Tester diod Arduino Zenera: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Tester diod Zenera jest kontrolowany przez Arduino Nano. Tester mierzy przebicie napięcie Zenera dla diod od 1.8V do 48V. Moc rozpraszania mierzonych diod może wynosić od 250mW do kilku watów. Pomiar jest prosty, wystarczy podłączyć diodę i nacisnąć przycisk START.

Arduino Nano stopniowo łączy zakres napięć od niższych do wyższych, w czterech krokach. Dla każdego kroku prąd jest sprawdzany przez zmierzoną diodę Zenera. Jeżeli prąd jest powyżej zera (nie zera), oznacza to: wykryto napięcie Zenera. W tym przypadku napięcie jest wyświetlane przez pewien czas (nastawiony programowo na 10 sekund) i pomiar jest zatrzymywany. Prąd w każdym kroku jest stały we wszystkich napięciach w tym zakresie i maleje wraz ze wzrostem numeru kroku - zakresu napięcia.

Aby utrzymać rozpraszanie mocy dla wyższych napięć, prąd w tym zakresie musi zostać zmniejszony. Tester przeznaczony jest do pomiaru diod od 250mW i 500mW. Diody Zenera o większej mocy mogą być mierzone w ten sam sposób, ale mierzona wartość napięcia jest niższa o około 5%.

UWAGA: Proszę być bardzo ostrożnym. W projekcie zastosowano wysokie napięcie 110/220V. Jeśli nie jesteś zaznajomiony z ryzykiem dotknięcia głównego napięcia, nie próbuj tej instrukcji!

Krok 1: Dioda Zenera

Dioda Zenera to specjalny rodzaj diody stosowany głównie w obwodach takich jak element napięcia odniesienia lub regulator napięcia. W kierunku przewodzenia charakterystyki I-V są takie same jak diody ogólnego przeznaczenia. Spadek napięcia wynosi około 0,6V. Przesunięty w odwrotnym kierunku jest punkt, w którym prąd rośnie bardzo gwałtownie - napięcie przebicia. To napięcie jest określane jako napięcie Zenera. W tym momencie dioda Zenera podłączona bezpośrednio do zasilacza ze stałym napięciem wyjściowym spaliłaby się natychmiast. Z tego powodu prąd płynący przez diodę Zenera musi być ograniczany rezystorem.

Charakterystyki I-V są wyświetlane na obrazie. Każdy typ diody Zenera definiuje wartość prądu, przy której określone jest właściwe napięcie Zenera. (To napięcie można nieznacznie zmienić przez zwiększenie prądu). Typowy prąd dla diod o stratach mocy od 250 do 500mW wynosi od 3 do 10mA i zależy od wartości napięcia.

Napięcie przebicia jest stosunkowo stabilne dla szerokiego zakresu prądów i jest typowe i różne dla każdej diody. Jego wartość może wynosić od około 2V do ponad 100V. Diody Zenera, które są najczęściej używane w praktycznych zwykłych obwodach, są specyfikowane na napięcia mniejsze niż 50V.

Krok 2: Części

Lista używanych części:

• Obudowa firmy OKW typu Shell OKW 9408331
• Zasilacz Hi-Link AC/DC 220V/12V, 2 szt., eBay
• Zasilacz Hi-Link AC/DC 220V/5V, 2 szt., eBay
• Zasilacz AC/DC 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondensatory M1 2szt, M33 1szt, lokalny sklep
• Diody 1N4148 5szt, Banggood
• IC1, LM317T, wersja wysokonapięciowa, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Tranzystory 2N222 5szt, Banggood
• Przekaźnik 351, 5V, 4szt, eBay
• Kontaktron, 5V, eBay
• Rezystory 33R, 470R, 1k 4szt, 4,7k, 10k, 15k 2szt, lokalny sklep
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2szt, eBay
• Blok zacisków śrubowych, Banggood
• Złącze Molex 2 piny, Banggood
• Złącze Molex 3 piny, Banggood
• Mały mini wyłącznik główny, eBay
• Wyświetlacz LED 0-100V, 3 linie, eBay
• Gniazdo zasilania, eBay
• Sprężynowy terminal audio, eBay
• Mikroprzełącznik i przycisk, Banggood
• LED 3mm zielony i czerwony, 2szt, Banggood
• Bezpiecznik 0,5A i uchwyt bezpiecznika 5x20mm, eBay
• Główny przewód zasilający do małych instrumentów

Narzędzia:

• Wiertarka elektryczna
• Lutownica
• Opalarka
• Pistolet do klejenia na gorąco
• Narzędzie do ściągania izolacji i przecinak
• Zestaw wkrętaków
• Zestaw szczypiec
• Multimetr

Szczegółowa lista części znajduje się tutaj:

Krok 3: Opis obwodu

Opis obwodu odnosi się do załączonego schematu połączeń:

Po lewej stronie znajduje się część wysokiego napięcia. Blok zacisków do podłączenia 220 V i wszystkich pięciu adapterów AC/DC. Adaptery dostarczają napięcia pomiarowe w czterech krokach - zakresy: 12V, 24V, 36V, 48V.

