Arduino Zener Diode Tester: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Zener Diode Tester è controllato da Arduino Nano. Tester misura la rottura della tensione Zener per diodi da 1,8V a 48V. La potenza di dissipazione dei diodi misurati potrebbe variare da 250 mW a pochi Watt. La misurazione è semplice, basta collegare il diodo e premere il pulsante START.

Arduino Nano collega gradualmente la gamma di tensioni da inferiore a superiore, in quattro passaggi. Per ogni passo, la corrente viene controllata attraverso il diodo Zener misurato. Se la corrente è superiore a zero (non zero), significa: È stata rilevata la tensione Zener. In questo caso viene visualizzata la tensione per un certo tempo (regolato dal software a 10 secondi) e la misurazione viene interrotta. La corrente in ogni fase è costante per tutte le tensioni in quell'intervallo e diminuisce all'aumentare del numero di fasi - intervallo di tensione.

Per mantenere la dissipazione di potenza per tensioni più elevate, la corrente in questo intervallo deve essere ridotta. Il tester è progettato per misurare diodi da 250 mW e 500 mW. I diodi Zener con potenza maggiore possono essere misurati allo stesso modo, ma il valore della tensione misurata è inferiore di circa il 5%.

ATTENZIONE: Si prega di fare molta attenzione. In questo progetto viene utilizzata l'alta tensione 110/220V. Se non si ha familiarità con il rischio di toccare la tensione principale, non tentare questo Instructable!

Passaggio 1: Diodo Zener

Il diodo Zener è un tipo speciale di diodo utilizzato principalmente in circuiti come il componente di tensione di riferimento o il regolatore di tensione. Nella direzione della tensione diretta le caratteristiche I-V sono le stesse del diodo per uso generale. La caduta di tensione è di circa 0,6V. Sbilanciato nella direzione inversa, c'è un punto in cui la corrente aumenta molto bruscamente: tensione di rottura. Questa tensione è indicata come tensione Zener. A questo punto, il diodo Zener collegato direttamente all'alimentatore con uscita a tensione costante, brucerebbe immediatamente. Questo è il motivo per cui la corrente attraverso il diodo Zener deve essere limitata dal resistore.

Le caratteristiche I-V sono visualizzate sull'immagine. Ogni tipo di diodo Zener definisce il valore di corrente al quale è specificata la giusta tensione Zener. (Questa tensione potrebbe essere leggermente modificata aumentando la corrente). La corrente tipica per diodi con dissipazione di potenza da 250 a 500 mW è compresa tra 3 e 10 mA e dipende dal valore della tensione.

La tensione di rottura è relativamente stabile per un'ampia gamma di correnti ed è tipica e diversa per ciascun diodo. Il suo valore potrebbe essere compreso tra circa 2V e oltre 100V. I diodi Zener, che vengono utilizzati principalmente nei normali circuiti pratici, sono specificati con tensioni inferiori a 50 V.

Passaggio 2: parti

Elenco delle parti usate:

• Custodia di OKW, tipo Shell OKW 9408331
• Adattatore CA/CC Hi-Link 220V/12V, 2 pezzi, eBay
• Adattatore CA/CC Hi-Link 220V/5V, 2 pezzi, eBay
• Adattatore AC/DC 220V/24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Condensatori M1 2 pz, M33 1 pz, negozio locale
• Diodi 1N4148 5 pezzi, Banggood
• IC1, LM317T, versione ad alta tensione, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistor 2N222 5 pezzi, Banggood
• Relè 351, 5V, 4 pezzi, eBay
• Relè reed, 5V, eBay
• Resistori 33R, 470R, 1k 4 pezzi, 4.7k, 10k, 15k 2 pezzi, negozio locale
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2 pezzi, eBay
• Morsettiera a vite, Banggood
• Connettore Molex 2 pin, Banggood
• Connettore Molex 3 pin, Banggood
• Piccolo mini interruttore principale, eBay
• Display a LED 0-100V, 3 righe, eBay
• Presa di corrente, eBay
• Terminale a molla audio, eBay
• Microinterruttore e pulsante, Banggood
• LED 3mm verde e rosso, 2 pezzi, Banggood
• Fusibile 0,5A e portafusibile 5x20mm, eBay
• Cavo di alimentazione principale per piccoli strumenti

Utensili:

• Trapano elettrico
• Saldatore
• Pistola termica
• Pistola per colla a caldo
• Spelafili e taglierina
• Set di cacciaviti
• Set di pinze
• Multimetro

L'elenco dettagliato delle parti è qui:

Passaggio 3: descrizione del circuito

La descrizione del circuito si riferisce allo schema di collegamento allegato:

Sul lato sinistro, c'è la parte ad alta tensione. Morsettiera per collegamento a 220V e tutti e cinque gli adattatori AC/DC. Gli adattatori forniscono tensioni di misurazione in quattro fasi - intervalli: 12V, 24V, 36V, 48V.

