Tester diody Arduino Zener: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Zenerový diodový tester je řízen Arduino Nano. Tester měří zhroucení Zenerova napětí pro diody od 1,8 V do 48 V. Ztrátový výkon měřených diod může být od 250 mW do několika wattů. Měření je jednoduché, stačí připojit diodu a stisknout tlačítko START.

Arduino Nano postupně připojuje rozsah napětí od nižšího k vyššímu, ve čtyřech krocích. Pro každý krok je proud kontrolován měřenou Zenerovou diodou. Pokud je proud vyšší než nulová hodnota (ne nula), znamená to: Bylo detekováno Zenerovo napětí. V tomto případě je napětí zobrazeno po určitou dobu (nastaveno softwarem na 10 sekund) a měření je zastaveno. Proud v každém kroku je konstantní přes všechna napětí v tomto rozsahu a klesá s rostoucím počtem kroků - rozsahem napětí.

Aby byl zachován ztrátový výkon pro vyšší napětí, musí být proud v tomto rozsahu snížen. Tester je určen k měření diod od 250 mW do 500 mW. Zenerovy diody s vyšším výkonem lze měřit stejným způsobem, ale naměřená hodnota napětí je nižší asi o 5%.

UPOZORNĚNÍ: Buďte velmi opatrní. V tomto projektu se používá vysoké napětí 110/220V. Pokud nejste obeznámeni s rizikem dotyku hlavního napětí, nezkoušejte tento Instructable!

Krok 1: Zenerova dioda

Zenerova dioda je speciální typ diody, který se používá hlavně v obvodech, jako je součást referenčního napětí nebo regulátor napětí. Ve směru dopředného napětí jsou charakteristiky I-V stejné jako pro univerzální diodu. Pokles napětí je asi 0,6V. Předpojato v opačném směru je bod, kde proud velmi prudce roste - průrazné napětí. Toto napětí se označuje jako Zenerovo napětí. V tomto okamžiku by Zenerova dioda připojená přímo k napájení s konstantním napětím okamžitě shořela. To je důvod, proč musí být proud přes Zenerovu diodu omezen odporem.

I-V charakteristiky jsou zobrazeny na obrázku. Každý typ Zenerovy diody definuje aktuální hodnotu, při které je uvedeno správné Zenerovo napětí. (Toto napětí lze mírně změnit zvýšením proudu). Typický proud pro diody s ztrátovým výkonem asi 250 až 500 mW je 3 až 10 mA a závisí na hodnotě napětí.

Průrazné napětí je relativně stabilní pro široký rozsah proudů a je typické a pro každou diodu odlišné. Jeho hodnota by mohla být od přibližně 2V do více než 100V. Zenerovy diody, které se většinou používají v praktických obvyklých obvodech, jsou specifikovány s napětím menším než 50V.

Krok 2: Díly

Seznam použitých dílů:

• Příloha od OKW, skořepinový typ OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC adaptér 220V/12V, 2ks, eBay
• Hi-Link AC/DC adaptér 220V/5V, 2ks, eBay
• AC/DC adaptér 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondenzátory M1 2ks, M33 1ks, místní obchod
• Diody 1N4148 5ks, Banggood
• IC1, LM317T, vysokonapěťová verze, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Tranzistory 2N222 5ks, Banggood
• Relé 351, 5V, 4ks, eBay
• Reed relé, 5V, eBay
• Rezistory 33R, 470R, 1k 4ks, 4,7k, 10k, 15k 2ks, místní obchod
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2ks, eBay
• Šroubová svorkovnice, Banggood
• Konektor Molex 2pins, Banggood
• Konektor Molex 3piny, Banggood
• Malý mini hlavní vypínač, eBay
• LED displej 0-100V, 3řádkový, eBay
• Napájecí konektor, eBay
• Audio pružinový terminál, eBay
• Mikrospínač a tlačítko, Banggood
• LED 3mm zelená a červená, 2ks, Banggood
• Pojistka 0,5A a držák pojistky 5x20mm, eBay
• Hlavní napájecí kabel pro malé nástroje

Nástroje:

• Elektrická vrtačka
• Páječka
• Horkovzdušná pistole
• Tavná lepicí pistole
• Odizolovávač a řezačka drátu
• Sada šroubováků
• Sada kleští
• Multimetr

Podrobný seznam dílů je zde:

