Arduino Zener Diode Tester: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

Zener Diode Tester ถูกควบคุมโดย Arduino Nano เครื่องทดสอบจะวัดค่าแรงดันซีเนอร์สำหรับไดโอดตั้งแต่ 1.8V ถึง 48V กำลังการกระจายของไดโอดที่วัดได้อาจอยู่ระหว่าง 250mW ถึงไม่กี่วัตต์ การวัดค่าทำได้ง่ายเพียงแค่ต่อไดโอดแล้วกดปุ่ม START

Arduino Nano ค่อยๆ เชื่อมต่อช่วงแรงดันไฟฟ้าจากต่ำไปสูงในสี่ขั้นตอน สำหรับแต่ละขั้นตอน กระแสจะถูกตรวจสอบผ่านไดโอดซีเนอร์ที่วัดได้ หากกระแสมีค่ามากกว่าศูนย์ (ไม่ใช่ศูนย์) หมายความว่า: ตรวจพบแรงดันซีเนอร์ ในกรณีนี้ แรงดันไฟจะแสดงขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง (ปรับโดยซอฟต์แวร์เป็น 10 วินาที) และการวัดจะหยุดลง กระแสในแต่ละขั้นตอนจะคงที่ตลอดแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดในช่วงนั้นและลดลงโดยการเพิ่มจำนวนขั้นตอน - ช่วงแรงดันไฟฟ้า

เพื่อรักษาการกระจายพลังงานสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น จะต้องลดกระแสในช่วงนี้ เครื่องทดสอบถูกออกแบบมาเพื่อวัดไดโอดตั้งแต่ 250mW และ 500mW ไดโอดซีเนอร์ที่มีกำลังสูงกว่าสามารถวัดได้ในลักษณะเดียวกัน แต่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จะต่ำกว่าประมาณ 5%

คำเตือน: โปรดระวังให้มาก ในโครงการนี้ใช้ไฟฟ้าแรงสูง 110/220V หากคุณไม่คุ้นเคยกับความเสี่ยงที่จะโดนแรงดันไฟหลัก อย่าพยายามทำตามคำแนะนำนี้!

ขั้นตอนที่ 1: ซีเนอร์ไดโอด

ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดชนิดพิเศษที่ใช้เป็นหลักในวงจร เช่น ส่วนประกอบแรงดันอ้างอิงหรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ในลักษณะของแรงดันไฟฟ้ าไปข้างหน้า ลักษณะ IV จะเหมือนกันกับไดโอดเอนกประสงค์ แรงดันตกประมาณ 0.6V มีอคติในทิศทางย้อนกลับมีจุดที่กระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาก - แรงดันพังทลาย แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันซีเนอร์ ณ จุดนี้ ไดโอดซีเนอร์ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟที่มีเอาต์พุตแรงดันคงที่ จะเผาไหม้ทันที นี่คือเหตุผลว่าทำไมกระแสผ่านซีเนอร์ไดโอดจึงต้องถูกจำกัดด้วยตัวต้านทาน

ลักษณะ IV จะแสดงบนภาพ ไดโอดซีเนอร์แต่ละประเภทกำหนดค่าปัจจุบันซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ที่ถูกต้องตามที่ระบุ (แรงดันไฟฟ้านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้เล็กน้อยโดยการเพิ่มกระแส) กระแสทั่วไปสำหรับไดโอดที่มีการกระจายพลังงานประมาณ 250 ถึง 500mW คือ 3 ถึง 10mA และขึ้นอยู่กับค่าแรงดันไฟฟ้า

แรงดันพังทลายค่อนข้างคงที่สำหรับกระแสที่หลากหลายและเป็นเรื่องปกติและแตกต่างกันสำหรับแต่ละไดโอด ค่าของมันอาจอยู่ระหว่าง 2V ถึงมากกว่า 100V ไดโอดซีเนอร์ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในวงจรปกติที่ใช้งานได้จริง มีการระบุด้วยแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่า 50V

ขั้นตอนที่ 2: อะไหล่

รายการชิ้นส่วนที่ใช้:

