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Pontes de Capacitância (INS580)

Um dos problemas que todo o praticante de eletrônica encontra é o referente à identificação e prova de capacitores de pequenos valores, como os cerâmicos, poliéster e styroflex. As marcações em códigos e eventualmente apagadas podem deixar o montador em situações difíceis em caso de montagens, reparação ou mesmo experimentação. Com as duas pontes de capacitância que descrevemos, capacitores de 10 pF a 1 ;LF podem ser testados e medidos com boa precisão.

 

O artigo é de 1996, mas ainda pode ser interessante, se bem que hoje possamos contar com capacímetros de baixo custo e até incorporados aos multímetros digitais

 

A principal vantagem do circuito que descrevemos é a de não usar indicadores caros do tipo microamperímetro.

Com componentes de baixo custo, a precisão deste instrumento dependerá somente da tolerância dos capacitores usados na calibração da escala.

A indicação é sonora (tipo ajuste de nulo) e o aparelho funciona tanto com pilhas como com bateria, o que o torna totalmente portátil.

Se você não possui um capacímetro, e o multímetro para capacitores de pequeno valor detecta apenas curtos, a montagem destas pontes de capacitância (uma delas) é indispensável.

 

CARACTERÍSTICAS:

Versão 1:

* Tensão de alimentação: 6 ou 9 V

* Consumo de corrente: 5 mA (max)

* Faixa de capacitâncias medidas: 10 pF a 1 pF

* Número de faixas: 4

 

Versão 2:

Tensão de alimentação: 3 ou 6 V

Consumo de corrente: 5 mA (tip.)

Faixa de capacitância medidas: 10 pF a 1 µF

Número de faixa: 4

 

 

COMO FUNCIONA

O principio da medida de capacitâncias por ponte pode ser facilmente entendido se considerarmos o potenciômetro P2 dos dois circuitos como duas resistências separadas pelo cursor.

Desta forma, quando a resistência Ra aumenta Rb diminui e vice-versa, o que ocorre na movimentação do cursor do potenciômetro num sentido e no outro, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Princípio de funcionamento
Figura 1 – Princípio de funcionamento

 

Se aplicarmos neste circuito um sinal de áudio, os capacitores C, e Cx (que é a capacitância do componente em prova) também formam um circuito divisor de tensão.

Supondo que C, e CX sejam iguais, ao ajustarmos o cursor do potenciômetro, quando Ra for igual a Rb teremos uma condição de equilíbrio do circuito, e nos pontos A e B do buzzer não aparece sinal algum.

Se o sinal aplicado ao circuito estiver na faixa de áudio, à medida que movimentarmos o cursor do potenciômetro ele vai diminuindo de intensidade até desaparecer, justamente na posição em que a ponte equilibra.

Se CX for diferente de 0, podemos ainda obter o equilíbrio da ponte e, portanto, cancelar o som no buzzer, desde que Ra, Rb, C, e C2 formem, nesta ordem uma proporção:

 

Ra/Rb = C1/CX

 

Isso ocorre porque as reatâncias capacitivas de C, e Cx dependem das capacitâncias, na razão inversa de seus valores.

Se colocarmos no circuito C, de valor conhecido, podemos usar diversos Cx de valores padronizados para calibrar a escala de P, e assim medir capacitâncias.

No nosso caso, de modo a abranger uma boa faixa de valores, usamos 4 valores para C, (de C2 a C5 no circuito da versão 1) selecionados por uma chave (S2), o que nos proporciona 4 escalas de medidas de capacitância.

Veja então que para ter este tipo de prova precisamos, além de tudo o que foi visto, de um gerador de sinais de áudio.

As pontes são iguais para as duas versões, mudando apenas a fonte de sinal de áudio.

Na primeira versão temos um oscilador elaborado em torno de uma porta NAND do 4093 e que tem sua freqüência ajustada em P.

Este componente deve ser ajustado para que a freqüência fique em torno de 7 kHz, que é o valor em que o buzzer tem maior rendimento.

Na segunda versão temos um circuito integrado 7555, que é a versão CMOS de baixa tensão e baixo consumo do conhecido 555 e cuja freqüência também é ajustada em P1 para o valor de maior rendimento do transdutor cerâmico.

 

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo da versão 1.

 

  Figura 2 – Diagrama da versão 1
Figura 2 – Diagrama da versão 1

 

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso para esta versão é mostrada na figura 3.

 

   Figura 3 – Placa de circuito impresso para a versão 1
Figura 3 – Placa de circuito impresso para a versão 1

 

Sugerimos que o integrado seja montado em soquete, para maior segurança e facilidade de substituição.

P1 é um trimpot, já que o ajustamos uma única vez, mas P2 deve ser um potenciômetro linear e seu botão deve ter uma escala bem ampla para facilitar a leitura e calibração.

Os capacitores pode ser todos cerâmicos ou de poliéster, exceto C5, que é um eletrolítico para 12 V ou mais de tensão de trabalho.

Se você tiver dificuldades em encontrar a chave S2, de 1 pólo x 4 posições, pode usar dois bornes e manter guardados os capacitores usados como padrão, ligando-os neste ponto quando for usar o aparelho.

O buzzer BZ é qualquer transdutor de cristal ou piezoelétrico.

Não servem alto-falantes ou dispositivos de baixa impedância.

Para conexão dos capacitores em prova podemos usar dois fios com garras, pois a presença da mão nos terminais pode afetar a leitura de valores baixos.

