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Capacímetro (INS259)

Um componente crítico nas montagens e que não pode ser testado de maneira eficiente com o multímetro, é o capacitor. Se bem que alguns multímetros mais sofisticados já tenham escalas de capacitância, isso não é uma regra. Assim, se o multímetro do leitor é o tradicional, a falta de um capacímetro já deve ter sido, sentida. Para os leitores que não desejam investir num capacímetro de alto custo, mas que desejam ter acesso a este tipo de instrumento, descrevemos a montagem de um de boa precisão e bastante simples.

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 escalas de capacitância permitem a realização de medidas com boa precisão de capacitores de 50 pF a 10 µF.

A precisão do aparelho dependerá 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 9 V ou mesmo uma fonte simples, já que a precisão não é muito afetada pelas variações de tensão.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensão de alimentação: 9 a 12 V

Corrente consumida: 10 mA (tip)

Freqüência de prova: 1 kHz

Faixa de capacitâncias: 50 pF a 10 µF

Corrente máxima do instrumento indicador: 100 µA a 500 µA

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 freqüência de operação em tomo de 1 kHz ajustada pelo trimpot P, 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.

 

Figura 1 – Medindo capacitâncias pela relação marca-espaço de um oscilador
Figura 1 – Medindo capacitâncias pela relação marca-espaço de um oscilador

 

Se integrarmos estes pulsos na saída do circuito integrado 555 monoestável, a tensão média que vamos obter dependerá 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 trimpot 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 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 µA e 500 µA 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.

 

Figura 2 – Diagrama do capacímetro
Figura 2 – Diagrama do capacímetro

 

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

 

Figura 3 – Placa de circuito impresso para a mo0ntagem
Figura 3 – Placa de circuito impresso para a mo0ntagem

 

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 V.

O tipo de 6,2 V com 400 mW ou mais como o BZX79C6V2 da Philips Componentes pode ser usado neste projeto.

Os resistores são todos de 1/8 W com 5% de tolerância e os capacitores eletrolíticos de- vem 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 µA a 500 pA 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, veja a figura 4 se o leitor não quiser aproveitar a já existente, simplesmente fazendo mentalmente a conversão dos valores lidos.

 

Figura 4 – Nova escala
Figura 4 – Nova escala

 

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 9 V que é a solução portátil mais simples.

Porém, nada impede que uma fonte de 9 ou 12 V 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 prova 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.

 

Semicondutores:

Cl1, CI2 - 555 - circuitos integra idos

Z1 - 6V, x 400 mW - diodo zener -Ver texto

 

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1, R3, R8 - 1 k Ω (marrom, preto, vermelho)

R2 - 4,7 k Ω (amarelo, violeta, vermelho)

R, - 10 k Ω (marrom, preto, laranja)

R5 - 100 k Ω (marrom, preto, amarelo)

R6 - 1 M Ω (marrom, preto, verde)

R7 - 10 M Ω (marrom, preto, azul)

P1 - 100 k Ω - trimpot

P;2- 47 k Ω – trimpot

 

Capacitores:

C1 - 47 nF (472 ou 0,047) - poliéster ou cerâmico

C2 - 1 µF - eletrolítico

C2 - 100 µF/12 V - eletrolítico

 

Diversos:

S1 - Chave seletora de 1 pólo x 5 posições

S2 - Interruptor simples

M1 - microamperímetro de 100 µA a 500 µA - ver texto

B1 - 9 V - bateria

G1, G2 - garras-jacaré

Placa de circuito impresso, conector de bateria, caixa para montagem, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda, etc.

 

 

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N° do componente 

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