância do circuito LC após adicionar o capacitor Cx [Hz]

Lc Meter Formula 3 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega
Onde:

Lx – é um valor desconhecido de indutância adicionado ao circuito LC (gerador) [uH]
Lown – uma indutância própria do circuito LC [uH]
F1 – uma frequência de ressonância do circuito LC antes de adicionar o indutor Lx [Hz]
F2 – uma frequência de ressonância do circuito LC após adicionar o indutor Lx [Hz]

MEDIDA PARA CAPACITORES MAIORES
Tempo de carga eletrolítica para capacitância por tensão constante.
Quando carregamos um capacitor por tensão constante, podemos observar uma curva de carga.
Lc Meter Formula 2 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Podemos observar o tempo de carregamento se depender da resistência e capacitância. E esses dois valores formam uma constante de tempo chamada tau τ, cujas unidades são segundos [s].
Portanto, a partir do diagrama acima, podemos obter o seguinte:
Após um τ, a voltagem no capacitor atinge o valor de 0,632E.
Portanto, se o nosso E for de 5V, após o tempo τ, a voltagem no capacitor será de 3,16V.
E FINALMENTE — quando carregamos o capacitor até 0,632E, conhecendo o valor de R e medindo o tempo de carregamento, podemos calcular facilmente a capacitância do capacitor.

Lc Meter Formula 8 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Se olharmos para o diagrama, percebemos que o capacitor pode ser carregado por um ou dois resistores em paralelo, RES1 e RES2.
Portanto, o programa utiliza uma fórmula a mais:
Lc Meter Formula 7 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

 

O QUE VOCÊ DEVE FAZER PARA OBTER UMA ALTA PRECISÃO DE MEDIÇÃO.
Comece com a soldagem de RES1 e RES3, e em seguida, meça e armazene seus valores. Após montar tudo e conectar a fonte de alimentação, o valor de fornecimento VCC deve ser medido e, em seguida, o potenciômetro PR1 deve ser ajustado para 0,632 VCC em TP (cerca de 3,16V).

 

O FIRMWARE
é escrito em assembly com duas opções — para ATmega8A ou ATmega328P — por que 328P? Porque tenho alguns Arduinos não utilizados, então não preciso comprar o M8A  Após ligar, podemos ver três telas:

Lc Meter Tela 11 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Sinceramente, após ligar a energia pela primeira vez na terceira tela, iremos para o menu de calibração, o qual descreverei posteriormente.
Após o reset, podemos colocar o capacitor no soquete e medir a capacitância.
Ao pressionar o botão esquerdo, podemos ver a tela de medição L ou a segunda tela após inserir o indutor no soquete esquerdo.

Lc Meter Tela 10 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Depois disso, o botão esquerdo volta para o menu de medição de capacitores pequenos.
Ao pressionar o botão direito, podemos invocar 7 menus especiais. Nesse modo, o botão direito seleciona o menu e, após selecionar qualquer um, pressione o botão esquerdo para executá-lo e entrar nele.

Lc Meter Tela 9 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Como o programa calcula a capacitância:

  1. simplesmente comece a carregar o capacitor e conte as bordas dos relógios.
  2. Após carregar o capacitor, o programa multiplica por 125 o valor das bordas dos relógios contadas, pois o cristal tem 8MHZ para traduzir para uma relação decimal em segundos. E divide por 10.
  3. Depois disso, o valor é dividido por RES2100 (para melhor precisão) ou por RES3 (dois resistores conectados em paralelo RES3 = RES1RES2 / [RES1 + RES2]) – resultado em [uF] ou em 0,01 [uF].

MENU DE MEDIDAS

Lc Meter Tela 8 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

MENU DE COMPENSAÇÃO:

Lc Meter Tela 7 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Após selecionar seu programa de menu, ajuste o valor de frequência, que pode flutuar um pouco dependendo dos valores térmicos. E volte para o último menu de medida usado.

MENU RESET:

Lc Meter Tela 6 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Simplesmente reinicie o firmware e perca o valor de compensação.

MENU CALIBRAR:

Lc Meter Tela 5 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Provavelmente a maioria não precisa descrever este menu, tudo está nas telas seguintes passo a passo. Observação: Você pode escolher no próximo menu o valor de referência do capacitor de calibração que irá utilizar.