I moduli 5VA e 5VB sono dedicati per MCU Arduino Nano e Digital Led Voltmeter. I moduli 12VA forniscono la prima gamma 12V e il modulo 12VB aggiunge un altro 12V al valore 24V della seconda gamma. Il modulo successivo 24V aggiunge altri 24V per totalizzare la tensione del quarto range di 48V. All'interno dell'ultimo modulo a 24 V c'è un circuito regolatore a 12 V, che fornisce 12 V come terzo valore di intervallo a 36 V. Questa soluzione si è resa necessaria perché le dimensioni della scheda non consentivano il montaggio di sei moduli su di essa.

Nella parte centrale si trova IC1 LM317. IC1 deve essere in versione per tensioni superiori (50V). È collegato come circuito regolatore di corrente costante e fornisce corrente costante attraverso l'intera gamma di ogni fase di tensione. Questa corrente è stabile in un intervallo, ma diversa in ogni fase. I valori sono regolabili e sono 20 mA (12 V), 10 mA (24 V), 7 mA (36 V), 5 mA (48 V). I valori sono scelti come limiti superiori per diodi con potenza di 250 mW e sono abbastanza buoni per diodi più potenti.

Su entrambi i lati di IC1 ci sono dei relè, collegati il gradino di tensione giusto al suo ingresso e il resistore trimmer destro alla sua uscita. Il resistore trimmer specifica il valore della corrente in uscita e questa corrente viene alimentata al diodo Zener misurato tramite il resistore R14. La corrente viene controllata su questo resistore da Arduino. Il partitore di tensione R1, R2 preleva un campione ridotto di tensione su R2 e lo collega al pin analogico A1.

La massa analogica GND è comune per tutti gli adattatori di tensione, l'adattatore per voltmetro digitale e IC1. Attenzione, c'è un'altra massa, digitale per Arduino e il suo adattatore. La massa digitale è necessaria per Arduino e il suo ingresso analogico come punto di riferimento della misurazione.

Uscite digitali Arduino D4 a D7 controllo relè per ogni passo, controllo D8 voltmetro digitale e controllo D9 led ERROR in colore rosso. Il led ERROR è acceso se non viene rilevata corrente in alcun passo. In questo caso il diodo Zener può essere con tensione Zener maggiore di 48V, oppure potrebbe essere difettoso (aperto). In caso di cortocircuito ai terminali di misura, il led ERROR non si attiva e la tensione rilevata è molto piccola, inferiore a 1V.

Dopo aver terminato il progetto ho deciso di aggiungere un altro led - POWER, perché se il voltmetro è spento (spento), non è molto chiaro se lo strumento stesso è acceso o spento. Led Power è collegato in serie alla resistenza 470 tra i punti esterni al PCB, da Start X3-1 a Zener X2-1. Il resistore è montato su una piccola scheda con pulsante.

Fase 4: Costruzione

Come scatola per il progetto, ho usato la custodia OKW, trovata in un vecchio negozio di componenti elettronici. Questa scatola è ancora disponibile presso OKW come custodia di tipo shell. La scatola non è molto adatta perché è troppo piccola per la scheda, ma alcuni aggiornamenti della scatola stessa e del PCB consentono di inserire tutte le parti all'interno. PCB è stato progettato in Eagle come dimensione massima per la versione gratuita 8x10cm. All'inizio sembrava impossibile mettere a bordo tutti i componenti, ma alla fine ci sono riuscito.

L'aggiornamento della scatola richiede la rimozione di alcune parti in plastica all'interno e indica le viti. L'aggiornamento delle parti richiede la modifica della scatola di plastica per il voltmetro digitale e l'esecuzione di un ritaglio rotondo su due angoli, vicino ai connettori di errore e di alimentazione principale. Gli aggiornamenti sono visibili sulle immagini. La cosa importante è creare la finestra per il voltmetro il più vicino possibile al bordo della scatola. Il pulsante START è posizionato su una piccola scheda e montato con un angolo di metallo.

