Montando um capacímetro (ART434)

Se bem que os frequencímetros analógicos não sejam os mais precisos, este projeto de 1996 é bastante interessante pela sua simplicidade e finalidade didática. Recomendamos para estdantes de cursos técnicos e de iniciação ecnológica. O único componente mais crítico é o instrumentoi indiocador que, no entanto, pode ser aproveitado de algum aparelho fora de uso. O que o circuito faz é testar capacitores, isso em várias escalas, fornecendo uma indicação de seu valor e de seu estado. Por isso, se o leitor possui um multímetro analíóico tradicional, e a falta de um bom capacímetro já deve ter sido sentida recomendamos a montagem deste projeto. Aidéia também á válida para os leitores que não desejam gastar na aquisição de um capacímetro digital de custo mais elevado. O circuito é alimentado por bateria ou fonbte e tem umconsumo bastante baixo fazendo medições de 1 nF a 10 uF.

O capacímetro que descrevemos é do tipo analógico, ou seja, fornece a indicação de valor de um capacitor num instrumento de bobina móvel (com agulha). Na verdade, este instrumento pode ser substituído pelo próprio multímetro comum, ampliando assim sua utilidade.

Com 5 escalas de capacitâncias, o aparelho utiliza circuitos integrados comuns e não tem componentes críticos. Seu ajuste também é feito de maneira muito simples.

As 5 escapas de capacitância permitem a realização de medidas com boa precisão de capacitores de 50 pF a 10 µF.

A precisão do aparelho vai depender basicamente da tolerância dos resistores usados na escalas, mas como capacitores são componentes de tolerâncias largas, não precisamos exigir muito neste sentido.

A alimentação do circuito pode ser feita com bateria de 9V ou mesmo uma fonte simples, já que a precisão não é muito afetada pelas variações de tensão.

CARACTERÍSTICAS

* Tensão de alimentação: 9 a 12 Volts

* Corrente consumida: 10 mA (tip)

* Frequência de prova: 1 kHz

* Faixa de capacitâncias: 50 pF a 10 µF

* Corrente máxima do instrumento indicador: 100 uA a 500 uA

* Escalas: 1 nF/10 nF/100 nF/1 µF/ 10 µF

COMO FUNCIONA

São utilizados dois circuitos integrados do tipo 555, um funcionando como astável e outro como monoestável.

O 555 astável tem sua frequência de operação em torno de 1 kHz ajustada pelo trim pot P1 e determinada basicamente pelo capacitor e pelo outro resistor entre os pinos 2 e 7 deste circuito integrado.

O segundo 555 funciona como um monoestável que é disparado pelo anterior, de

modo que a duração dos pulsos que ele vai produzir dependem basicamente de dois fatores.

O primeiro é o valor do resistor selecionado pela chave seletora de faixas. O segundo é o valor do próprio capacitor que está sendo testado.

Assim, a relação marca/espaço do trem de pulsos que obtemos na saída do monoestável depende do valor do capacitor que está sendo testado. Se este valor estiver dentro da faixa selecionada, podemos ter ciclos ativos entre 0 e 100% conforme mostra a figura 1.

Mede-se a capacitância pela relação marca/espaço do mono estável.

Se integrarmos estes pulsos na saída do circuito integrado 555 monoestável, a tensão média que vamos obter vai depender deste ciclo ativo e que é proporcional ao valor do capacitor em teste.

Esta integração é feita pelos dois resistores em série com a saída do 555, o trim pot de ajuste de fundo de escala e o capacitor nesta rede de 1 µF.

Um diodo zener é acrescentado no sentido de fazer um ceifamento da tensão de saída de modo a obter-se uma linearidade melhor para a escala de capacitâncias.

Nesta saída ligamos então o microamperímetro que, funcionando como um milivoltímetro vai indicar a tensão integrada do circuito.

Esta tensão é justamente proporcional ao valor do capacitor Cx que está sendo testado.

Capacitâncias menores que as indicadas podem ser medidas se fizermos o multivibrador astável operar numa frequência mais alta, no entanto, lembramos que o 555 não funciona bem acima de 100 kHz.

Outro ponto flexível do projeto é a corrente de fundo de escala do instrumento que pode ser ajustada pelo trimpot. Isso permite que instrumentos com valores entre 100 uA e 500 uA sejam usados. Microamperímetros de baixo custo como os encontrados em aparelhos de som como VU-meters podem ser usados sem problemas.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do capacímetro.

Diagrama completo do capacímetro.

A disposição dos componentes na placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

Placa de circuito impresso do capacímetro.

Para maior segurança sugerimos que os circuitos integrados sejam montados em soquetes DIL de 8 pinos.

O diodo zener pode ter tensões entre 6 e 7 Volts. O tipo de 6,2V com 400 mW ou mais como o BZX79C6V2 da Philips Componentes pode ser usado neste projeto.

Os resistores são todos de 1/8W com 5% de tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 12 V. O capacitor C1 do monoestável pode ser cerâmico ou de poliéster.

Os trimpots de ajuste são comuns para montagem em placa de circuito impresso, já que uma vez feito o ajuste eles não mais precisam ser tocados.

A chave seletora de escalas é de 1 pólo x 5 posições rotativas, mas nada impede que seja usada uma chave de teclas de igual número de posições.

O instrumento indicador pode ser qualquer microamperímetro de bobina móvel de 100 uA a 500 uA de fundo de escala. Os tipos usados em aparelhos de som e de baixo custo são os melhores, pelo seu baixo custo.

Uma nova escala deve ser feita de 0 a 10 conforme mostra a figura 4, se o leitor não quiser aproveitar a já existente, simplesmente fazendo mentalmente a conversão dos valores lidos.

Nova escala para o instrumento.

Assim, numa escala de 0 a 1 se for lido 0,5 e a chave seletora estiver na posição de 10 nF o valor correspondente será de 5 nF.

Para a alimentação podemos usar uma bateria de 9V que é a solução portátil mais simples. Porém, nada impede que uma fonte de 9 ou 12V com um circuito integrado regulador comum seja montado, caso o aparelho vá ser usado na bancada.

A conexão do capacitor em teste pode ser feita por meio de duas garras jacaré com fios bem curtos. Os fios curtos são importantes para que sua capacitância não se some ao do capacitor em teste, o que é importante quando trabalhamos na escala mais baixa.

AJUSTE E USO

Inicialmente, coloque um capacitor de um valor qualquer entre as garras jacaré e escolha uma escala que seja inferior a este valor. Por exemplo, se for colocado um capacitor de 100 nF, coloque o seletor na escala de 10 nF.

Ajuste então o trimpot em série com o instrumento (P2) para obter a corrente máxima, ou seja, de fundo de escala do instrumento.

Depois, ligue um capacitor de maior precisão (5%) de valor conhecido, entre as pontas de prova. Coloque a chave seletora na posição que permita ler este valor e ajuste P1 de modo a obter a indicação certa no instrumento.

Uma vez feito o ajuste desta forma, as outras escalas do aparelho ficam automaticamente calibradas.

Para usar, ligue o capacitor de valor desconhecido entre as pontas de prove e selecione a posição da chave seletora que permita ter uma leitura segura de valor.

Ao testar capacitores eletrolíticos, observe a sua polaridade na hora da ligação do componente às garras jacaré.

Se em lugar do instrumento, o leitor for usar um multímetro, coloque-o na menor escala de corrente e proceda aos ajustes como indicado anteriormente.

Assim, sempre que for medir capacitâncias, usando a mesma escala, o aparelho já estará automaticamente calibrado.