Arduino Zener Diode Tester: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Tester zener diod nadzoruje Arduino Nano. Tester meri okvaro Zener napetost za diode od 1,8 V do 48 V. Moč disipacije izmerjenih diod je lahko od 250mW do nekaj vatov. Merjenje je preprosto, samo priključite diodo in pritisnite gumb START.

Arduino Nano postopoma povezuje razpon napetosti od nižje do višje v štirih korakih. Za vsak korak se preko izmerjene Zener diode preveri tok. Če je tok nad nič vrednostjo (ne nič), to pomeni: zaznana je Zener napetost. V tem primeru se za določen čas prikaže napetost (programsko nastavljeno na 10 sekund) in merjenje se ustavi. Tok v vsakem koraku je konstanten skozi vse napetosti v tem območju in se zmanjšuje s povečanjem števila korakov - območja napetosti.

Da bi ohranili odvajanje moči pri višjih napetostih, je treba tok v tem območju zmanjšati. Tester je zasnovan za merjenje diod od 250mW do 500mW. Zener diode z večjo močjo bi lahko izmerili na enak način, vendar je izmerjena vrednost napetosti nižja za približno 5%.

OPOZORILO: Bodite zelo previdni. V tem projektu se uporablja visoka napetost 110/220V. Če niste seznanjeni s tveganjem, da bi se dotaknili glavne napetosti, ne poskušajte tega navodila!

1. korak: Zener dioda

Zener dioda je posebna vrsta diode, ki se večinoma uporablja v vezjih, kot so referenčna napetostna komponenta ali regulator napetosti. V smeri prednapetostne napetosti so značilnosti I-V enake kot za univerzalne diode. Padec napetosti je približno 0,6 V. V nasprotni smeri obstaja točka, kjer se tok zelo močno poveča - prekinitvena napetost. Ta napetost se imenuje Zenerjeva napetost. Na tej točki bi Zener dioda, priključena neposredno na napajanje s konstantno izhodno napetostjo, takoj zagorela. To je razlog, zakaj mora biti tok skozi Zener diodo omejen z uporom.

I-V značilnosti so prikazane na sliki. Vsaka vrsta Zener diode določa trenutno vrednost, pri kateri je navedena prava napetost Zenerja. (Ta napetost se lahko nekoliko poveča s povečanjem toka). Tipičen tok za diode z odvajanjem moči približno 250 do 500mW je 3 do 10mA in je odvisen od vrednosti napetosti.

Prekinitvena napetost je relativno stabilna za širok razpon tokov in je značilna in različna za vsako diodo. Njegova vrednost je lahko od približno 2V do več kot 100V. Zener diode, ki se večinoma uporabljajo v praktičnih običajnih vezjih, so določene z napetostmi manj kot 50 V.

2. korak: Deli

Seznam rabljenih delov:

• Ohišje podjetja OKW, OKW 9408331, tipa lupine
• Hi-Link AC/DC adapter 220V/12V, 2 kosa, eBay
• Hi-Link AC/DC adapter 220V/5V, 2 kosa, eBay
• AC/DC adapter 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondenzatorji M1 2kom, M33 1kom, lokalna trgovina
• Diode 1N4148 5 kos, Banggood
• IC1, LM317T, visokonapetostna različica, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Tranzistorji 2N222 5pcs, Banggood
• Rele 351, 5V, 4 kos, eBay
• Reed rele, 5V, eBay
• Upori 33R, 470R, 1k 4 kosi, 4,7 k, 10 k, 15 k 2 kosov, lokalna trgovina
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2 kos, eBay
• Vijačni priključni blok, Banggood
• Konektor Molex 2pins, Banggood
• Konektor Molex 3pins, Banggood
• Majhno mini glavno stikalo, eBay
• LED zaslon 0-100V, 3 vrstice, eBay
• Vtičnica za napajanje, eBay
• Avdio vzmetni terminal, eBay
• Mikro stikalo in gumb, Banggood
• LED 3 mm zelena in rdeča, 2 kosa, Banggood
• Varovalka 0,5A in držalo varovalk 5x20 mm, eBay
• Glavni napajalni kabel za majhne instrumente

Orodja:

• Električni vrtalnik
• Spajkalnik
• Toplotna pištola
• Pištola za vroče taljenje lepila
• Odstranjevalec in rezalnik žice
• Komplet izvijačev
• Set klešč
• Multimeter

Podroben seznam delov je tukaj:

3. korak: Opis vezja

Opis vezja se nanaša na priložen diagram povezave:

Na levi strani je visokonapetostni del. Priključni blok za 220V povezavo in vseh pet AC/DC adapterjev. Adapterji podajajo merilne napetosti v štirih korakih - razponih: 12V, 24V, 36V, 48V.

