Arduino Zener-Dioden-Tester - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Der Zener-Dioden-Tester wird von Arduino Nano gesteuert. Tester misst die Durchschlags-Zener-Spannung für Dioden von 1,8 V bis 48 V. Die Verlustleistung der gemessenen Dioden kann von 250 mW bis zu einigen Watt betragen. Die Messung ist einfach, schließen Sie einfach die Diode an und drücken Sie die Taste START.

Arduino Nano verbindet schrittweise den Spannungsbereich von niedriger zu höher, in vier Schritten. Für jeden Schritt wird der Strom durch die gemessene Zener-Diode überprüft. Wenn der Strom über dem Nullwert (nicht Null) liegt, bedeutet dies: Zenerspannung wurde erkannt. In diesem Fall wird die Spannung für eine bestimmte Zeit angezeigt (per Software auf 10 Sekunden eingestellt) und die Messung wird gestoppt. Der Strom in jedem Schritt ist über alle Spannungen in diesem Bereich konstant und nimmt mit zunehmender Schrittzahl ab - Spannungsbereich.

Um die Verlustleistung für höhere Spannungen aufrechtzuerhalten, muss der Strom in diesem Bereich reduziert werden. Tester wurde entwickelt, um Dioden von 250mW und 500mW zu messen. Zener-Dioden mit höherer Leistung könnten genauso gemessen werden, aber der gemessene Spannungswert ist um etwa 5% niedriger.

WARNUNG: Bitte seien Sie sehr vorsichtig. In diesem Projekt wird Hochspannung 110/220V verwendet. Wenn Sie mit der Gefahr des Berührens der Netzspannung nicht vertraut sind, versuchen Sie dieses Instructable nicht!

Schritt 1: Zener-Diode

Die Zener-Diode ist eine spezielle Art von Diode, die hauptsächlich in Schaltungen wie Referenzspannungskomponenten oder Spannungsreglern verwendet wird. In Durchlassspannungsrichtung sind die I-V-Kennlinien die gleichen wie bei Allzweckdioden. Der Spannungsabfall beträgt etwa 0,6 V. In umgekehrter Richtung vorgespannt, gibt es einen Punkt, an dem der Strom sehr stark ansteigt - die Durchbruchspannung. Diese Spannung wird als Zenerspannung bezeichnet. An diesem Punkt würde eine Zener-Diode, die direkt an die Stromversorgung mit konstantem Spannungsausgang angeschlossen ist, sofort brennen. Aus diesem Grund muss der Strom durch die Zener-Diode durch einen Widerstand begrenzt werden.

I-V-Eigenschaften werden auf dem Bild angezeigt. Jeder Zenerdiodentyp definiert einen Stromwert, bei dem die richtige Zenerspannung angegeben ist. (Diese Spannung kann durch Stromerhöhung leicht verändert werden). Der typische Strom für Dioden mit einer Verlustleistung von etwa 250 bis 500 mW beträgt 3 bis 10 mA und hängt vom Spannungswert ab.

Die Durchbruchspannung ist für einen weiten Strombereich relativ stabil und für jede Diode typisch und unterschiedlich. Sein Wert könnte von etwa 2 V bis über 100 V reichen. Zenerdioden, die meist in praxisüblichen Schaltungen verwendet werden, werden mit Spannungen kleiner 50V spezifiziert.

Schritt 2: Teile

Liste der gebrauchten Teile:

• Gehäuse von OKW, Shell-Typ OKW 9408331
• Hi-Link AC/DC-Adapter 220V/12V, 2 Stück, eBay
• Hi-Link AC/DC-Adapter 220V/5V, 2 Stück, eBay
• AC/DC-Adapter 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Kondensatoren M1 2 Stück, M33 1 Stück, lokaler Laden
• Dioden 1N4148 5 Stück, Banggood
• IC1, LM317T, Hochspannungsversion, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistoren 2N222 5 Stück, Banggood
• Relais 351, 5V, 4 Stück, eBay
• Reedrelais, 5V, eBay
• Widerstände 33R, 470R, 1k 4 Stück, 4,7k, 10k, 15k 2 Stück, lokaler Laden
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2 Stück, eBay
• Schraubklemmenblock, Banggood
• Anschluss Molex 2pins, Banggood
• Stecker Molex 3pins, Banggood
• Kleiner Mini-Hauptschalter, eBay
• LED-Anzeige 0-100V, 3 Zeilen, eBay
• Netzsteckereingang, eBay
• Audiofederklemme, eBay
• Mikroschalter und Taste, Banggood
• LED 3mm grün und rot, 2 Stück, Banggood
• Sicherung 0,5A und Sicherungshalter 5x20mm, eBay
• Netzkabel für kleine Instrumente

Werkzeuge:

• Bohrmaschine
• Lötkolben
• Heißluftpistole
• Heißklebepistole
• Abisolierzange und -schneider
• Schraubenzieher set
• Zangen-Set
• Multimeter

Ausführliche Teileliste hier:

Schritt 3: Schaltungsbeschreibung

Schaltungsbeschreibung siehe beiliegender Anschlussplan:

Auf der linken Seite befindet sich ein Hochspannungsteil. Klemmleiste für 220V-Anschluss und alle fünf AC/DC-Adapter. Adapter liefern Messspannungen in vier Stufen - Bereiche: 12V, 24V, 36V, 48V.

