Arduino Zener Diode Tester: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Zener Diode Tester được điều khiển bởi Arduino Nano. Tester đo sự cố Điện áp Zener cho điốt từ 1,8V đến 48V. Công suất tiêu tán của điốt đo được có thể từ 250mW đến vài Watts. Việc đo rất đơn giản, chỉ cần kết nối diode và nhấn nút BẮT ĐẦU.

Arduino Nano dần dần kết nối phạm vi điện áp từ thấp hơn đến cao hơn, trong bốn bước. Đối với mỗi bước, dòng điện được kiểm tra thông qua điốt Zener đo được. Nếu dòng điện vượt quá giá trị 0 (không phải 0), điều đó có nghĩa là: Đã phát hiện thấy điện áp Zener. Trong trường hợp này, điện áp được hiển thị trong một thời gian nhất định (điều chỉnh bằng phần mềm thành 10 giây) và quá trình đo sẽ dừng lại. Dòng điện trong mỗi bước là không đổi qua tất cả các điện áp trong phạm vi đó và đang giảm khi tăng số bước - phạm vi điện áp.

Để duy trì sự tiêu tán công suất cho điện áp cao hơn, dòng điện trong phạm vi này phải được giảm bớt. Tester được thiết kế để đo điốt từ 250mW và 500mW. Điốt Zener có công suất cao hơn, có thể được đo theo cùng một cách, nhưng giá trị điện áp đo được thấp hơn khoảng 5%.

CẢNH BÁO: Hãy rất cẩn thận. Trong dự án này sử dụng điện áp cao 110 / 220V. Nếu bạn không quen với nguy cơ chạm vào điện áp chính, đừng thử sử dụng Thiết bị hướng dẫn này!

Bước 1: Điốt Zener

Diode Zener là loại diode đặc biệt được sử dụng chủ yếu trong các mạch như thành phần điện áp tham chiếu hoặc bộ điều chỉnh điện áp. Theo hướng điện áp thuận, các đặc tính I-V giống như điốt đa năng. Điện áp giảm khoảng 0,6V. Thiên về hướng ngược lại, có điểm, nơi dòng điện tăng rất mạnh - điện áp đánh thủng. Điện áp này được gọi là điện áp Zener. Tại thời điểm này, diode Zener được kết nối trực tiếp với nguồn điện có đầu ra điện áp không đổi, sẽ cháy ngay lập tức. Đây là lý do, tại sao dòng điện qua diode Zener, phải được giới hạn bởi điện trở.

Các đặc điểm I-V được hiển thị trên hình. Mỗi loại diode Zener xác định giá trị hiện tại mà tại đó là điện áp Zener phù hợp được chỉ định. (Điện áp này có thể được thay đổi một chút bằng cách tăng dòng điện). Dòng điện điển hình cho điốt có công suất tiêu thụ khoảng 250 đến 500mW, từ 3 đến 10mA và phụ thuộc vào giá trị điện áp.

Điện áp đánh thủng tương đối ổn định đối với nhiều dòng điện và đặc trưng và khác nhau cho từng diode. Giá trị của nó có thể từ khoảng 2V đến hơn 100V. Điốt Zener, phần lớn được sử dụng trong các mạch thông thường thực tế, được chỉ định với điện áp nhỏ hơn 50V.

Bước 2: Các bộ phận

Danh sách các bộ phận đã sử dụng:

