Arduino Zener Diode Tester: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Zener Diode Tester kontrolleras av Arduino Nano. Tester mäter nedbrytning Zenerspänning för dioder från 1,8V till 48V. Spridningseffekten för uppmätta dioder kan vara från 250mW till några watt. Mätningen är enkel, anslut bara dioden och tryck på knappen START.

Arduino Nano ansluter gradvis spänningsområdet från lägre till högre, i fyra steg. För varje steg kontrolleras strömmen genom uppmätt zenerdiod. Om strömmen är över nollvärdet (inte noll) betyder det: Zenerspänning detekterades. I detta fall visas spänning under viss tid (justerad med programvara till 10 sekunder) och mätningen stoppas. Strömmen i varje steg är konstant genom alla spänningar i det intervallet och minskar genom att öka stegantal - spänningsintervall.

För att upprätthålla effektförlust för högre spänningar måste strömmen i detta område minskas. Tester är utformad för att mäta dioder från 250mW och 500mW. Zenerdioder med högre effekt kan mätas på samma sätt, men uppmätt spänningsvärde är lägre för cirka 5%.

VARNING: Var mycket försiktig. I detta projekt används högspänning 110/220V. Om du inte känner till risken för att röra vid nätspänningen, försök inte med den här instruktionsboken!

Steg 1: Zener -diod

Zenerdioden är en speciell typ av diod som huvudsakligen används i kretsar som referensspänningskomponent eller spänningsregulator. I framspänningsriktningen I-V-egenskaper är desamma som generella dioder. Spänningsfall är ca 0,6V. Förspänd i omvänd riktning finns det punkt där strömmen ökar mycket kraftigt - nedbrytningsspänning. Denna spänning kallas Zener -spänning. Vid denna tidpunkt skulle Zener -dioden ansluten direkt till strömförsörjningen med konstant spänningsutgång brinna omedelbart. Detta är anledningen, varför ström genom zenerdiod måste begränsas av motstånd.

IV-egenskaper visas på bilden. Varje typ av zener -diod definierar det aktuella värdet vid vilket den rätta zener -spänningen är specificerad. (Denna spänning kan ändras något genom att strömmen ökar). Typisk ström för dioder med effektavledning ca 250 till 500mW, är 3 till 10mA och beror på spänningsvärde.

Nedbrytningsspänning är relativt stabil för ett stort antal strömmar och är typisk och olika för varje diod. Dess värde kan vara från ca 2V till över 100V. Zenerdioder, som oftast används i praktiska vanliga kretsar, specificeras med spänningar mindre än 50V.

Steg 2: Delar

Lista över begagnade delar:

• Kapsling från OKW, Shell-typ OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC-adapter 220V/12V, 2st, eBay
• Hi-Link AC/DC-adapter 220V/5V, 2st, eBay
• AC/DC -adapter 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondensatorer M1 2st, M33 1st, lokal butik
• Dioder 1N4148 5st, Banggood
• IC1, LM317T, högspänningsversion, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistorer 2N222 5st, Banggood
• Relä 351, 5V, 4st, eBay
• Vassrelä, 5V, eBay
• Motstånd 33R, 470R, 1k 4st, 4.7k, 10k, 15k 2st, lokal butik
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2st, eBay
• Skruvplint, Banggood
• Anslutning Molex 2pins, Banggood
• Anslutning Molex 3pins, Banggood
• Liten mini huvudbrytare, eBay
• LED-display 0-100V, 3 rad, eBay
• Strömuttag, eBay
• Ljudfjäderterminal, eBay
• Mikrobrytare och knapp, Banggood
• LED 3 mm grönt och rött, 2st, Banggood
• Säkring 0,5A och säkringshållare 5x20mm, eBay
• Huvudströmkabel för små instrument

Verktyg:

• Borrmaskin
• Lödkolv
• Värmepistol
• Hot Melt Limpistol
• Wire Stripper och Cutter
• Skruvmejselsats
• Tång Set
• Multimeter

Detaljerad lista över delar finns här:

Steg 3: Kretsbeskrivning

Kretsbeskrivning hänvisar till bifogat anslutningsdiagram:

På vänster sida finns högspänningsdel. Kopplingsplint för 220V -anslutning och alla fem AC/DC -adaptrar. Adapter levererar mätspänningar i fyra steg - intervall: 12V, 24V, 36V, 48V.