Krok 3: Popis obvodu

Popis obvodu viz připojené schéma zapojení:

Na levé straně je část vysokého napětí. Svorkovnice pro připojení 220 V a všech pět adaptérů AC/DC. Adaptéry dodávají měřicí napětí ve čtyřech krocích - rozsahy: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduly 5VA a 5VB jsou určeny pro MCU Arduino Nano a digitální LED voltmetr. Moduly 12VA dodávají první rozsah 12V a modul 12VB přidávají dalších 12 do hodnoty druhého rozsahu 24V. Další modul 24 V přidejte dalších 24 V k celkovému napětí čtvrtého rozsahu 48 V. Uvnitř posledního 24V modulu je 12V regulační obvod, který poskytuje 12V jako třetí hodnotu rozsahu až 36V. Toto řešení bylo nutné, protože velikost desky neumožňovala montáž šesti modulů.

Ve střední části je umístěn IC1 LM317. IC1 musí být ve verzi pro vyšší napětí (50 V). Je zapojen jako obvod regulátoru konstantního proudu a poskytuje konstantní proud v celém rozsahu každého napěťového kroku. Tento proud je stabilní v jednom rozsahu, ale v každém kroku jiný. Hodnoty jsou nastavitelné a jsou 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Hodnoty jsou zvoleny jako horní limity pro diodu s výkonem 250 mW a jsou dost dobré pro výkonnější diody.

Na obou stranách IC1 jsou relé, na jeho vstup je připojen správný krok napětí a na jeho výstup pravý rezistor trimru. Rezistor trimru určuje aktuální hodnotu na výstupu a tento proud je přiveden na měřenou Zenerovu diodu přes odpor R14. Proud na tomto rezistoru kontroluje Arduino. Dělič napětí R1, R2 odebere snížený vzorek napětí na R2 a připojí jej k analogovému pinu A1.

Analogový zemnící GND je společný pro všechny napěťové adaptéry, digitální voltmetrový adaptér a IC1. Buďte opatrní, existuje další zem, digitální pro Arduino a jeho adaptér. Digitální uzemnění je nezbytné pro Arduino a jeho analogový vstup jako referenční bod měření.

Digitální výstupy Arduino D4 až D7 řídí relé pro každý krok, D8 ovládání Digitální voltmetr a D9 ovládání ERROR svítí červeně. Kontrolka ERROR svítí, pokud v žádném kroku není detekován proud. V tomto případě může být Zenerova dioda s vyšším Zenerovým napětím jako 48 V, nebo může být vadná (otevřená). Pokud dojde ke zkratu na měřicích svorkách, LED ERROR není aktivována a detekované napětí je velmi malé, nižší než 1V.

Poté, co jsem dokončil projekt, rozhodl jsem se přidat ještě jednu LED - NAPÁJENÍ, protože pokud je voltmetr tmavý (vypnutý), není příliš jasné, zda je samotný nástroj zapnutý nebo vypnutý. Led Power je zapojen do série s odporem 470 mezi body mimo desku plošných spojů, od Start X3-1 do Zener X2-1. Rezistor je namontován na malé desce pomocí tlačítka.

Krok 4: Konstrukce

Jako krabici pro projekt jsem použil skříň OKW, která se nachází ve starém obchodě s elektronickými součástmi. Tento box je u OKW stále k dispozici jako kryt typu shell. Krabice není příliš vhodná, protože je na desku příliš malá, ale některé upgrady samotné krabice a DPS umožňují vložit všechny části dovnitř. PCB byl navržen v Eagle jako maximální velikost pro bezplatnou verzi 8x10cm. V první chvíli to vypadá, že nelze nasadit všechny komponenty, ale nakonec jsem byl úspěšný.

Upgrade krabice vyžaduje odstranění některých plastových dílů uvnitř a stojany na šrouby. Upgrade dílů vyžaduje úpravu plastového boxu pro digitální voltmetr a kulaté výřezy ve dvou rozích poblíž napájecích konektorů Error a Main. Aktualizace jsou vidět na obrázcích. Důležité je, aby okno pro voltmetr bylo co nejblíže okraji krabice. Tlačítko START je umístěno na malé desce a upevněno kovovým úhlem.