Modula 5VA in 5VB sta namenjena MCU Arduino Nano in digitalnemu vodilnemu voltmetru. Moduli 12VA napajajo 12V prvega območja, modul 12VB pa dodaja še 12V drugi vrednosti 24V. Naslednji modul 24V dodajte še 24V k skupni napetosti četrtega območja 48V. Znotraj zadnjega 24V modula je 12V regulatorno vezje, ki 12V kot vrednost tretjega območja zagotavlja 36V. Ta rešitev je bila potrebna, ker velikost plošče ne omogoča namestitve šestih modulov nanjo.

V srednjem delu se nahaja IC1 LM317. IC1 mora biti v različici za višjo napetost (50V). Priključen je kot regulator konstantnega toka in zagotavlja konstanten tok skozi celotno območje vsakega napetostnega koraka. Ta tok je stabilen v enem območju, vendar je v vsakem koraku drugačen. Vrednosti so nastavljive in so 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Vrednosti so izbrane kot zgornje meje za diode z močjo 250mW in so dovolj dobre za močnejše diode.

Na obeh straneh IC1 so releji, priključeni desni napetostni korak na njegov vhod in desni trimer upor na njegov izhod. Upor trimera določa trenutno vrednost na izhodu in ta tok se preko upora R14 napaja na izmerjeno Zener diodo. Arduino preveri tok na tem uporu. Napetostni delilnik R1, R2 vzame zmanjšan vzorec napetosti na R2 in ga priključi na analogni zatič A1.

Analogna masa GND je skupna za vse napetostne adapterje, digitalni adapter za voltmeter in IC1. Bodite previdni, obstaja še ena ozemljitev, digitalna za Arduino in njegov adapter. Digitalna ozemljitev je potrebna za Arduino in njegov analogni vhod kot merilno referenčno točko.

Arduino digitalni izhodi krmilnih relejev D4 do D7 za vsak korak, krmiljenje D8 Digitalni voltmeter in kontrolna LED napaka D9 v rdeči barvi. LED napaka sveti, če v nobenem koraku ni zaznanega toka. V tem primeru je lahko Zener dioda z večjo napetostjo Zenerja kot 48 V ali pa je okvarjena (odprta). Če pride do kratkega stika na merilnih sponkah, se LED napaka ne aktivira in zaznana napetost je zelo majhna, nižja od 1V.

Ko sem končal projekt, sem se odločil dodati še eno LED - POWER, ker če je voltmeter temen (izklopljen), ni zelo jasno, ali je sam instrument vklopljen ali izklopljen. Led Power je serijsko povezan z uporom 470 med točkami zunaj tiskanega vezja, od začetka X3-1 do Zener X2-1. Upor je nameščen na majhni plošči s pritiskom na gumb.

4. korak: Gradnja

Kot škatlo za projekt sem uporabil ohišje OKW, ki ga najdem v stari trgovini z elektronskimi deli. Ta škatla je še vedno na voljo pri OKW kot ohišje tipa lupine. Škatla ni zelo primerna, ker je premajhna za ploščo, vendar nekaj nadgradnje same škatle in tiskanega vezja omogoča, da se vsi deli postavijo notri. PCB je bil oblikovan v Eaglu kot največja velikost za brezplačno različico 8x10cm. V prvem trenutku se mi je zdelo nemogoče, da bi vse komponente postavili na krov, a na koncu mi je uspelo.

Nadgradnja škatle zahteva odstranitev nekaterih plastičnih delov v notranjosti in stoji za vijake. Za nadgradnjo delov je treba spremeniti plastično škatlo za digitalni voltmeter in narediti okrogel izrez na dveh vogalih, v bližini napačnih in glavnih napajalnih priključkov. Nadgradnje so vidne na slikah. Pomembno je, da je okno za voltmeter čim bližje robu škatle. Tipka START se nahaja na majhni plošči in je nameščena s kovinskim kotom.