Modulerna 5VA och 5VB är avsedda för MCU Arduino Nano och Digital Led Voltmeter. Modulerna 12VA levererar det första intervallet 12V och modulen 12VB lägger till ytterligare 12V till det andra intervallets värde 24V. Nästa modul 24V lägg till ytterligare 24V för att uppnå den fjärde områdesspänningen 48V. Inuti den sista 24V -modulen finns 12V regulatorkrets, som ger 12V som det tredje intervallvärdet till 36V. Denna lösning var nödvändig eftersom kortets storlek inte tillåter att sex moduler monteras på den.

I den mellersta delen ligger IC1 LM317. IC1 måste vara i version för högre spänning (50V). Den är ansluten som en konstantströmregulatorkrets och ger konstant ström genom hela intervallet för varje spänningssteg. Denna ström är stabil i ett område, men olika i varje steg. Värdena är justerbara och är 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Värden väljs som övre gränser för diod med 250mW effekt och de är tillräckligt bra för kraftfullare dioder.

På båda sidor av IC1 finns reläer, kopplade rätt spänningssteg till dess ingång och det högra trimmermotståndet till dess utgång. Trimmermotståndet anger strömvärdet på utgången och denna ström matas till uppmätt zenerdiod via motstånd R14. Ström kontrolleras på detta motstånd av Arduino. Spänningsdelare R1, R2 tar reducerat prov av spänning på R2 och ansluter den till analog stift A1.

Analog jordad GND är vanligt för alla spänningsadaptrar, digital voltmeteradapter och IC1. Var försiktig, det finns en annan mark, digital för Arduino och dess adapter. Digital mark är nödvändig för Arduino och dess analoga ingång som referenspunkt för mätning.

Arduino digitala utgångar D4 till D7 styrreläer för varje steg, D8 kontroll Digital voltmeter och D9 kontroll ERROR lyser i röd färg. ERROR lyser om det inte upptäcks ström i något steg. I detta fall kan zenerdioden ha en högre zenerspänning som 48V eller vara defekt (öppen). Om det finns kortslutning vid mätterminaler är ERROR -lysdioden inte aktiverad och detekterad spänning är mycket liten, lägre än 1V.

Efter att jag avslutat projektet bestämde jag mig för att lägga till ytterligare en lysdiod - POWER, för om voltmätaren är mörk (av) är det inte särskilt klart om själva instrumentet är på eller av. Led Power är seriekopplat med motstånd 470 mellan punkter utanför PCB, från Start X3-1 till Zener X2-1. Motståndet är monterat på ett litet bräda med tryckknapp.

Steg 4: Konstruktion

Som en låda för projektet har jag använt hölje OKW, som finns i gamla elektroniska reservdelar. Den här lådan är fortfarande tillgänglig på OKW som ett hölje av skaltyp. Lådan är inte särskilt lämplig eftersom den är för liten för brädet, men en viss uppgradering av själva lådan och kretskortet gör det möjligt att sätta in alla delar inuti. PCB designades i Eagle som maximal storlek för gratis version 8x10cm. I det första ögonblicket ser det ut som omöjligt att sätta alla komponenter ombord, men till sist lyckades jag.

Boxuppgradering kräver att några plastdelar tas bort och står för skruvar. Uppgradering av delar kräver att plastlådan för digital voltmeter ändras och gör en rund avstängning i två hörn, nära fel och huvudkontakter. Uppgraderingar syns på bilderna. Viktigt är att göra fönstret för voltmeter så nära lådkanten som möjligt. Tryckknapp START är placerad på en liten skiva och monterad med metallvinkel.