• กล่องหุ้มจาก OKW แบบเปลือก OKW 9408331
• อะแดปเตอร์ Hi-Link AC/DC 220V/12V, 2 ชิ้น, eBay
• อะแดปเตอร์ Hi-Link AC/DC 220V/5V, 2 ชิ้น, eBay
• อะแดปเตอร์ AC/DC 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• ตัวเก็บประจุ M1 2 ชิ้น, M33 1 ชิ้น, ร้านค้าในพื้นที่
• ไดโอด 1N4148 5 ชิ้น, Banggood
• IC1, LM317T, รุ่นไฟฟ้าแรงสูง, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• ทรานซิสเตอร์ 2N222 5 ชิ้น, Banggood
• รีเลย์ 351, 5V, 4 ชิ้น, eBay
• รีเลย์กก 5V อีเบย์
• ตัวต้านทาน 33R, 470R, 1k 4 ชิ้น, 4.7k, 10k, 15k 2 ชิ้น, ร้านค้าในพื้นที่
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2 ชิ้น, eBay
• ขั้วต่อสกรู Banggood
• เชื่อมต่อ Molex 2pins, Banggood
• เชื่อมต่อ Molex 3pins, Banggood
• สวิตช์หลักขนาดเล็กขนาดเล็ก eBay
• จอแสดงผล LED 0-100V 3 บรรทัด eBay
• ปลั๊กไฟเข้า eBay
• ขั้วต่อสปริงเสียง eBay
• ไมโครสวิตช์และปุ่ม Banggood
• LED 3mm สีเขียวและสีแดง, 2 ชิ้น, Banggood
• ฟิวส์ 0.5A และตัวยึดฟิวส์ 5x20 มม. eBay
• สายไฟหลักสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก

เครื่องมือ:

• สว่านไฟฟ้า
• หัวแร้ง
• ปืนความร้อน
• ปืนกาวร้อนละลาย
• เครื่องปอกและตัดลวด
• ชุดไขควง
• ชุดคีม
• มัลติมิเตอร์

รายการรายละเอียดของชิ้นส่วนอยู่ที่นี่:

ขั้นตอนที่ 3: คำอธิบายวงจร

คำอธิบายวงจรอ้างถึงไดอะแกรมการเชื่อมต่อที่แนบมา:

ด้านซ้ายมีชิ้นส่วนไฟฟ้าแรงสูง แผงขั้วต่อสำหรับการเชื่อมต่อ 220V และอะแดปเตอร์ AC/DC ทั้งห้าตัว อะแดปเตอร์ส่งแรงดันการวัดในสี่ขั้นตอน - ช่วง: 12V, 24V, 36V, 48V

โมดูล 5VA และ 5VB ใช้สำหรับ MCU Arduino Nano และโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลโดยเฉพาะ โมดูล 12VA จ่ายช่วงแรก 12V และโมดูล 12VB เพิ่มอีก 12V เป็นค่าช่วงที่สอง 24V โมดูลถัดไป 24V เพิ่มอีก 24V เพื่อรวมแรงดันไฟฟ้าช่วงที่สี่ 48V ภายในโมดูล 24V สุดท้ายคือวงจรควบคุม 12V โดยให้ 12V เป็นค่าช่วงที่สามเป็น 36V วิธีแก้ปัญหานี้จำเป็นเพราะขนาดของบอร์ดไม่อนุญาตให้ติดตั้งโมดูลหกโมดูล

ตรงกลางคือ IC1 LM317 IC1 ต้องเป็นเวอร์ชันสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (50V) มีการเชื่อมต่อเป็นวงจรควบคุมกระแสคงที่และให้กระแสคงที่ตลอดช่วงแรงดันไฟฟ้าแต่ละช่วง กระแสนี้มีความเสถียรในช่วงเดียว แต่ต่างกันในแต่ละขั้นตอน ค่าสามารถปรับได้และ 20mA (12V), 10mA(24V), 7mA(36V), 5mA(48V) ค่าจะถูกเลือกเป็นขีดจำกัดบนสำหรับไดโอดที่มีกำลังไฟ 250mW และดีพอสำหรับไดโอดที่ทรงพลังกว่า

ทั้งสองด้านของ IC1 เป็นรีเลย์ซึ่งเชื่อมต่อขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องกับอินพุตและตัวต้านทานทริมเมอร์ด้านขวากับเอาต์พุต ตัวต้านทานทริมเมอร์ระบุค่าปัจจุบันของเอาต์พุต และกระแสนี้จะถูกป้อนไปยังไดโอด Zener ที่วัดได้ผ่านตัวต้านทาน R14 Arduino ตรวจสอบกระแสบนตัวต้านทานนี้ ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า R1, R2 นำตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงบน R2 และเชื่อมต่อกับพินอะนาล็อก A1

GND ภาคพื้นดินแบบแอนะล็อกเป็นเรื่องปกติสำหรับอะแดปเตอร์แรงดันไฟฟ้า อะแดปเตอร์โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล และ IC1 ระวัง มีกราวด์อื่น ดิจิตอลสำหรับ Arduino และอะแดปเตอร์ ดิจิตอลกราวด์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ Arduino และอินพุตแบบอะนาล็อกเป็นจุดอ้างอิงการวัด