Okna in luknje na zgornjem pokrovu so narejeni za digitalni voltmeter, potisni gumb, vzmetni terminal, napako LED, napajanje LED in priključek USB Arduino Nano. Na spodnjem delu je izrez za stikalo in vtič za vtič. Digitalni voltmeter in stikalo za vklop sta pritrjena s topilnim lepilom. Na enak način sta pritrjena oba 3 mm LED diodna indikatorja.

Merjena dioda je, običajno ne, povezana z avdio vzmetnim priključkom. Iskal sem preprosto in hitro povezavo. Ta rešitev se zdi najboljša.

Po spajkanju vseh sestavnih delov na plošči sem s pištolo za vroče taljenje izoliral dva tira 220V na spodnjem delu. Žice, ki vodijo od plošče do stikala za napajanje in do vtiča, so izolirane s toplotno skrčljivo cevjo. To naredite previdno, ne sme biti izpostavljene 220V žice ali bakrene steze. PCB je pritrjen na mesto z lepilnimi gumijastimi distančniki, ki preprečujejo navpično premikanje.

Na sprednji plošči je nalepka na lepilnem foto papirju. Oznaka je narejena v programu Paint, ki je orodje v dodatkih za Windows 10. To orodje je primerno za izdelavo nalepk na instrumentih, ker je nalepko mogoče narediti v resnični velikosti.

PCB je oblikoval brezplačna programska oprema Eagle. Ploščo so po ugodni ceni naročili pri podjetju JLCPCB. Nobenega razloga ni, da bi to počeli doma. Priporočam, da naročite desko in zaradi tega je pritrjena Gerber zadrga. mapa.

5. korak: Programiranje in nastavitev

Programska oprema Arduino - datoteka ino je priložena. Poskušam dokumentirati vse glavne dele kode in upam, da je bolje razumljiva kot moja angleščina. Iz kode je treba razložiti funkcijo "storitev". To je servisni način in ga lahko uporabite za nastavitev instrumenta, če ga prvič preklopite.

Funkcija za branje trenutnega "readCurrent" je bila uvedena v kodo, da se prepreči nenamerno odčitavanje naključnega toka. V tej funkciji se branje izvede desetkrat, največja vrednost pa je izbrana izmed desetih vrednosti. Največja vrednost toka se vzame kot vzorec na analogni vhod Arduina.

V servisnem načinu nastavite štiri nastavljive upore R4 na R7. Vsak trimer je odgovoren za tok v enem napetostnem območju. R4 za 12V, R5 za 24V, R6 za 36V in R7 za 48V. V tem načinu se omenjene napetosti postopoma pojavljajo na izhodnih sponkah in omogočajo prilagajanje zahtevane vrednosti toka (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Za vstop v servisni način pritisnite START takoj po vklopu instrumenta v 2 sekundah. Prvi korak (12V) je aktiviran in LED napaka enkrat utripa. Zdaj je čas za prilagoditev toka. Če je tok nastavljen, aktivirajte naslednji korak (24V) s ponovnim pritiskom na START. Lučka ERROR dvakrat utripa. Naslednje korake ponovite na enak način z gumbom START. Zapustite servisni način s tipko START. Vsakič je najboljši trenutek za pritisk na START čas, če je LED NAPAKA po nizu utripanja temna.

Nastavitev toka se izvede s priključitvijo katere koli Zener diode z napetostjo okoli sredine območja, za območje 12V naj bo to dioda od 6 do 7V. Zener dioda mora biti serijsko povezana z ampermetrom ali multimetrom. Prilagojena vrednost toka ne sme biti natančna, minus 15% do plus 5% je v redu.

6. korak: Zaključek

Predstavljena rešitev za merjenje Zener diod podjetja Arduino je popolnoma nova. Še vedno obstajajo nekatere pomanjkljivosti, kot so napajanje 220V, LED voltmeter in največja izmerjena napetost 48V. Instrument bi lahko pri omenjenih pomanjkljivostih izboljšali. Prvotno ga nameravam napajati z baterijo, vendar za napajanje Arduina in relativno visoke merilne napetosti z enim ali več pretvorniki napetosti potrebujemo veliko baterijo, instrument pa bi bil večje velikosti.

Na trgu je veliko zelo dobrih testerjev komponent. Lahko preizkusijo vse vrste tranzistorjev, diod, drugih polprevodnikov in številnih pasivnih komponent, vendar je merjenje napetosti Zener problematično zaradi majhne napetosti akumulatorja. Upam, da boste uživali v mojem projektu in bi se imeli lepo igrati z gradnjo.