Testador de diodo Arduino Zener: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Zener Diode Tester é controlado pelo Arduino Nano. O testador mede a tensão de ruptura Zener para diodos de 1,8 V a 48 V. A potência de dissipação dos diodos medidos pode ser de 250mW a alguns Watts. A medição é simples, basta conectar o diodo e pressionar o botão START.

O Arduino Nano conecta gradualmente a faixa de tensões de baixa a alta, em quatro etapas. Para cada etapa, a corrente é verificada por meio do diodo Zener medido. Se a corrente estiver acima do valor zero (diferente de zero), significa: Tensão Zener foi detectada. Neste caso, a tensão é exibida por um certo tempo (ajustado pelo software para 10 segundos) e a medição é interrompida. A corrente em cada etapa é constante em todas as tensões nessa faixa e diminui com o aumento do número da etapa - faixa de tensão.

Para manter a dissipação de energia para tensões mais altas, a corrente nesta faixa deve ser reduzida. O testador é projetado para medir diodos de 250mW e 500mW. Os diodos Zener com maior potência podem ser medidos da mesma forma, mas o valor de tensão medido é inferior em cerca de 5%.

AVISO: Tenha muito cuidado. Neste projeto é utilizada alta tensão 110 / 220V. Se você não está familiarizado com o risco de tocar na tensão principal, não tente este Instructable!

Etapa 1: Diodo Zener

O diodo Zener é um tipo especial de diodo usado principalmente em circuitos como componente de tensão de referência ou regulador de tensão. Na direção da tensão direta, as características I-V são as mesmas do diodo de uso geral. A queda de tensão é de cerca de 0,6 V. Com polarização na direção reversa, há um ponto em que a corrente aumenta muito acentuadamente - tensão de ruptura. Essa tensão é conhecida como tensão Zener. Neste ponto, o diodo Zener conectado diretamente à fonte de alimentação com saída de tensão constante, queimaria imediatamente. Esta é a razão pela qual a corrente através do diodo Zener deve ser limitada pelo resistor.

As características I-V são exibidas na imagem. Cada tipo de diodo Zener define o valor da corrente no qual é especificada a voltagem Zener correta. (Esta tensão pode ser ligeiramente alterada pelo aumento da corrente). A corrente típica para diodos com dissipação de energia em torno de 250 a 500mW é de 3 a 10mA e depende do valor da tensão.

A tensão de ruptura é relativamente estável para uma ampla gama de correntes e é típica e diferente para cada diodo. Seu valor pode ser de cerca de 2V a mais de 100V. Os diodos Zener, que são usados principalmente em circuitos usuais práticos, são especificados com tensões inferiores a 50V.

Etapa 2: peças

Lista de peças usadas:

• Gabinete de OKW, tipo Shell OKW 9408331
• Adaptador Hi-Link AC / DC 220V / 12V, 2pcs, eBay
• Adaptador Hi-Link AC / DC 220V / 5V, 2pcs, eBay
• Adaptador AC / DC 220V / 24V 150mA, eBay
• Arduino Nano, Banggood
• Capacitores M1 2pcs, M33 1pc, loja local
• Diodos 1N4148 5pcs, Banggood
• IC1, LM317T, versão de alta tensão, eBay
• IC2, 78L12, eBay
• Transistores 2N222 5pcs, Banggood
• Relé 351, 5V, 4pcs, eBay
• Relé Reed, 5V, eBay
• Resistores 33R, 470R, 1k 4pcs, 4,7k, 10k, 15k 2pcs, loja local
• Trimm3296W 100R, 200R, 500R 2pcs, eBay
• Bloco de terminais de parafuso, Banggood
• Conector Molex 2pins, Banggood
• Conector Molex 3pins, Banggood
• Mini interruptor principal pequeno, eBay
• Visor LED 0-100 V, 3 linhas, eBay
• Entrada do plugue de energia, eBay
• Terminal de mola de áudio, eBay
• Microinterruptor e botão, Banggood
• LED 3mm verde e vermelho, 2pcs, Banggood
• Fusível 0,5A e porta-fusível 5x20mm, eBay
• Cabo de alimentação principal para pequenos instrumentos

Ferramentas:

• Furadeira
• Ferro de solda
• Pistola de calor
• Pistola de cola quente
• Decapador e cortador de fio
• Jogo de chaves de fenda
• Conjunto de alicates
• Multímetro

A lista detalhada das peças está aqui:

Etapa 3: Descrição do circuito

A descrição do circuito consulte o diagrama de conexão em anexo:

No lado esquerdo, encontra-se a parte de alta tensão. Bloco de terminais para conexão de 220 V e todos os cinco adaptadores AC / DC. Os adaptadores fornecem tensões de medição em quatro etapas - faixas: 12 V, 24 V, 36 V, 48 V.