Fönster och hål på det övre locket är gjorda för digital voltmeter, tryckknapp, fjäderterminal, LED -fel, LED -ström och USB Arduino Nano -kontakt. På den nedre delen finns avstängning för strömbrytare och strömuttag. Digital voltmeter och strömbrytare fixeras på plats med smältlim. På samma sätt fixas båda 3 mm LED -diodindikatorerna.

Uppmätt diod är ansluten, inte särskilt vanligt, med ljudfjäderkontakt. Jag letade efter en enkel och snabb anslutning. Denna lösning verkar vara den bästa.

Efter att ha lödt alla komponenter på brädet har jag isolerat två 220V -spår på botten, med smältlimpistol. Ledningar som leder från kortet till strömbrytaren och till ingången till nätkontakten isoleras av värmekrympbara slangar. Gör det försiktigt, det bör inte finnas någon exponerad 220V -tråd eller kopparspår. PCB fästs på plats med självhäftande gummidistanser, vilket förhindrar att den rör sig vertikalt.

På frontpanelen finns etiketttryck på självhäftande fotopapper. Etiketten är gjord i Paint, som är verktyg i Windows 10 -tillbehör. Detta verktyg är lämpligt för att göra instrumentetiketter, eftersom etiketten kan göras exakt i verklig storlek.

PCB är designat av Eagles fria programvara. Styrelsen beställdes på JLCPCB company för ett bra pris. Det finns ingen anledning att göra det hemma. Jag rekommenderar att beställa brädan och av denna anledning är bifogad Gerber -dragkedja. fil.

Steg 5: Programmering och inställning

Arduino -programvara - ino -fil är bifogad. Jag försöker dokumentera alla huvuddelar i koden och hoppas att det är bättre förståeligt än min engelska. Vad som måste förklaras från koden är funktionen "service". Det är serviceläge och kan användas för att ställa in instrument om du byter det för första gången.

Funktion för avläsning av aktuell "readCurrent" introducerades för kod för att förhindra oavsiktlig slumpmässig strömavläsning. I denna funktion görs läsningen tio gånger och maximivärdet väljs bland tio värden. Det maximala värdet av ström tas som sampel till analog ingång för Arduino.

I serviceläge justerar du fyra justerbara motstånd R4 till R7. Varje trimmer är ansvarig för ström i ett spänningsområde. R4 för12V, R5 för 24V, R6 för 36V och R7 för 48V. I detta läge presenteras nämnda spänningar gradvis vid utgångsklämmorna och gör det möjligt att justera önskat strömvärde (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

För att gå in i serviceläge, tryck på START strax efter att instrumentet slagits på inom 2 sekunder. Det första steget (12V) aktiveras och ERROR -lampan blinkar en gång. Nu är det dags att justera strömmen. Om strömmen justeras, aktivera nästa steg (24V) genom att trycka på START igen. ERROR -lampan blinkar två gånger. Upprepa nästa steg på samma sätt med START -knappen. Lämna serviceläge med START -knappen. Varje gång är det bästa ögonblicket för att trycka på START tid om LED ERROR är mörkt efter en serie blinkningar.

Strömjustering görs genom ansluten valfri zener -diod med spänning runt mitten, för 12V -intervallet bör den vara 6 till 7V -diod. Denna Zener -diod måste vara seriekopplad med ammeter eller multimeter. Justerat strömvärde bör inte vara exakt, minus 15% till plus 5% är OK.

Steg 6: Slutsats

Presenterad lösning för mätning av Zener -dioder från Arduino är helt ny. Det finns fortfarande några nackdelar, som strömförsörjning 220V, Led voltmeter och maximal uppmätt spänning 48V. Instrumentet kan förbättras vid nämnda svagheter. Jag planerade ursprungligen att driva den med batteri, men för att driva Arduino och relativt hög mätspänning med en eller flera steg upp spänningsomvandlare krävs ett stort batteri och instrumentet skulle vara större i storlek.

Det finns många mycket bra komponenttestare på en marknad. De kan testa alla typer av transistorer, dioder, andra halvledare och många passiva komponenter, men mätning av Zener -spänning är problematisk på grund av liten batterispänning. Jag hoppas att du gillar mitt projekt och att du kommer att ha kul med att bygga.