Arduino ดิจิตอลเอาท์พุต D4 ถึง D7 ควบคุมรีเลย์สำหรับแต่ละขั้นตอน ควบคุม D8 ดิจิตอลโวลต์มิเตอร์และข้อผิดพลาดการควบคุม D9 ที่นำเป็นสีแดง ไฟ LED แสดงข้อผิดพลาดจะติดขึ้นหากตรวจไม่พบกระแสไฟในขั้นตอนใดๆ ในกรณีนี้ซีเนอร์ไดโอดอาจมีแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์สูงกว่าเป็น 48V หรืออาจมีข้อบกพร่อง (เปิด) หากมีไฟฟ้าลัดวงจรที่ขั้วต่อการวัด ไฟ LED ของ ERROR จะไม่ทำงานและแรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบมีขนาดเล็กมาก ต่ำกว่า 1V

หลังจากที่ฉันทำโปรเจ็กต์เสร็จแล้ว ฉันตัดสินใจเพิ่มไฟ LED อีกหนึ่งอัน - POWER เพราะถ้าโวลต์มิเตอร์มืด (ปิด) จะไม่เห็นชัดเจนว่าเครื่องมือเปิดหรือปิดอยู่ Led Power เชื่อมต่อแบบอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 470 ระหว่างจุดนอก PCB จาก Start X3-1 ถึง Zener X2-1 ตัวต้านทานถูกติดตั้งบนกระดานขนาดเล็กพร้อมปุ่มกด

ขั้นตอนที่ 4: การก่อสร้าง

เป็นกล่องสำหรับโครงการ ผมใช้ตู้ OKW ที่พบในร้านขายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เก่า กล่องนี้ยังคงมีอยู่ที่ OKW เป็นกล่องหุ้มชนิดเชลล์ กล่องไม่เหมาะมากเพราะเล็กเกินไปสำหรับบอร์ด แต่การอัพเกรดตัวกล่องและ PCB บางส่วนทำให้สามารถใส่ชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าไปข้างในได้ PCB ได้รับการออกแบบใน Eagle เป็นขนาดสูงสุดสำหรับรุ่นฟรี 8x10 ซม. ในช่วงแรก ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะใส่ส่วนประกอบทั้งหมดบนกระดาน แต่ในที่สุดฉันก็ประสบความสำเร็จ

การอัพเกรดกล่องต้องถอดชิ้นส่วนพลาสติกด้านในออกและยึดสำหรับสกรู การอัพเกรดชิ้นส่วนจำเป็นต้องแก้ไขกล่องพลาสติกสำหรับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล และทำการตัดแบบกลมบนสองมุม ใกล้กับขั้วต่อข้อผิดพลาดและแหล่งจ่ายไฟหลัก การอัพเกรดจะปรากฏบนรูปภาพ สิ่งสำคัญคือต้องทำให้หน้าต่างสำหรับโวลต์มิเตอร์ใกล้กับขอบกล่องมากที่สุด ปุ่มกด START อยู่บนบอร์ดขนาดเล็กและติดตั้งด้วยมุมโลหะ

หน้าต่างและรูที่ฝาครอบด้านบนทำขึ้นสำหรับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล ปุ่มกด ขั้วสปริง ไฟ LED ผิดพลาด ไฟ LED และขั้วต่อ USB Arduino Nano ด้านล่างมีช่องสำหรับสวิตซ์ไฟและปลั๊กไฟ โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลและสวิตช์เปิดปิดถูกยึดด้วยกาวร้อนละลาย วิธีเดียวกันได้รับการแก้ไขทั้งตัวบ่งชี้ LED ไดโอด 3 มม.

ไดโอดที่วัดได้เชื่อมต่ออยู่ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วไม่ได้เชื่อมต่อด้วยขั้วต่อสปริงเสียง ฉันกำลังมองหาการเชื่อมต่อที่ง่ายและรวดเร็ว วิธีแก้ปัญหานี้ดูเหมือนจะดีที่สุด

หลังจากบัดกรีส่วนประกอบทั้งหมดบนบอร์ดแล้ว ฉันได้แยกแทร็ก 220V สองแทร็กที่ส่วนล่างโดยใช้ปืนกาวร้อนละลาย สายไฟที่นำจากบอร์ดไปยังสวิตช์เปิดปิดและทางเข้าของปลั๊กไฟจะถูกแยกออกโดยท่อหดด้วยความร้อน ทำอย่างระมัดระวัง ไม่ควรมีสายไฟ 220 โวลต์หรือรางทองแดงที่สัมผัสถูกยึด PCB ไว้กับที่โดยใช้ยางรองยึดซึ่งป้องกันไม่ให้เคลื่อนที่ในแนวตั้ง

ที่แผงด้านหน้ามีการพิมพ์ฉลากบนกระดาษภาพถ่ายแบบมีกาว ติดฉลากใน Paint ซึ่งเป็นเครื่องมือในอุปกรณ์เสริมของ Windows 10 เครื่องมือนี้เหมาะสำหรับทำฉลากเครื่องมือ เนื่องจากสามารถทำฉลากในขนาดจริงได้พอดี

PCB ได้รับการออกแบบโดยซอฟต์แวร์ฟรีของ Eagle บอร์ดได้รับคำสั่งจากบริษัท JLCPCB ในราคาที่ดี ไม่มีเหตุผลที่จะทำที่บ้าน ฉันแนะนำให้สั่งบอร์ดและด้วยเหตุนี้จึงแนบ Gerber zip ไฟล์.

