Capacímetro digital (INS204)

O teste de capacitores é feito com instrumentos como o multímetro não é conclusivo. Apenas podendo somente detectar fugas ou curtos. No entanto, a medida do valor de um capacitor é de extrema importância para os profissionais da Eletrônica, principalmente aqueles que realizam projetos. Para os leitores que não possuem um capacímetro digital a nossa opção é excelente. Com dois dígitos ele mede capacitores comuns numa ampla faixa de valores. Alimentado por 4 pilhas ele poderá ser levado a qualquer parte.

Aparelhos de medida digitais são frequentemente uma grande atração para os montadores e também para os leitores que precisam de um projeto de formatura nos cursos técnicos.

O capacímetro de 3 escalas que apresentamos, além de ser relativamente simples e barato, abrange quase tudo o que foi aprendido nos cursos de eletrônica digital como, por exemplo, a temporização, o funcionamento de monoestáveis e astáveis, divisão de frequência e excitação dos displays.

Não empregamos um maior número de displays, apenas dois, pois normalmente os capacitores são componentes eletrônicos fabricados com grandes tolerâncias. Não adianta muito ter um capacímetro com 3 ou mais dígitos, a não ser em aplicações muito especiais quando sabe-se na prática os capacitores usados possuem tolerâncias que podem chegar até a 50%.

O importante para o usuário de capacitores é ter um instrumento que dê a capacitância com uma precisão de pelo menos uns 2 ou 3%, quando então poderemos saber se a causa de um problema de funcionamento é o não devida a este componente, e isso é conseguido no nosso caso.

Nosso capacímetro digital usa circuitos integrados de fácil obtenção, tem apenas um ajuste e funciona com pilhas. Se bem que o consumo seja algo elevado dado o uso de displays de LEDs, considerando que as medidas são rápidas a utilização de fonte não se justifica.

As principais características do capacímetro em referência são:

Características:

Número de escalas: 3

Escalas: 1 pF a 100 µF

Tensão de alimentação: 6 V

Número de dígitos: 2

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama de blocos a partir do qual ficará mais simples o leitor entender como funciona o capacímetro.

Diagrama de blocos do capacímetro.

Quando S2 é pressionado, um pulso de duração determinada pela posição de C4 e pelo capacitor em teste é produzido. Este pulso é gerado por um monoestável com base no conhecido circuito integrado 555.

Ao mesmo tempo existe um outro oscilador com um circuito integrado 555 que oscila livremente numa frequência ajustada por P1 e determinada basicamente pelo capacitor selecionado na chave S3.

Os dois circuitos são ligados a um contador de dois dígitos.

Desta forma, o que o contador faz é contar a quantidade de pulsos gerados pelo astável 555 durante o intervalo de tempo em que o monoestável se mantém no nível alto. Ora, como este tempo depende do valor do capacitor em teste, o número de pulsos contados depende consequentemente do mesmo capacitor.

Para medir diversas faixas de valores de capacitores é preciso apenas mudar a duração do pulso e a frequência do astável. Para capacitores muito pequenos, por exemplo, o valor do resistor selecionado por S4 deve ser maior, enquanto que o capacitor selecionado por S3 deve ser menor. Temos assim mais pulsos num intervalo menor de tempo.

Jogando com as duas chaves podemos medir capacitâncias numa ampla faixa de valores.

O leitor pode inclusive fazer alterações no projeto original, por exemplo, acrescentando uma chave de menor tempo para o monoestável 555 (CI3) conforme indica a figura 2.

Modificação para uma multiplicação de leitura x10.

Esta chave possibilitará assim o acréscimo de novos fatores de multiplicação da escala.

Os contadores têm por base circuitos integrados CMOS de fácil obtenção.

O 4518 é formado por dois blocos divisores por 10 de forma a possibilitar a contagem dos pulsos de 00 a 99.

Este circuito integrado excita os drivers dos displays que são formados por circuitos integrados CMOS do tipo 4511.

Os displays usados são de catodo comum de 7 segmentos. O tamanho é o básico para o qual a placa de circuito impresso foi projetada. No entanto, nada impede que displays de outros tamanhos sejam empregados com a alteração apenas nesta placa.

O consumo do aparelho é determinado basicamente pelos displays de 7 segmentos. Na situação em que temos o valor 88 apresentado, temos o maior consumo. Embora pilhas comuns sejam indicadas, o aparelho não deve ficar ligado permanentemente.

Para uso em bancada nada impede que uma fonte de alimentação de 6 V seja utilizada. Esta fonte pode empregar um 7806 com um transformador de 1 A, o que será mais do que suficiente para alimentar o aparelho.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do capacímetro digital.

Diagrama do capacímetro.

O aparelho deve ser montado em duas placas, sendo uma para o circuito e outra para os displays.

O modo como as placas são fixadas na caixa é mostrado na figura 4.

Modo de montar as placas na caixa.

Observe que é interessante usar um trimpot multivoltas para maior facilidade de ajuste.

Os resistores são de 1/8 W e o capacitor eletrolítico C5 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 12 V.

As pontas de prova devem ser vermelha (PP1) e preta (PP2), já que no teste de capacitores eletrolíticos a polaridade das pontas precisa ser observada.

Será interessante usar fios curtos para as pontas de prova para que sua capacitância não afete a precisão de medidas de pequenas capacitâncias. Uma outra opção é usar bornes (um vermelho e outro preto) para a ligação do capacitor em teste (Cx).

AJUSTE E USO

A precisão do aparelho está diretamente determinada pela precisão do ajuste e também pelos capacitores C3 e C4. Se o leitor tiver um capacímetro disponível para comparação (pode pedir emprestado de alguém), ou ainda capacitores de valores exatos conhecidos será o ideal para este processo.

Observamos que os valores marcados nos capacitores comuns, principalmente os eletrolíticos, não são os valores reais, pois existem tolerâncias. Em alguns casos, como o de certos eletrolíticos, esta tolerância pode chegar a 20% para menos e até 50% para mais.

É por este motivo que capacitores comuns, sem o conhecimento exato do valor, não servem de referência para o ajuste deste instrumento.

Coloque então um capacitor de 100 nF como Cx (use um que tenha o valor mais próximo do correto, utilizando um capacímetro comercial como referência).

Posicione S3 de modo que apenas C2 fique no circuito, e S4 de modo a obter um ajuste de P1 que dê leitura 10 ao pressionar S2.

Com este procedimento o instrumento fica calibrado para as demais faixas. Teste com a chave S3 nas posições em que C3 e C4 estão no circuito usando posições de S4 que dependam do valor medido. Se houver muita diferença na leitura, ela pode ser devida às tolerâncias de C3 e C4 que então devem ser trocados. Outra possibilidade consiste na ligação em paralelo com estes capacitores de outros menores para se encontrar o valor que dê a precisão desejada.

Lembramos que um dos problemas da construção de instrumentos de medida é justamente a dificuldade que se tem em obter componentes com tolerâncias estreitas de acordo com o exigido neste tipo de aplicação.