• Vỏ bọc từ OKW, OKW loại vỏ 9408331
• Bộ chuyển đổi AC / DC Hi-Link 220V / 12V, 2pcs, eBay
• Bộ chuyển đổi AC / DC Hi-Link 220V / 5V, 2pcs, eBay
• Bộ chuyển đổi AC / DC 220V / 24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Tụ điện M1 2 cái, M33 1 cái, cửa hàng địa phương
• Điốt 1N4148 5 cái, Banggood
• IC1, LM317T, phiên bản điện áp cao, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Bóng bán dẫn 2N222 5pcs, Banggood
• Rơ le 351, 5V, 4pcs, eBay
• Rơ le sậy, 5V, eBay
• Điện trở 33R, 470R, 1k 4 chiếc, 4,7k, 10k, 15k 2 chiếc, cửa hàng địa phương
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2pcs, eBay
• Khối thiết bị đầu cuối trục vít, Banggood
• Đầu nối Molex 2pins, Banggood
• Đầu nối Molex 3pins, Banggood
• Công tắc chính mini nhỏ, eBay
• Màn hình LED 0-100V, 3 dòng, eBay
• Ổ cắm điện, eBay
• Thiết bị đầu cuối âm thanh mùa xuân, eBay
• Microswitch và nút, Banggood
• LED 3mm màu xanh lá cây và đỏ, 2 chiếc, Banggood
• Cầu chì 0,5A và giá đỡ cầu chì 5x20mm, eBay
• Dây nguồn chính cho các dụng cụ nhỏ

Công cụ:

• Máy khoan điện
• Sắt hàn
• Súng thổi hơi nóng
• Súng bắn keo nóng chảy
• Máy cắt và tuốt dây
• Bộ tuốc nơ vít
• Bộ kìm
• Đồng hồ vạn năng

Danh sách chi tiết của các bộ phận ở đây:

Bước 3: Mô tả mạch

Mô tả mạch tham khảo sơ đồ kết nối đính kèm:

Ở phía bên trái, có phần điện áp cao. Khối đầu cuối cho kết nối 220V và tất cả năm bộ điều hợp AC / DC. Bộ điều hợp cung cấp điện áp đo theo bốn bước - phạm vi: 12V, 24V, 36V, 48V.

Mô-đun 5VA và 5VB dành riêng cho MCU Arduino Nano và Vôn kế Led kỹ thuật số. Mô-đun 12VA cung cấp dải đầu tiên 12V và mô-đun 12VB thêm một giá trị 12V khác vào dải thứ hai 24V. Mô-đun tiếp theo 24V thêm 24V khác để tổng điện áp phạm vi thứ tư 48V. Bên trong mô-đun 24V cuối cùng là mạch điều chỉnh 12V, cung cấp 12V là giá trị phạm vi thứ ba đến 36V. Giải pháp này là cần thiết vì kích thước của bo mạch không cho phép sáu mô-đun được gắn trên đó.

Ở phần giữa nằm IC1 LM317. IC1 phải ở phiên bản cho điện áp cao hơn (50V). Nó được kết nối như mạch điều chỉnh dòng điện không đổi và cung cấp dòng điện không đổi qua toàn bộ phạm vi của mỗi bước điện áp. Dòng điện này ổn định trong một phạm vi, nhưng khác nhau trong từng bước. Các giá trị có thể điều chỉnh và là 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Các giá trị được chọn làm giới hạn trên cho điốt có công suất 250mW và chúng đủ tốt cho các điốt mạnh hơn.

Trên cả hai mặt của IC1 là các rơ le, được kết nối đúng bước điện áp với đầu vào của nó và điện trở tông đơ phù hợp với đầu ra của nó. Điện trở tông đơ chỉ định giá trị hiện tại trên đầu ra và dòng điện này được cấp cho điốt Zener đo được thông qua điện trở R14. Dòng điện được kiểm tra trên điện trở này bằng Arduino. Bộ chia điện áp R1, R2 lấy mẫu giảm điện áp trên R2 và kết nối nó với chân tương tự A1.

GND nối đất tương tự là chung cho tất cả các bộ điều hợp điện áp, bộ điều hợp vôn kế kỹ thuật số và IC1. Hãy cẩn thận, có một nền tảng khác, kỹ thuật số cho Arduino và bộ điều hợp của nó. Mặt đất kỹ thuật số là cần thiết cho Arduino và đầu vào tương tự của nó làm điểm tham chiếu đo lường.