Okna a otvory v horním krytu jsou vyrobeny pro digitální voltmetr, tlačítko, pružinový terminál, LED Error, LED Power a USB Arduino Nano konektor. Ve spodní části je výřez pro vypínač a napájecí konektor. Digitální voltmetr a vypínač jsou na místě upevněny tavným lepidlem. Stejným způsobem jsou upevněny oba 3mm LED diody.

Naměřená dioda je spojena, ne příliš typicky, konektorem audio pružiny. Hledal jsem nějaké jednoduché a rychlé připojení. Toto řešení se jeví jako nejlepší.

Po pájení všech součástek na desku jsem izoloval dvě 220V dráhy ve spodní části tavnou lepicí pistolí. Dráty vedoucí od desky k vypínači a napájecímu konektoru jsou izolovány teplem smrštitelnou hadičkou. Udělejte to opatrně, neměl by existovat žádný odkrytý drát 220 V nebo kabelová dráha. PCB je na svém místě upevněna lepicími gumovými distančními prvky, které zabraňují vertikálnímu pohybu.

Na předním panelu je potisk štítků na lepicí fotopapír. Štítek se provádí v programu Paint, což je nástroj v příslušenství Windows 10. Tento nástroj je vhodný pro výrobu štítků nástrojů, protože popisek lze provádět přesně ve skutečné velikosti.

PCB je navrženo volným softwarem Eagle. Deska byla objednána ve společnosti JLCPCB za výhodnou cenu. Není důvod to dělat doma. Doporučuji objednat desku az tohoto důvodu je připojen Gerber zip. soubor.

Krok 5: Programování a nastavení

Software Arduino - soubor ino je přiložen. Snažím se zdokumentovat všechny hlavní části kódu a doufám, že je srozumitelnější než moje angličtina. Co je třeba z kódu vysvětlit, je funkce „služba“. Je to servisní režim a lze jej použít k nastavení přístroje, pokud jej poprvé přepnete.

Funkce pro čtení proudu "readCurrent" byla zavedena do kódu, aby se zabránilo náhodnému náhodnému čtení proudu. V této funkci se čtení provádí desetkrát a maximální hodnota se volí z deseti hodnot. Maximální hodnota proudu je odebrána jako vzorek na analogový vstup Arduina.

V servisním režimu nastavíte čtyři nastavitelné odpory R4 až R7. Každý trimr je zodpovědný za proud v jednom napěťovém rozsahu. R4 pro 12V, R5 pro 24V, R6 pro 36V a R7 pro 48V. V tomto režimu jsou postupně uváděna na výstupních svorkách uvedená napětí, která umožňují upravit požadovanou hodnotu proudu (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Do servisního režimu vstoupíte stisknutím tlačítka START ihned po zapnutí přístroje do 2 sekund. První krok (12V) je aktivován a LED ERROR jednou blikne. Nyní je čas upravit proud. Pokud je nastaven proud, aktivujte další krok (24 V) dalším stisknutím START. Kontrolka ERROR dvakrát bliká. Další kroky opakujte stejným způsobem pomocí tlačítka START. Servisní režim opustíte tlačítkem START. V každém případě je nejlepším okamžikem pro stisknutí tlačítka START čas, pokud LED ERROR je po sérii bliknutí tmavá.

Nastavení proudu se provádí připojením jakékoli Zenerovy diody s napětím kolem středního rozsahu, pro rozsah 12V by to měla být 6 až 7V dioda. Tato Zenerova dioda musí být zapojena do série s ampérmetrem nebo multimetrem. Upravená hodnota proudu by neměla být přesná, minus 15% až plus 5% je v pořádku.

Krok 6: Závěr

Prezentované řešení pro měření Zenerových diod od Arduina je zcela nové. Stále existují určité nevýhody, jako je napájení 220 V, LED voltmetr a maximální měřené napětí 48 V. Ve zmíněných slabinách by bylo možné nástroj vylepšit. Původně jsem plánoval napájení z baterie, ale napájení Arduina a relativně vysokého měřicího napětí pomocí jednoho nebo více stupňových měničů napětí vyžaduje velkou baterii a nástroj by byl větší.

Na trhu je mnoho velmi dobrých testerů komponent. Mohou testovat všechny typy tranzistorů, diod, dalších polovodičů a mnoha pasivních součástek, ale měření Zenerova napětí je problematické kvůli malému napětí baterie. Doufám, že se vám můj projekt bude líbit a bude se vám dobře hrát s konstrukcí.