Die Module 5VA und 5VB sind für MCU Arduino Nano und digitale LED-Voltmeter bestimmt. Module 12VA liefern den ersten Bereich 12V und Modul 12VB addieren weitere 12V zum zweiten Bereichswert 24V. Das nächste Modul 24 V fügt weitere 24 V hinzu, um die Spannung des vierten Bereichs von 48 V zu summieren. Im letzten 24-V-Modul befindet sich ein 12-V-Reglerkreis, der 12 V als dritten Bereichswert bis 36 V bereitstellt. Diese Lösung war notwendig, da die Größe der Platine die Montage von sechs Modulen nicht zulässt.

Im mittleren Teil befindet sich IC1 LM317. IC1 muss in der Version für höhere Spannung (50V) sein. Es ist als Konstantstromreglerschaltung angeschlossen und liefert einen konstanten Strom über den gesamten Bereich jeder Spannungsstufe. Dieser Strom ist in einem Bereich stabil, aber in jedem Schritt unterschiedlich. Die Werte sind einstellbar und betragen 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Werte werden als Obergrenzen für Dioden mit 250mW Leistung gewählt und sind gut genug für leistungsstärkere Dioden.

Auf beiden Seiten von IC1 befinden sich Relais, die mit der richtigen Spannungsstufe an ihrem Eingang und dem rechten Trimmerwiderstand an ihrem Ausgang angeschlossen sind. Der Trimmerwiderstand gibt den Stromwert am Ausgang an und dieser Strom wird über den Widerstand R14 der gemessenen Zener-Diode zugeführt. Der Strom wird an diesem Widerstand von Arduino überprüft. Spannungsteiler R1, R2 nehmen eine reduzierte Spannungsabtastung an R2 und verbinden sie mit dem analogen Pin A1.

Analoge Masse GND ist für alle Spannungsadapter, digitalen Voltmeteradapter und IC1 gemeinsam. Seien Sie vorsichtig, es gibt eine andere digitale Masse für Arduino und seinen Adapter. Für Arduino und seinen analogen Eingang als Messbezugspunkt ist eine digitale Masse erforderlich.

Arduino Digitalausgänge D4 bis D7 Steuerrelais für jeden Schritt, D8 Control Digital Voltmeter und D9 Control ERROR LED in roter Farbe. Die ERROR-LED leuchtet, wenn in einem Schritt kein Strom erkannt wird. In diesem Fall kann die Zener-Diode eine höhere Zener-Spannung als 48 V haben oder könnte defekt (offen) sein. Bei einem Kurzschluss an den Messklemmen wird die ERROR-LED nicht aktiviert und die erkannte Spannung ist sehr klein, niedriger als 1 V.

Nachdem ich das Projekt beendet habe, habe ich beschlossen, eine weitere LED hinzuzufügen - POWER, denn wenn das Voltmeter dunkel (aus) ist, ist nicht ganz klar, ob das Instrument selbst ein- oder ausgeschaltet ist. Led Power ist in Reihe mit dem Widerstand 470 zwischen Punkten außerhalb der Leiterplatte geschaltet, von Start X3-1 bis Zener X2-1. Der Widerstand ist auf einer kleinen Platine mit Druckknopf montiert.

Schritt 4: Konstruktion

Als Box für das Projekt habe ich das Gehäuse OKW verwendet, das in einem alten Elektronikteileladen zu finden ist. Diese Box ist weiterhin als Schalengehäuse bei OKW erhältlich. Die Box ist nicht sehr geeignet, da sie zu klein für die Platine ist, aber einige Upgrades von Box selbst und PCB ermöglichen es, alle Teile hineinzustecken. PCB wurde in Eagle als maximale Größe für die kostenlose Version 8x10cm entworfen. Im ersten Moment scheint es unmöglich, alle Komponenten an Bord zu bringen, aber letztendlich hatte ich Erfolg.

Box-Upgrade erfordern das Entfernen einiger Kunststoffteile im Inneren und Ständer für Schrauben. Bei der Teileaufrüstung muss die Kunststoffbox für das digitale Voltmeter modifiziert und an zwei Ecken in der Nähe der Fehler- und Hauptstromanschlüsse ein runder Ausschnitt hergestellt werden. Upgrades sind auf Bildern sichtbar. Wichtig ist, das Fenster für das Voltmeter so nah wie möglich am Kastenrand zu machen. Druckknopf START befindet sich auf kleiner Platine und ist mit Metallwinkel montiert.

Fenster und Löcher in der oberen Abdeckung sind für Digitalvoltmeter, Druckknopf, Federklemme, LED-Fehler, LED-Power und USB-Arduino-Nano-Anschluss vorgesehen. Im unteren Teil befindet sich eine Aussparung für den Netzschalter und die Netzsteckerbuchse. Digitalvoltmeter und Netzschalter werden mit Heißkleber fixiert. Auf die gleiche Weise sind beide 3mm LED-Diodenanzeigen befestigt.

