Circuito del medidor de LC con 555 Timer

Circuito del medidor de LC con 555 Timer

Un circuito de medidor LC se usa para medir el valor de un elemento reactivo como un condensador o un inductor. Este artículo describe el diseño y el funcionamiento de un circuito simple con un 555 Timer y un microcontrolador. Una ventaja de este circuito es su simplicidad y precisión.

 

Principio de funcionamiento del circuito del medidor de LC:

El circuito del medidor LC se basa en el principio básico de medir la capacitancia (inductancia) usando la relación entre capacitancia (inductancia) y voltaje. Un divisor de potencial se organiza utilizando una resistencia y un condensador (inductor) de modo que una tensión de CA de entrada en el divisor da como resultado una tensión de salida a través del condensador (inductor). Esta tensión se alimenta al pin de control de un 555 Timer IC en modo estable, por lo que la frecuencia de la señal de salida es proporcional a la tensión de control. Esta señal en forma de pulsos se alimenta a un microcontrolador que calcula la frecuencia y luego se calcula el valor del capacitor (inductor).

Diagrama del circuito del medidor de LC:

Diagrama del circuito del medidor LC

Diagrama del circuito del medidor LC

Diseño del circuito del medidor de LC:

Esto es un circuito simple y no requiere mucha complejidad en el diseño. El primer paso del diseño consiste en diseñar el circuito del temporizador 555. Un circuito divisor potencial se diseña utilizando una resistencia y un condensador (inductancia) de manera que la tensión a través del condensador (inductor) sea igual a la mitad de la tensión pico a pico de entrada de 8V. Este voltaje se alimenta como voltaje de control a 555 Timer. Como la relación entre la frecuencia de salida y la tensión de control requiere el término ln (1-(Vcontrol/(Vcc-Vcontrol)) (según la ecuación de Spehro Pefhany), la tensión de control debe ser menor que la tensión de alimentación para 555 Timer (que es 5V) Suponiendo el período de tiempo de un ciclo de trabajo del 60% y una señal de salida de 1 mseg, el valor de tiempo alto es de 0.6 mseg. El valor de la señal de tiempo bajo está alrededor de 0.4 mseg. Como este valor es igual a R3C1, seleccionando un valor de 1k para la resistencia, valor del capacitor, C1 es alrededor de 0.6uF. Asuma los valores seleccionados y sustituya los valores requeridos en la ecuación dada:-

Th = C1 (R2 + R3) ln (1-(Vcontrol)/(2Vcc-Vcontrol))

Conseguimos que R2 esté alrededor de 0.9MOhms.

Dado que para el circuito divisor de potencial, el voltaje a través de la reactancia es la mitad del voltaje de entrada, el valor de la resistencia es igual a la reactancia. En otras palabras, de acuerdo con nuestra elección de la resistencia R1, podemos determinar el rango de capacitancia (inductancia). Aquí seleccionamos una olla de 100 k; el rango de capacitancia puede ser hasta 3.18nF, el rango de inductancia es de hasta 3.18H.

El segundo paso consiste en diseñar el circuito del microcontrolador. Aquí estamos usando el microcontrolador 89C51. Implica el diseño del circuito de restablecimiento y el circuito del oscilador. Como el voltaje en el pin de reinicio debe estar en un valor umbral de 1.2V y el ancho del pulso de reinicio debe ser de aproximadamente 100ms, seleccionamos los valores de resistencia y capacitor de manera que RC & gt; = 100ms. Aquí seleccionamos una resistencia de 10K y un condensador de electrolito de 10uF. Diseñar el circuito del oscilador implica seleccionar un oscilador de cristal para proporcionar una señal de reloj de 24MHz. Dos condensadores cerámicos de cada 30pF están conectados a los dos extremos del condensador para garantizar un funcionamiento sin problemas. El cristal está conectado a los pines 18 y 19 del microcontrolador. Además de diseñar el circuito de reinicio, otra parte del diseño del circuito del microcontrolador implica el diseño del circuito de interfaz. Esto se hace usando una pantalla de 7 segmentos de un solo dígito conectada al puerto P2.

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¿Cómo funciona el circuito del medidor LC?

La operación del circuito se puede explicar mejor en dos fases. En la primera fase, una tensión alterna de entrada del pico de 8 V produciría una tensión de 4V a través del elemento reactivo bajo medición. Este voltaje se alimenta al pin de control del temporizador 555. Esto asegura que se aplica un voltaje de control al terminal inversor del comparador superior. A medida que el capacitor se carga a través de las resistencias R2 y R3, se desarrolla una tensión a través del condensador. Tan pronto como la tensión del condensador es mayor que la tensión de control, la salida del comparador superior es una señal lógica alta, lo que provoca que el flip-flop se restablezca. Esto hace que la salida 555 sea una señal alta. A medida que el transistor conectado internamente al pin de descarga se satura, el condensador comienza a descargar. Tan pronto como este voltaje sea inferior a 1/3Vcc, la salida del comparador inferior es una señal lógica alta. Esto hace que el flip flop se establezca y la salida del 555 Timer sea baja. Por lo tanto, se produce una señal oscilante en la salida. Dado que cuanto antes la tensión del condensador alcanza la tensión de control, antes se alcanza el nivel lógico alto en la salida del temporizador, el ancho del pulso de salida depende del voltaje de control.

En otras palabras, se produce una señal de salida cuya la frecuencia depende del voltaje de control. Esta señal se alimenta al microcontrolador.

La segunda fase de operación implica el funcionamiento del microcontrolador. Tan pronto como el dispositivo se enciende, el compilador escanea el pin de puerto P1.0. Según el programa, el compilador comprueba el tiempo para el cual la señal de salida es alta. Este es el valor alto de tiempo de la señal. Como este valor depende del voltaje de control, el compilador calcula la tensión de control. Como esta tensión de control es la tensión en el elemento bajo medición, se calcula el valor de capacitancia o inductancia. Como este valor está en forma decimal, el compilador convierte este valor en un valor hexadecimal. Este valor se envía al puerto P2 que está conectado a la pantalla de 7 segmentos.

Limitaciones del circuito del medidor LC:

  1. Este circuito calcula solo el valor de la reactancia y no la diferencia de fase.
  2. El rango de capacitancia/inductancia es limitado y para mayor capacitancia.

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