Módulos 5VA e 5VB são dedicados para MCU Arduino Nano e Voltímetro Digital Led. Os módulos 12VA fornecem a primeira faixa 12V e o módulo 12VB adiciona outros 12V ao segundo valor da faixa 24V. O próximo módulo 24 V adiciona outro 24 V para totalizar a tensão da quarta faixa de 48 V. Dentro do último módulo de 24 V está o circuito regulador de 12 V, fornecendo 12 V como o terceiro valor de faixa para 36 V. Esta solução foi necessária porque o tamanho da placa não permite a montagem de seis módulos.

Na parte do meio está localizado o IC1 LM317. IC1 deve estar em versão para tensão mais alta (50 V). Ele é conectado como um circuito regulador de corrente constante e fornece corrente constante em toda a faixa de cada nível de tensão. Esta corrente é estável em um intervalo, mas diferente em cada etapa. Os valores são ajustáveis e são 20mA (12V), 10mA (24V), 7mA (36V), 5mA (48V). Os valores são escolhidos como limites superiores para diodos com 250mW de potência e são bons o suficiente para diodos mais potentes.

Em ambos os lados do IC1 estão relés, conectados ao nível de tensão correto em sua entrada e o resistor trimmer direito em sua saída. O resistor do trim especifica o valor da corrente na saída e esta corrente é alimentada ao diodo Zener medido através do resistor R14. A corrente é verificada neste resistor pelo Arduino. O divisor de tensão R1, R2 pega uma amostra reduzida de tensão em R2 e conecta-a ao pino analógico A1.

O terra analógico GND é comum para todos os adaptadores de voltagem, adaptador de voltímetro digital e IC1. Cuidado, existe outro aterramento, digital para o Arduino e seu adaptador. O aterramento digital é necessário para o Arduino e sua entrada analógica como ponto de referência de medição.

As saídas digitais do Arduino D4 a D7 controlam os relés para cada etapa, o voltímetro digital de controle D8 e o LED de controle D9 ERROR na cor vermelha. O led ERROR fica aceso se não for detectada corrente em nenhuma das etapas. Neste caso, o diodo Zener pode estar com tensão Zener mais alta, como 48 V, ou pode estar com defeito (aberto). Se houver curto-circuito nos terminais de medição, o led ERROR não é acionado e a tensão detectada é muito pequena, inferior a 1V.

Depois de terminar o projeto decidi adicionar mais um led - POWER, pois se o voltímetro estiver escuro (apagado), não fica muito claro se o próprio instrumento está ligado ou desligado. O Led Power é conectado em série com o resistor 470 entre os pontos fora do PCB, do Start X3-1 ao Zener X2-1. O resistor é montado em uma pequena placa com botão de pressão.

Etapa 4: construção

Como caixa para o projeto, usei o invólucro OKW, encontrado em antiga loja de peças eletrônicas. Esta caixa ainda está disponível na OKW como um invólucro do tipo shell. A caixa não é muito adequada porque é muito pequena para a placa, mas algumas atualizações da própria caixa e da placa de circuito impresso permitem colocar todas as peças dentro. O PCB foi projetado em Eagle como tamanho máximo para a versão gratuita 8x10cm. No primeiro momento parecia impossível colocar todos os componentes a bordo, mas finalmente consegui.

A atualização da caixa requer a remoção de algumas peças de plástico de dentro e representa os parafusos. A atualização das peças exige a modificação da caixa de plástico do voltímetro digital e um recorte redondo em dois cantos, próximo aos conectores de erro e de alimentação principal. As atualizações são visíveis nas fotos. O importante é fazer a janela do voltímetro o mais próximo possível da borda da caixa. O botão START está localizado em uma pequena placa e montado com ângulo de metal.