Finestre e fori sul coperchio superiore sono realizzati per voltmetro digitale, pulsante, terminale a molla, LED Error, LED Power e connettore USB Arduino Nano. Nella parte inferiore è presente l'intaglio per l'interruttore di alimentazione e l'ingresso della spina di alimentazione. Il voltmetro digitale e l'interruttore di alimentazione sono fissati in posizione mediante colla a caldo. Allo stesso modo vengono fissati entrambi gli indicatori a diodi Led da 3mm.

Il diodo misurato è collegato, non molto tipicamente, tramite connettore a molla audio. Cercavo una connessione semplice e veloce. Questa soluzione sembra essere la migliore.

Dopo aver saldato tutti i componenti sulla scheda, ho isolato due piste da 220V sulla parte inferiore, mediante pistola per colla a caldo. I fili che vanno dalla scheda all'interruttore di alimentazione e all'ingresso della spina di alimentazione sono isolati da tubi termorestringenti. Fallo con attenzione, non dovrebbero esserci cavi da 220 V esposti o binari in rame. Il PCB è fissato in posizione da distanziatori in gomma adesivi, che ne impediscono il movimento verticale.

Sul pannello frontale è presente la stampa dell'etichetta su carta fotografica adesiva. L'etichetta viene eseguita in Paint, che è uno strumento negli accessori di Windows 10. Questo strumento è adatto per la creazione di etichette per strumenti, poiché l'etichetta potrebbe essere eseguita esattamente nelle dimensioni reali.

PCB è progettato dal software gratuito Eagle. La scheda è stata ordinata alla società JLCPCB a un buon prezzo. Non c'è alcun motivo per farlo a casa. Consiglio di ordinare la scheda e per questo motivo è allegata la zip Gerber. file.

Passaggio 5: programmazione e impostazione

Software Arduino - il file ino è allegato. Cerco di documentare tutte le parti principali del codice e spero che sia meglio comprensibile del mio inglese. Ciò che deve essere spiegato dal codice è la funzione "servizio". È la modalità di servizio e può essere utilizzata per impostare lo strumento se lo si cambia per la prima volta.

La funzione per la lettura della corrente "readCurrent" è stata introdotta nel codice per prevenire la lettura casuale accidentale della corrente. In questa funzione, la lettura viene eseguita dieci volte e il valore massimo viene scelto tra dieci valori. Il valore massimo della corrente viene preso come campione per l'ingresso analogico di Arduino.

In modalità di servizio si regolano quattro resistori regolabili da R4 a R7. Ogni trimmer è responsabile della corrente in un intervallo di tensione. R4 per 12V, R5 per 24V, R6 per 36V e R7 per 48V. In questa modalità le tensioni citate vengono presentate gradualmente ai terminali di uscita e consentono di regolare il valore di corrente richiesto (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Per entrare in modalità di servizio premere START subito dopo aver acceso lo strumento entro 2 secondi. Il primo step (12V) è attivato e il led ERROR lampeggia una volta. Ora è il momento di regolare la corrente. Se la corrente è regolata, attivare il passaggio successivo (24V) premendo nuovamente START. Il led ERROR lampeggia due volte. Ripetere i passaggi successivi allo stesso modo, utilizzando il pulsante START. Uscire dalla modalità di servizio con il pulsante START. In ogni momento, il momento migliore per premere START è il tempo se il led ERROR è spento dopo una serie di lampeggi.

La regolazione della corrente viene eseguita collegando qualsiasi diodo Zener con tensione intorno al range medio, per l'intervallo 12V dovrebbe essere un diodo da 6 a 7V. Questo diodo Zener deve essere collegato in serie con amperometro o multimetro. Il valore corretto della corrente non dovrebbe essere preciso, meno 15% a più 5% va bene.

Passaggio 6: conclusione

La soluzione presentata per la misurazione dei diodi Zener di Arduino è completamente nuova. Ci sono ancora alcuni svantaggi, come alimentazione 220V, voltmetro a Led e tensione massima misurata 48V. Lo strumento potrebbe essere migliorato nei punti deboli menzionati. Inizialmente avevo intenzione di alimentarlo a batteria, ma l'alimentazione di Arduino e una tensione di misura relativamente alta con uno o più convertitori di tensione step-up richiedono una batteria grande e lo strumento sarebbe di dimensioni maggiori.

Ci sono molti tester di componenti molto buoni sul mercato. Possono testare tutti i tipi di transistor, diodi, altri semiconduttori e molti componenti passivi, ma misurare la tensione Zener è problematico, a causa della piccola tensione della batteria. Spero che ti piaccia il mio progetto e ti divertirai a giocare con la costruzione.