LC-meter.
Zelfbouw A-35.
LC-meter.
Bouwpakket A-35
Digital LC Meter Version 2
A: inleiding.
B: Bouwbeschrijving.
C: Circuit beschrijving in het Engels.
D: Werk van leden.
HF L – C meter
Volker van Hoorn PA0VVH
pa0vvh@amsat.org
Een capaciteit- en zelfinductiemeter voor hoogfrequent op basis van een PIC die met een frequentieteller de oscillatiefrequentie van een L-C kring meet en daar via de ingebakken software de juiste waarde van de ombekende component weergeeft op een display. Niet voor grote waarden ten behoeve van LF.
Inleiding
Dat een L-C kring een resonantie frequentie heeft is algemeen bekend. Maak je een oscillator met bijvoorbeeld een parallel resonantiekring als frequentiebepalend element dan is het duidelijk dat de frequentie afhangt van de waarden van de spoel en de condensator. Met een frequentieteller kun je de frequentie meten en dan indien de spoel of de condensator waarde bekend is kan de waarde van de andere component berekend worden. In het kort beschrijft dit het meetprincipe van onze HF L-C meter. In een programmeerbaar IC van de PIC familie zit een frequentieteller een vrijlopende oscillator en programmatuur die de waarde van een onbekende spoel of condensator kan berekenen. Dat is verbazingwekkend nauwkeurig omdat we uitgaan van een nauwkeurig bekende capaciteit. De amateur die dit fraais bedacht heeft is VK3BHR die een frequentieteller van EI9GQ als basis gebruikte. Omdat de gebruikte oscillatorfrequentie niet te hoog kan worden gekozen en met praktische waarden moet kunnen werken mogen de te meten waarden niet al te hoog zijn, maar voor (V)HF is dat geen enkel bezwaar. Indien we de waarde van een onbekende component willen bepalen is het handig om een portabel meetinstrument te hebben. Als het dan ook nog op een accu of batterijtje kan werken kun je het zelf op de vlooienmarkt gebruiken. Omdat een verlicht display nogal wat stroom gebruikt is het beter het apparaatje, bij gebruik in de shack, met een adapter te voeden. Dit alles is mogelijk bij de beschreven L-C meter.
Bouwbeschrijving
Bij portabel hoort een klein kastje, in ons geval ongeveer 12,5* 7*3 cm groot. De uitlezing geschiedt met LCD en de voeding is een 9V blokbatterijtje of accu. Om te voorkomen dat we straks een werkende schakeling hebben die in onderdelen op tafel blijft liggen beginnen de werkzaamheden met het pasklaar maken van de behuizing.
Denk er steeds aan dat een L(iquid) C(rystal) D(isplay) een mechanisch kwetsbaar onderdeel is. Hoewel er een metalen randje om het toegepaste glas en verdere schakeling zit is het geheel niet bestand tegen druk, trek of torsie. Daarom moet het gat voor de uitlezing goed passen. Bovendien staat dat ook netter indien u geen speciaal venster (die zijn vaak nogal prijzig) wilt gebruiken voor de afwerking. De grote van de kast en de onderdelen is bepalend voor waar we wat neer kunnen zetten. De uitlezing is niet in het midden van het kastje gezet maar wat naar rechts zodat er ruimte is voor de blokbatterij. De meetklemmen en andere bedieningsorganen moeten de uitlezing niet belemmeren. In onderstaande schets ziet u een mogelijke indeling waarbij de plaats van de gaten vanaf de buitenzijde van het kastje staat aangegeven. Indien u alle onderdelen in de bovenkant van de in elkaar klikkende kastdelen zet aan de hand van de gegeven maatvoering vinden print en batterij, net als schakelaartjes en meetklemmen een plekje en is de lengte van de bedrading beperkt. Teken alle gaten af en boor op de hoekpunten van de uitlezing kleine gaatjes. Dan kan het gat met de figuurzaag worden uitgezaagd en met een zoetvijl worden bijgewerkt. Denk eraan dat het plastic een zacht materiaal is. Werk netjes en zorgvuldig, het oog wil uiteindelijk ook (heel) wat!
Niet op schaal !!
Het display kan eventueel met enkele M2 schroefjes op het front worden vastgezet, maak geen kortsluiting met eventuele moertjes of ringetjes en zorg dat alles goed past en vlak ligt. Door tussen frontje en display afstandbusjes te zetten kan ervoor gezorgd worden dat het display meer of minder door het frontje steekt. Er is ruimte genoeg in het kastje om ervoor te zorgen dat e.e.a. vrijwel niet uitsteekt. Denk er echter wel aan je tussen achterkant display en het hoofdprintje geen kortsluiting maakt, het bubbelplastic waarin het display gezeten heeft kan goed als ‘matje’tussen beide printjes gebruikt worden.