Moduły 5VA i 5VB dedykowane są do MCU Arduino Nano i woltomierza cyfrowego Led. Moduły 12VA zasilają pierwszy zakres 12V, a moduł 12VB dodają kolejne 12V do wartości drugiego zakresu 24V. Następny moduł 24V dodaje kolejne 24V do sumy napięcia czwartego zakresu 48V. Wewnątrz ostatniego modułu 24V znajduje się obwód regulatora 12V, dostarczający 12V jako wartość trzeciego zakresu do 36V. Takie rozwiązanie było konieczne, ponieważ wielkość płytki nie pozwalała na zamontowanie na niej sześciu modułów.

W środkowej części znajduje się IC1 LM317. IC1 musi być w wersji na wyższe napięcie (50V). Jest on podłączony jako obwód stałego regulatora prądu i zapewnia stały prąd w całym zakresie każdego stopnia napięciowego. Ten prąd jest stabilny w jednym zakresie, ale inny w każdym kroku. Wartości są regulowane i wynoszą 20mA (12V), 10mA(24V), 7mA(36V), 5mA(48V). Wartości są wybierane jako górne granice dla diody o mocy 250mW i są wystarczająco dobre dla mocniejszych diod.

Po obu stronach IC1 znajdują się przekaźniki podłączone do odpowiedniego stopnia napięciowego do jego wejścia i do prawego rezystora trymera do jego wyjścia. Rezystor trymera określa wartość prądu na wyjściu i prąd ten jest podawany do mierzonej diody Zenera przez rezystor R14. Prąd sprawdzany jest na tym rezystorze przez Arduino. Dzielnik napięcia R1, R2 pobiera zmniejszoną próbkę napięcia na R2 i łączy go z pinem analogowym A1.

Uziemienie analogowe GND jest wspólne dla wszystkich adapterów napięcia, adaptera woltomierza cyfrowego i IC1. Uważaj, jest jeszcze jedna masa, cyfrowa dla Arduino i jego adaptera. Uziemienie cyfrowe jest niezbędne dla Arduino i jego wejścia analogowego jako punktu odniesienia pomiaru.

Wyjścia cyfrowe Arduino D4 do D7 kontrolują przekaźniki dla każdego kroku, D8 control Cyfrowy woltomierz i D9 control ERROR led w kolorze czerwonym. Dioda ERROR świeci się, jeśli nie wykryto prądu w żadnym kroku. W takim przypadku dioda Zenera może mieć wyższe napięcie Zenera niż 48V lub może być uszkodzona (otwarta). W przypadku zwarcia na zaciskach pomiarowych dioda ERROR nie jest aktywowana, a wykryte napięcie jest bardzo małe, poniżej 1V.

Po skończeniu projektu postanowiłem dodać jeszcze jedną diodę - POWER, ponieważ jeśli woltomierz jest ciemny (wyłączony), to nie wiadomo, czy sam przyrząd jest włączony, czy wyłączony. Led Power jest połączony szeregowo z rezystorem 470 pomiędzy punktami na zewnątrz PCB, od Start X3-1 do Zenera X2-1. Rezystor montowany jest na małej płytce z przyciskiem.

Krok 4: Budowa

Jako pudło do projektu użyłem obudowy OKW, znalezionej w starym sklepie z częściami elektronicznymi. To pudełko jest nadal dostępne w OKW jako obudowa typu shell. Pudełko nie jest zbyt odpowiednie, ponieważ jest za małe na płytkę, ale niektóre ulepszenia samego pudełka i PCB pozwalają na umieszczenie wszystkich części w środku. Płytka została zaprojektowana w Eagle w maksymalnym rozmiarze dla darmowej wersji 8x10cm. W pierwszej chwili wydaje się, że nie da się włożyć wszystkich elementów na pokład, ale w końcu się udało.

Ulepszenie pudełka wymaga usunięcia części plastikowych wewnątrz i podstawek na śruby. Modernizacja części wymaga modyfikacji plastikowego pudełka na woltomierz cyfrowy i wykonania okrągłego wycięcia w dwóch rogach, w pobliżu złączy błędu i zasilania głównego. Ulepszenia są widoczne na zdjęciach. Ważne jest, aby okienko na woltomierz znajdowało się jak najbliżej krawędzi skrzynki. Przycisk START znajduje się na małej płytce i mocowany jest za pomocą metalowego kątownika.

Okna i otwory w górnej pokrywie są przeznaczone na woltomierz cyfrowy, przycisk, zacisk sprężynowy, diodę LED Error, diodę LED Power i złącze USB Arduino Nano. W dolnej części znajduje się wycięcie na wyłącznik sieciowy i wejście na wtyczkę. Woltomierz cyfrowy i wyłącznik zasilania są mocowane za pomocą kleju topliwego. W ten sam sposób naprawiane są oba wskaźniki diodowe 3mm Led.