As janelas e os orifícios na tampa superior são feitos para voltímetro digital, botão de pressão, terminal de mola, LED Error, LED Power e conector USB Arduino Nano. Na parte inferior, há um recorte para a chave liga / desliga e a entrada do plugue de força. O voltímetro digital e a chave liga / desliga são fixados no lugar por cola quente. Da mesma forma são fixados os dois indicadores de diodo Led de 3mm.

O diodo medido é conectado, não muito tipicamente, por um conector de mola de áudio. Eu estava procurando uma conexão simples e rápida. Esta solução parece ser a melhor.

Após soldar todos os componentes da placa, isolei duas trilhas de 220V na parte inferior, com pistola de cola quente. Os fios que vão da placa à chave liga / desliga e à entrada do plugue de força são isolados por tubos termoencolhíveis. Faça isso com cuidado, não deve haver nenhum fio de 220 V ou trilho de cobre exposto. O PCB é fixado no lugar por espaçadores de borracha adesivos, que o impedem de se mover verticalmente.

No painel frontal há impressão de etiqueta em papel fotográfico adesivo. A etiqueta é feita no Paint, que é uma ferramenta dos acessórios do Windows 10. Esta ferramenta é adequada para fazer etiquetas de instrumentos, porque a etiqueta pode ser feita exatamente em tamanho real.

O PCB é desenvolvido pelo software livre da Eagle. A placa foi encomendada na empresa JLCPCB por um bom preço. Não há motivo para fazê-lo em casa. Recomendo encomendar a prancha e por este motivo está anexado o zip Gerber. Arquivo.

Etapa 5: Programação e configuração

Software Arduino - arquivo ino anexado. Tento documentar todas as partes principais do código e espero que seja melhor compreensível do que o meu inglês. O que precisa ser explicado a partir do código é a função "serviço". É o modo de serviço e pode ser usado para definir o instrumento, se você trocá-lo pela primeira vez.

A função para ler a corrente "readCurrent" foi introduzida no código para evitar a leitura aleatória acidental da corrente. Nesta função, a leitura é feita dez vezes e o valor máximo é escolhido entre dez valores. O valor máximo da corrente é tomado como amostra para a entrada analógica do Arduino.

No modo de serviço, você ajusta quatro resistores ajustáveis R4 a R7. Cada aparador é responsável pela corrente em uma faixa de tensão. R4 para 12 V, R5 para 24 V, R6 para 36 V e R7 para 48 V. Neste modo, as tensões mencionadas são gradualmente apresentadas nos terminais de saída e permitem ajustar o valor de corrente necessário (20mA, 10mA, 7mA, 5mA).

Para entrar no modo de serviço, pressione START logo após ligar o instrumento em 2 segundos. O primeiro passo (12V) é ativado e o led ERROR pisca uma vez. Agora é hora de ajustar a corrente. Se a corrente for ajustada, ative a próxima etapa (24 V) pressionando START novamente. O led ERROR pisca duas vezes. Repita os próximos passos da mesma forma, usando o botão START. Saia do modo de serviço com o botão INICIAR. Em cada vez, o melhor momento para pressionar START é o tempo se o led ERROR apagar após uma série de piscadas.

O ajuste de corrente é feito conectando-se qualquer diodo Zener com tensão em torno do meio da faixa, para a faixa de 12V deve ser um diodo de 6 a 7V. Este diodo Zener deve ser conectado em série com um amperímetro ou multímetro. O valor ajustado da corrente não deve ser preciso, menos 15% a mais 5% está OK.

Etapa 6: Conclusão

A solução apresentada para medição de diodos Zener pelo Arduino é completamente nova. Existem ainda algumas desvantagens, como alimentação 220V, voltímetro Led e tensão máxima medida 48V. O instrumento pode ser melhorado nas deficiências mencionadas. Originalmente, planejo alimentá-lo com bateria, mas alimentar o Arduino e medir a tensão relativamente alta com um ou mais conversores de tensão requer uma bateria grande e o instrumento seria maior.

Existem muitos testadores de componentes muito bons no mercado. Eles podem testar todos os tipos de transistores, diodos, outros semicondutores e muitos componentes passivos, mas medir a tensão Zener é problemático, devido à pequena tensão da bateria. Espero que gostem do meu projeto e se divirtam brincando com construção.