Todo o conjunto cabe numa caixinha plástica, conforme mostra a figura 4.

 

   Figura 4 – Sugestão de caixa para a montagem
Figura 4 – Sugestão de caixa para a montagem

 

Para a alimentação podemos usar pilhas ou bateria, sempre observando a polaridade do suporte ou conector.

Na figura 5 temos o diagrama completo da versão 2.

 

   Figura 5 – Diagrama da versão 2
Figura 5 – Diagrama da versão 2

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é dada na figura 6.

 

   Figura 6 – Placa para a versão 2
Figura 6 – Placa para a versão 2

 

Para o circuito integrado também sugerimos o uso de soquete.

Nos dois projetos é importante que os capacitores da ponte (C2, C3, C4, C5) sejam de boa precisão, pois eles determinarão a precisão da escala.

 

PROVA E USO

Inicialmente interligue as garras jacaré e acione S1, levando o potenciômetro P2 à posição em que o som do transdutor BZ seja mais forte.

Ajuste depois P, para que tenha mos a freqüência em que o som se torne mais intenso.

Isso vai ocorrer normalmente em torno de 5 a 7 kHz para buzzers comuns.

Feito isso, coloque a chave S2 na posição x1 para a calibração.

Para a calibração você deve contar com capacitores de valores comerciais na faixa de 2 pF a 1 nF de boa qualidade e precisão (5% ou menos).

Vá colocando um a um os capacitores entre as pontas de prova PP1 e PP2 e ajustando P2 para obter o cancelamento do som.

Marque neste ponto da escala o valor do capacitor usado.

Com os capacitores indica dos o leitor deve obter uma escala como mostra a figura 7.

 

   Figura 7 – Escalas com valores obtidos com capacitores de padrão
Figura 7 – Escalas com valores obtidos com capacitores de padrão

 

Com a calibração desta escala as demais estarão automaticamente calibradas.

Isso quer dizer que passando S2 para a posição x10 os valores que levam ao equilíbrio com Cx nas pontas de prova são 10 vezes maiores que os indicados na escala.

Na posição 3 são 100 vezes maiores e na posição 4, 1000 vezes maiores.

Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.

Para isso ligue o capacitor desconhecido (Cx) e tente ajustar o nulo de som em P2.

Se a posição em que isso for conseguido ficar longe do centro do cursor, mude a posição de S2.

Depois é só fazer a leitura.

Se não. houver equilíbrio, então o capacitor está aberto, em curto ou tem valor fora da faixa de alcance do aparelho, que vai de aproximadamente 10 pF a 1 µF.

 

Versão 1:

 

Semicondutores:

Cl1 - 40938 - circuito integrado CMOS

 

Resistores (1 /8 W, 5%):

R1 - 10 k Ω

P1 - trimpot de 100 k Ω

P2 - Potenciômetro linear de 10 k Ω

 

Capacitores:

C1, - 22 nF - cerâmicos ou poliéster

C2 - 100 pF - cerâmico - ver texto

C3 - 1 nF - cerâmico ou poliéster (ver texto)

C4 - 10 nF -cerâmico ou poliéster (ver texto)

C5 - 100 nF - cerâmico ou poliéster (ver texto)

C5 - 100 µF - eletrolítico de 6 ou 12 V

 

Diversos:

BZ - MP-10 ou equivalente – transdutor piezoelétrico

S1 - Interruptor simples

S2 - Chaves de 1 pólo x 4 posições (ver texto)

B1 - 6/9 V - 4 pilhas ou bateria

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, botões para S2 e potenciômetro, suporte para pilhas ou conector de bateria, garras jacaré (PP1e PP2), fios, solda etc.

 


Versão 2:

 

Semicondutores:

CI1 - TLC555 - circuito integrado CMOS timer

 

Resistores (1/8 W, 5%)

R1 - 10 k Ω

R2 - 4,7 k Ω

P1 - trimpot de 100 k Ω

P2 - potenciômetro linear de 10 k Ω

 

Capacitores:

C1 - 47 nF - poliéster ou cerâmico

C2 - 100 pF - cerâmico (ver texto)

C3 - 1 nF - cerâmico ou poliéster (ver texto)

C4 - 10 nF - cerâmico ou poliéster (ver texto)

C5 - 100 nF - cerâmico ou poliéster (ver texto)

C5 - 100 µF - eletrolítico de 6 V

 

Diversos:

BZ - MP-10 ou equivalente – transdutor cerâmico

S1 - Interruptor simples

S2 - Chave de 1 pólo x 4 posições (ver texto)

B1 - 3 ou 6 V - 2 ou 4 pilhas pequenas

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, botões para S2 e P2, suporte de pilhas, garras jacaré, fios, solda etc.

 

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Mês de Aniversário - 10 Anos (OP195b)

Este é um mês especial para nós. Comemoramos o décimo aniversário do Instituto Newton C. Braga e de nosso site. O que se pensou inicialmente que seria um pequeno blog para dar continuidade ao meu trabalho de até então 50 anos se tornou um verdadeiro portal da eletrônica com edições em espanhol e em inglês. Na verdade, quando isso ocorreu o pensamento de alguns é que as coisas na internet estavam com os dias contados. Era uma “Febre de Momento” como ouvi dizer de alguns. Não era e fomos em frente.

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Exemplo
O caminho da sabedoria é longo através de preceitos, breve e eficaz através de exemplos. (Longum iter est per pr?cepia, breve er efficax per exempla.)
Seneca (Epístolas) - Ver mais frases


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