Mierzona dioda jest podłączona, niezbyt typowo, przez złącze sprężynowe audio. Szukałem prostego i szybkiego połączenia. To rozwiązanie wydaje się najlepsze.

Po przylutowaniu wszystkich elementów na płytce, za pomocą pistoletu do klejenia na gorąco wyizolowałem dwa tory 220V w dolnej części. Przewody prowadzące z płyty do wyłącznika zasilania i do wejścia wtyczki zasilania są izolowane rurkami termokurczliwymi. Zrób to ostrożnie, nie powinno być żadnego odsłoniętego przewodu 220 V ani miedzianego toru. Płytka jest mocowana na miejscu za pomocą samoprzylepnych gumowych przekładek, które uniemożliwiają jej przesuwanie się w pionie.

Na panelu przednim znajduje się nadruk etykiety na samoprzylepnym papierze fotograficznym. Etykieta jest wykonywana w Paint, który jest narzędziem w akcesoriach Windows 10. Narzędzie to nadaje się do wykonywania etykiet na instrumenty, ponieważ etykietę można wykonać dokładnie w rzeczywistym rozmiarze.

PCB została zaprojektowana przez wolne oprogramowanie Eagle. Płyta została zamówiona w firmie JLCPCB za dobrą cenę. Nie ma powodu, aby robić to w domu. Polecam zamówić deskę iz tego powodu jest dołączony zamek Gerber. plik.

Krok 5: Programowanie i ustawianie

Oprogramowanie Arduino - w załączeniu plik ino. Staram się udokumentować wszystkie główne części kodu i mam nadzieję, że jest on lepiej zrozumiały niż mój angielski. To, co należy wyjaśnić z kodu, to funkcja "serwis". Jest to tryb serwisowy i może być użyty do ustawienia instrumentu, jeśli przełączysz go po raz pierwszy.

W kodzie wprowadzono funkcję odczytu bieżącego „readCurrent”, aby zapobiec przypadkowym, przypadkowym odczytom prądu. W tej funkcji odczyt odbywa się dziesięć razy, a maksymalna wartość jest wybierana z dziesięciu wartości. Maksymalna wartość prądu pobierana jest jako próbka na wejście analogowe Arduino.

W trybie serwisowym ustawiasz cztery regulowane rezystory R4 do R7. Każdy trymer odpowiada za prąd w jednym zakresie napięć. R4 dla 12 V, R5 dla 24 V, R6 dla 36 V i R7 dla 48 V. W tym trybie wymienione napięcia są stopniowo prezentowane na zaciskach wyjściowych i pozwalają na ustawienie żądanej wartości prądu (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Aby wejść w tryb serwisowy naciśnij START zaraz po włączeniu przyrządu w ciągu 2 sekund. Pierwszy stopień (12V) jest aktywowany, a dioda ERROR miga raz. Nadszedł czas na dostosowanie prądu. Jeśli prąd jest regulowany, aktywuj następny krok (24 V), ponownie naciskając START. Dioda ERROR miga dwukrotnie. Powtórz kolejne kroki w ten sam sposób, używając przycisku START. Wyjdź z trybu serwisowego przyciskiem START. Za każdym razem najlepszym momentem na naciśnięcie przycisku START jest czas, gdy dioda ERROR jest ciemna po serii mrugnięć.

Regulacja prądu odbywa się poprzez podłączenie dowolnej diody Zenera o napięciu w okolicach środka zakresu, dla zakresu 12V powinna to być dioda od 6 do 7V. Ta dioda Zenera musi być połączona szeregowo z amperomierzem lub multimetrem. Ustawiona wartość prądu nie powinna być dokładna, minus 15% do plus 5% jest OK.

Krok 6: Wniosek

Prezentowane rozwiązanie do pomiaru diod Zenera firmy Arduino jest całkowicie nowe. Wciąż są pewne wady, takie jak zasilanie 220V, woltomierz Led i maksymalne mierzone napięcie 48V. Instrument można ulepszyć w przypadku wspomnianych niedociągnięć. Pierwotnie planowałem zasilać go z baterii, ale zasilanie Arduino i stosunkowo wysokie napięcie pomiarowe za pomocą jednego lub więcej konwerterów napięcia podwyższającego wymaga dużej baterii, a instrument byłby większy.

Na rynku istnieje wiele bardzo dobrych testerów podzespołów. Mogą testować wszelkiego rodzaju tranzystory, diody, inne półprzewodniki i wiele elementów pasywnych, ale pomiar napięcia Zenera jest problematyczny ze względu na niskie napięcie baterii. Mam nadzieję, że spodobał się Wam mój projekt i miło spędzicie czas bawiąc się konstrukcją.