Die gemessene Diode wird, nicht sehr typisch, über einen Audio-Federanschluss angeschlossen. Ich war auf der Suche nach einer einfachen und schnellen Verbindung. Diese Lösung scheint die beste zu sein.

Nachdem ich alle Komponenten auf der Platine gelötet habe, habe ich zwei 220V-Schienen am unteren Teil mit einer Heißklebepistole isoliert. Die Drähte, die von der Platine zum Netzschalter und zum Netzsteckereingang führen, sind durch Schrumpfschläuche isoliert. Gehen Sie vorsichtig vor, es sollten keine freiliegenden 220-V-Kabel oder Kupferschienen vorhanden sein. Die Leiterplatte wird durch selbstklebende Gummiabstandshalter befestigt, die eine vertikale Bewegung verhindern.

Auf der Frontplatte befindet sich ein Etikettendruck auf klebendem Fotopapier. Die Beschriftung erfolgt in Paint, einem Werkzeug im Windows 10-Zubehör. Dieses Werkzeug eignet sich zum Erstellen von Instrumentenetiketten, da die Etiketten exakt in Originalgröße erstellt werden können.

PCB wurde von der kostenlosen Eagle-Software entwickelt. Das Board wurde bei der Firma JLCPCB zu einem guten Preis bestellt. Es gibt keinen Grund, dies zu Hause zu tun. Ich empfehle das Board zu bestellen und aus diesem Grund ist ein Gerber-Reißverschluss angebracht. Datei.

Schritt 5: Programmierung und Einstellung

Arduino-Software - Ino-Datei ist angehängt. Ich versuche alle wichtigen Teile des Codes zu dokumentieren und hoffe, dass er besser verständlich ist als mein Englisch. Was aus dem Code erklärt werden muss, ist die Funktion "Service". Es ist der Servicemodus und kann zum Einstellen des Instruments verwendet werden, wenn Sie es zum ersten Mal umschalten.

Die Funktion zum Lesen des Stroms "readCurrent" wurde in den Code eingeführt, um ein versehentliches zufälliges Lesen des Stroms zu verhindern. Bei dieser Funktion wird zehnmal gelesen und der Maximalwert aus zehn Werten ausgewählt. Der maximale Stromwert wird als Beispiel für den analogen Eingang von Arduino genommen.

Im Servicemodus stellen Sie vier einstellbare Widerstände R4 bis R7 ein. Jeder Trimmer ist für den Strom in einem Spannungsbereich verantwortlich. R4 für 12V, R5 für 24V, R6 für 36V und R7 für 48V. In diesem Modus werden die genannten Spannungen nach und nach an den Ausgangsklemmen ausgegeben und ermöglichen die Einstellung des erforderlichen Stromwertes (20 mA, 10 mA, 7 mA, 5 mA).

Um in den Servicemodus zu gelangen, drücken Sie kurz nach dem Einschalten des Geräts innerhalb von 2 Sekunden START. Die erste Stufe (12V) wird aktiviert und die ERROR-LED blinkt einmal. Jetzt ist es an der Zeit, den Strom anzupassen. Wenn der Strom eingestellt ist, aktivieren Sie den nächsten Schritt (24V), indem Sie erneut START drücken. Die ERROR-LED blinkt zweimal. Wiederholen Sie die nächsten Schritte auf die gleiche Weise mit der START-Taste. Verlassen Sie den Servicemodus mit der START-Taste. Der beste Moment für das Drücken von START ist immer dann, wenn die LED ERROR nach einer Reihe von Blinken dunkel ist.

Die Stromeinstellung erfolgt durch angeschlossene Zener-Dioden mit einer Spannung in der Mitte des Bereichs, für den 12-V-Bereich sollte es eine 6 bis 7-V-Diode sein. Diese Zenerdiode muss mit Amperemeter oder Multimeter in Reihe geschaltet werden. Der eingestellte Stromwert sollte nicht genau sein, minus 15% bis plus 5% ist OK.

Schritt 6: Fazit

Die vorgestellte Lösung zur Messung von Zener-Dioden von Arduino ist völlig neu. Es gibt noch einige Nachteile, wie Netzteil 220V, Led Voltmeter und maximal gemessene Spannung 48V. Instrument könnte bei den genannten Schwächen verbessert werden. Ich habe ursprünglich vor, es mit Batterie zu betreiben, aber die Stromversorgung von Arduino und eine relativ hohe Messspannung mit einem oder mehreren Aufwärtsspannungswandlern erfordern eine große Batterie und das Instrument wäre größer.

Es gibt viele sehr gute Komponententester auf dem Markt. Sie können alle Arten von Transistoren, Dioden, anderen Halbleitern und vielen passiven Komponenten testen, aber die Messung der Zenerspannung ist aufgrund der geringen Batteriespannung problematisch. Ich hoffe, Ihnen gefällt mein Projekt und Sie haben viel Spaß beim Spielen mit dem Bauen.