Các đầu ra kỹ thuật số Arduino rơle điều khiển D4 đến D7 cho mỗi bước, điều khiển D8 Vôn kế kỹ thuật số và đèn LED LỖI điều khiển D9 có màu đỏ. Đèn LED LỖI được bật nếu không có dòng điện được phát hiện trong bất kỳ bước nào. Trong trường hợp này, diode Zener có thể có điện áp Zener cao hơn là 48V, hoặc có thể bị lỗi (hở). Nếu có ngắn mạch tại các đầu cuối của lưới, đèn LED LỖI không được kích hoạt và phát hiện điện áp rất nhỏ, thấp hơn 1V.

Sau khi tôi hoàn thành dự án, tôi quyết định thêm một đèn led nữa - POWER, bởi vì nếu vôn kế tối (tắt), không rõ ràng là chính nó đang bật hay tắt. Nguồn Led được mắc nối tiếp với điện trở 470 giữa các điểm bên ngoài PCB, từ Start X3-1 đến Zener X2-1. Điện trở được gắn trên bảng nhỏ bằng nút ấn.

Bước 4: Thi công

Như một hộp cho dự án, tôi đã sử dụng OKW bao vây, được tìm thấy trong cửa hàng linh kiện điện tử cũ. Hộp này vẫn có sẵn tại OKW dưới dạng bao vây loại vỏ. Hộp không phù hợp lắm vì quá nhỏ so với bo mạch, nhưng một số nâng cấp của bản thân hộp và PCB cho phép đặt tất cả các bộ phận bên trong. PCB được thiết kế bằng Eagle làm kích thước tối đa cho phiên bản miễn phí 8x10cm. Trong khoảnh khắc đầu tiên có vẻ như không thể đặt tất cả các thành phần trên bo mạch, nhưng cuối cùng tôi đã thành công.

Nâng cấp hộp yêu cầu loại bỏ một số bộ phận nhựa bên trong và giá đỡ cho vít. Nâng cấp bộ phận yêu cầu sửa đổi hộp nhựa cho vôn kế kỹ thuật số và cắt tròn ở hai góc, gần các đầu nối Lỗi và Nguồn chính. Nâng cấp có thể nhìn thấy trên hình ảnh. Điều quan trọng là tạo cửa sổ cho vôn kế càng gần mép hộp càng tốt. Nút ấn START nằm trên bảng nhỏ và được gắn với góc kim loại.

Cửa sổ và các lỗ trên nắp trên được làm cho Vôn kế kỹ thuật số, nút nhấn, đầu nối lò xo, Lỗi LED, Nguồn LED và đầu nối USB Arduino Nano. Ở phần dưới có rãnh cắt cho công tắc nguồn và đầu cắm phích cắm điện. Vôn kế kỹ thuật số và công tắc nguồn được cố định tại chỗ bằng keo nóng chảy. Cách tương tự là cố định cả hai chỉ số diode Led 3mm.

Đi-ốt đo được kết nối, không thông thường lắm, bằng đầu nối lò xo âm thanh. Tôi đang tìm kiếm một số kết nối đơn giản và nhanh chóng. Giải pháp này có vẻ là giải pháp tốt nhất.

Sau khi hàn tất cả các thành phần trên bo mạch, tôi đã cách ly hai rãnh 220V ở phần dưới cùng, bằng súng bắn keo nóng chảy. Các dây dẫn từ bo mạch đến công tắc nguồn và đầu cắm phích cắm điện được cách ly bằng ống co nhiệt. Thực hiện cẩn thận, không được có bất kỳ dây điện 220V hoặc rãnh côn nào bị hở.

Trên bảng điều khiển phía trước có in nhãn trên giấy ảnh dính. Nhãn được thực hiện trong Paint, đây là công cụ trong các phụ kiện của Windows 10. Công cụ này thích hợp để tạo nhãn dụng cụ, vì nhãn có thể được thực hiện chính xác ở kích thước thực.