TRADUÇÃO: MENU DEFINIR VALOR REF # — você pode alterar o valor de referência do seu capacitor para calibrar, se necessário.
Lc Meter Tela 4 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Menu configurar valor Cown

Você pode alterar o valor do capacitor no circuito gerador LC, após isso o valor da bobina será recalculado. Nos últimos 4 menus, você pode definir o valor pressionando o botão esquerdo e o botão direito para confirmar.

Lc Meter Tela 3 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Menu configurar valor RES1
Aqui você deve definir o valor de RES1, que você mediu após soldar o RES1.

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Menu configurar valor RES2
Aqui você deve definir o valor de RES2, que você mediu após soldar o RES2.
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ADICIONAIS e CURIOSIDADES

Um pouco desdobrando a fórmula do segundo exemplo para maior clareza e compreensão de como fazê-lo com os números inteiros.
Lc Meter Formula 1 Lc Meter Atmega, Circuitos, Lc Meter, Microcontroladores, Teste-E-Medida, Transistor Tester Circuito De Lc Meter Km409 Com Atmega

Temos aqui uma constante 1/4PI^2, também estamos dividindo por [pF] para podermos fazer algo assim:
100 000 000 000 000 000 000/4/Pi/Pi = 2 533 029 591 058 444 286
E agora:
2 533 029 591 058 444 286 /F1/F1/C

PORQUE o valor 2 533 029 591 058 444 286 é muito grande por algumas décadas, o resultado está em 0,01 [uH], dando uma resolução de 10 [nH].

Apenas como exemplo de como o programa calcula Cx ou Lx e não vai para valores mais baixos usando inteiros:
Cx = (Cown x [(F1 x F1)-(F2 x F2)])/F2/F2
Então o primeiro resultado = (Cown x [(F1 x F1)-(F2 x F2)]) é grande o suficiente para ser dividido pelo quadrado de F2…

PROBLEMAS CONHECIDOS:
O C9 10uF não funciona corretamente, interrompendo as oscilações — solução — substituído por um não polarizado LM396D danificado durante a soldagem provavelmente – interrompendo as oscilações — substituído por um novo.

Lista de material para montar

Última atualização: 23/09/2023 17:18

ValorNomeDescriçãoQuantidade
Resistores
10k (103)PR1,PR2,PR3Trimpot de precisão 329Y3
1M (105)R1Resistor SMD 12061
100k (104)R2,R3,R4Resistor SMD 12063
10k (103)R5,R6,R10Resistor SMD 12063
2.2k (222)R7Resistor SMD 12061
4.7k (472)R8,R9,R15Resistor SMD 12063
3k (302)R11Resistor SMD 12061
300 (301)R12Resistor SMD 12061
1k (102)R13Resistor SMD 12061
Capacitores
1000uC1Capacitor eletrolítico1
100uC2Capacitor eletrolítico1
100nFC3,C4,C5Capacitor SMD 12063
100nC6Capacitor SMD 12061
33pC7,C8Capacitor SMD 12062
10uC9Capacitor tântalo SMD CASE-A_32161
470nFC10Capacitor filme1
1nF 2%C11Capacitor filme1
Semicondutores
LM393DU1Comparador de tensão SMD soic81
16×2 LCD (HD44780)U4Display LCD 16×21
LM7805CTU7Regulador de tensão 12V, TO-2201
BC857T1Transistor SMD SOT-231
BC847T2,T3Transistor SMD SOT23-32
MEGA8-PU3Microcontrolador1
2W10D1Ponte retificadora1
BUZZERHMB1275-12BBUZZER1DIP-BUZZER-12×7.51
LL4148D2Diodo SMD LL-341
Diversos
POWERSUPPLY_DC21MMXG$1Conector para alimentação1
HK19F-DC_5V-SHGK2Relé 5V1
10uHL1Marrom, preto, preto, prata1
100uHL2Marrom, preto, marrom, prata1
Chave momentâneaS1,S2Chave de toque2
ARK3U8Conector Borne KRE 3 vias (Kf301, KR301) 5.08 mm,1
8MHzX1Cristal HC-49S1

 

Download Gerber e PDF para confeccionar a placa.

Fonte: https://oshwlab.com/wegi1/km409-l-c-ce-meter

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Sobre o Autor
Autor do blog Te1.com.br. Técnico em Eletrônica Industrial pela Escola Técnica de Brasília, Tecnólogo em Sistemas para Internet pela Unianhanguera. Interessado em eletrônica, montagens, pesquisas, informática e tecnologia em geral.
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