ขั้นตอนที่ 5: การเขียนโปรแกรมและการตั้งค่า

ซอฟต์แวร์ Arduino - แนบไฟล์ ino ฉันพยายามบันทึกส่วนหลักของรหัสทั้งหมด และหวังว่าจะเข้าใจได้ดีกว่าภาษาอังกฤษของฉัน สิ่งที่ต้องอธิบายจากโค้ดคือฟังก์ชัน "บริการ" เป็นโหมดบริการและสามารถใช้สำหรับการตั้งค่าเครื่องมือได้หากคุณเปลี่ยนเป็นครั้งแรก

ฟังก์ชันสำหรับการอ่านปัจจุบัน "readCurrent" ถูกนำมาใช้กับโค้ดเพื่อป้องกันการอ่านกระแสไฟฟ้าแบบสุ่มโดยไม่ได้ตั้งใจ ในฟังก์ชันนี้ การอ่านทำได้สิบครั้งและเลือกค่าสูงสุดจากค่าสิบค่า ค่าสูงสุดของกระแสจะถูกนำมาเป็นตัวอย่างไปยังอินพุตแบบอะนาล็อกของ Arduino

ในโหมดบริการ คุณปรับตัวต้านทานแบบปรับได้สี่ตัว R4 ถึง R7 ทริมเมอร์แต่ละตัวมีหน้าที่รับผิดชอบกระแสในช่วงแรงดันเดียว R4 สำหรับ 12V, R5 สำหรับ 24V, R6 สำหรับ 36V และ R7 สำหรับ 48V ในโหมดนี้ แรงดันไฟฟ้าที่กล่าวถึงจะค่อยๆ นำเสนอที่ขั้วเอาต์พุต และอนุญาตให้ปรับค่ากระแสที่ต้องการ (20mA, 10mA, 7mA, 5mA)

หากต้องการเข้าสู่โหมดบริการ ให้กด START หลังจากเปิดเครื่องภายใน 2 วินาที ขั้นตอนแรก (12V) เปิดใช้งานและไฟ LED ERROR จะกะพริบหนึ่งครั้ง ถึงเวลาปรับกระแส หากมีการปรับกระแสไฟ ให้เปิดใช้งานขั้นตอนต่อไป (24V) โดยกด START อีกครั้ง ไฟ LED ERROR กะพริบสองครั้ง ทำซ้ำขั้นตอนถัดไปในลักษณะเดียวกัน โดยใช้ปุ่ม START ออกจากโหมดบริการโดยปุ่ม START ในแต่ละครั้ง ช่วงเวลาที่ดีที่สุดสำหรับการกด START คือเวลาหาก LED ERROR มืดหลังจากกะพริบเป็นชุด

การปรับกระแสทำได้โดยเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอดใดๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้ารอบช่วงกลาง สำหรับช่วง 12V ควรเป็นไดโอด 6 ถึง 7V ไดโอดซีเนอร์นี้ต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแอมมิเตอร์หรือมัลติมิเตอร์ ค่าปัจจุบันที่ปรับแล้วไม่ควรแม่นยำ ลบ 15% ถึงบวก 5% ก็ใช้ได้

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุป

นำเสนอโซลูชันสำหรับการวัดซีเนอร์ไดโอดโดย Arduino ใหม่ทั้งหมด ยังมีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น แหล่งจ่ายไฟ 220V, โวลต์มิเตอร์แบบ LED และแรงดันไฟสูงสุดที่วัดได้ 48V สามารถปรับปรุงเครื่องมือในจุดอ่อนดังกล่าว เดิมทีฉันวางแผนที่จะจ่ายไฟให้กับแบตเตอรี่ แต่การจ่ายไฟให้กับ Arduino และแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ค่อนข้างสูงด้วยตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพอย่างน้อยหนึ่งตัวต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่และเครื่องมือจะต้องมีขนาดใหญ่กว่า

มีเครื่องทดสอบส่วนประกอบที่ดีมากในตลาด พวกเขาสามารถทดสอบทรานซิสเตอร์ ไดโอด เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ และส่วนประกอบแบบพาสซีฟได้ทุกประเภท แต่การวัดแรงดันซีเนอร์นั้นมีปัญหา เนื่องจากแรงดันแบตเตอรี่ขนาดเล็ก ฉันหวังว่าคุณจะสนุกกับโครงการของฉันและจะมีช่วงเวลาที่ดีในการเล่นกับการก่อสร้าง