PCB được thiết kế bởi phần mềm miễn phí Eagle. Bảng được đặt hàng tại công ty JLCPCB với giá tốt. Không có bất kỳ lý do gì để làm điều đó ở nhà. Tôi khuyên bạn nên đặt hàng bảng và vì lý do này được đính kèm zip Gerber. tập tin.

Bước 5: Lập trình và Cài đặt

Phần mềm Arduino - tệp ino được đính kèm. Tôi cố gắng ghi lại tất cả các phần chính của mã và hy vọng nó dễ hiểu hơn tiếng Anh của tôi. Những gì cần được giải thích từ mã là chức năng "dịch vụ". Đây là chế độ dịch vụ và có thể được sử dụng để cài đặt công cụ nếu bạn chuyển đổi nó lần đầu tiên.

Chức năng đọc hiện tại "readCurrent" đã được giới thiệu với mã để ngăn chặn việc đọc dòng điện ngẫu nhiên ngẫu nhiên. Trong hàm này, việc đọc được thực hiện mười lần và giá trị lớn nhất được chọn từ mười giá trị. Giá trị lớn nhất của dòng điện được lấy làm mẫu cho đầu vào tương tự của Arduino.

Trong chế độ bảo dưỡng, bạn điều chỉnh bốn điện trở có thể điều chỉnh R4 đến R7. Mỗi tông đơ chịu trách nhiệm về dòng điện trong một dải điện áp. R4 cho 12V, R5 cho 24V, R6 cho 36V và R7 cho 48V. Trong chế độ này, các điện áp được đề cập dần dần được trình bày ở các đầu cuối đầu ra và cho phép điều chỉnh giá trị yêu cầu của dòng điện (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Để vào chế độ dịch vụ, nhấn BẮT ĐẦU ngay sau khi bật thiết bị trong vòng 2 giây. Bước đầu tiên (12V) được kích hoạt và đèn LED LỖI sẽ nhấp nháy một lần. Bây giờ là lúc để điều chỉnh dòng điện. Nếu dòng điện được điều chỉnh, hãy kích hoạt bước tiếp theo (24V) bằng cách nhấn BẮT ĐẦU một lần nữa. Đèn led LỖI đang nhấp nháy hai lần. Lặp lại các bước tiếp theo theo cách tương tự, sử dụng nút BẮT ĐẦU. Rời khỏi chế độ dịch vụ bằng nút BẮT ĐẦU. Trong mỗi thời điểm, thời điểm tốt nhất để nhấn BẮT ĐẦU là thời điểm nếu đèn LED LỖI tối sau một loạt nhấp nháy.

Điều chỉnh hiện tại được thực hiện bằng cách kết nối bất kỳ diode Zener nào có điện áp xung quanh phạm vi trung bình, đối với phạm vi 12V, nó phải là diode 6 đến 7V. Điốt Zener này phải được mắc nối tiếp với ampe kế hoặc đồng hồ vạn năng. Giá trị điều chỉnh của dòng điện không được chính xác, trừ 15% đến cộng 5% là OK.

Bước 6: Kết luận

Giải pháp được trình bày để đo điốt Zener của Arduino là hoàn toàn mới. Vẫn còn một số nhược điểm như nguồn điện 220V, vôn kế Led và điện áp đo được tối đa 48V. Công cụ có thể được cải thiện ở những điểm yếu đã đề cập. Ban đầu tôi dự định cấp nguồn cho nó bằng pin, nhưng cấp nguồn cho Arduino và đo điện áp tương đối cao với một hoặc nhiều bộ chuyển đổi điện áp bước lên yêu cầu pin lớn và thiết bị sẽ có kích thước lớn hơn.

Có rất nhiều trình kiểm tra thành phần rất tốt trên thị trường. Họ có thể kiểm tra tất cả các loại bóng bán dẫn, điốt, chất bán dẫn khác và nhiều linh kiện tiêu biểu, nhưng việc đo điện áp Zener có vấn đề, vì điện áp pin nhỏ. Tôi hy vọng, bạn thích dự án của tôi và sẽ có một khoảng thời gian vui vẻ với việc xây dựng.