Stukje FR4 printplaat met
slotgaatjes voor de meetklemmen
Onder de meetklemmen kan een klein stukje printplaat (koop eens wat stroken op de DvdRA) met een kraslijn in het midden worden vastgemaakt, dit is ideaal voor het meten van SMD spoelen en condensatoren (even met een tandenstoker aanduwen zodat de vlakjes het koper goed raken.
Kijk voor de plaatsing van de onderdelen in de oorspronkelijke file, daar staat de tekening waar alles hoort.
Het PIC voetje (het IC krijg je i.v.m. statische elektriciteit pas als laatste) past wat lastig op de print maar met wat voorzichtig ‘rommelen’ moet het wel lukken. Zorg dat het voetje en de andere onderdelen goed vlak en kort op het printplaatje zitten. Kijk uit voor soldeerbruggen! De kontrast instelpotmeter heeft een hogere waarde dan in het schema staat waardoor de schakeling een lager stroomverbruik heeft en het batterijtje weer iets langer meegaat, omdat dit de enige instelpotmeter is kan er geen verwarring over ontstaan, de werking is er ook niet anders door.
Voor de achtergrondverlichting, die verreweg het grootste deel van het stroomverbruik veroorzaakt, zijn enkele 110 ohm weerstandjes meegeleverd, met een alleen is er al wat licht, met twee parallel meer.. maar het stroomverbruik neemt erg snel toe, dit is naar keuze want bij goed (dag)licht is het backlight niet echt nodig.
De 1 nF condensatoren bepalen, voor een belangrijk deel, de nauwkeurigheid en dit zijn speciale condensatoren die op de juiste waarde uitgemeten zijn, daarvoor waren helaas soms uitgesoldeerde exemplaren nodig en het kan zijn dat je twee verschillende uitvoeringen in je pakketje aantreft (ze zijn zo goed mogelijk gelijk bij elkaar gezocht!). Het stukje bandkabel is lang genoeg om het display met de print te verbinden, punt 1 bij 1, enzovoort.
Ga je een voedingsadapter gebruiken dan is het verstandig om een diode op te nemen want niet alle adapters hebben dezelfde polarisatie. Is dat niet in orde dan kan de stabilisator je niet meer helpen en kan het zijn dat al je halfgeleiders zo naar de eeuwige jachtvelden zijn. Omdat er verschillende maten zijn Kan het zijn dat er in het pakketje een maat zit die niet past bij je adapter dus neem je adapter die je wilt gebruiken even mee voor de maat en vraag om het chassisdeel! Tussen twee haakjes: adapters van 7,5 tot 15V DC zijn OK, boven de 9V moet de stabilisator een koelplaatje hebben bij gebruik van de achtergrond verlichting. Geloof niets van wat er op de adapters staat, meten met een stroomverbruik van 100mA is nodig, ik heb 12V adapters gevonden die belast met 100mA nog ruim 18V aan spanning afgaven en dan krijgt de stabilisator het wel heel erg zwaar…
Voor de stabilisator is een z.g. low-drop type gebruikt in afwijking van het oorspronkelijke ontwerp, daardoor kan een batterij van 9V die belast nog maar 6V is nog steeds gebruikt worden.
Als alles werkt op de laatste avond doen we de kalibratie, daarvoor moeten we nog bij de doorverbindingspennetjes op de print kunnen, hou daar s.v.p. goed rekening mee.
Zijn er vragen of heb je tips waar anderen iets aan hebben neem dan even contact op!
Werk rustig en uiterst nauwkeurig! Succes!
en in het Engels.
An “improved” inductance / capacitance meter by Phil Rice VK3BHR
Actually, it works much the same as the original.
This version was modified to become a club project for the Midland Amateur Radio Club – http://www.marc.org.au
It differs from the original in that:
* A 16F628 PIC is used. This has internal comparator, which means the LM311 is no longer needed.
* Software calibration is used. The finished meter can be calibrated against “any” accurate capacitor within the range 100pF to about 10000pF.
* A PC Board layout is available (see below).
The Circuit
Special Components.
No particularly accurate components are required, except for one (or more) accurately known “external” capacitors used to calibrate the meter.
o The two 1000pF capacitors should be fairly good quality. Polystyrene are preferred. MKT are fine. Greencaps tend to drift in value too much. Avoid ceramic capacitors. Some of these can have high losses (and it is hard to tell).
o The two 10uF capacitors in hte oscillator should be tantalum (for low series resistance/inductance).
o The 4MHz crystal should be a genuine 4.000MHz one, not something approximate to 4MHz. Every 1% error in crystal frequency adds 2% error to the indicated inductance value.
o The relay should be a low current one. The PIC can only provide about 30mA of drive current.
o Don’t forget the “catch” diode across the relay coil!
PC Board
Board artwork, “ready for ironing on”
Board component layout & and better copy of Circuit diagram
The Code
Source code, excluding floating point +-/*
Assembled Hex code (complete, ready to work!)
Alternative Assembled Hex code (also complete, ready to work!)
For displays that show only 8 characters using the other hex file.
Calibration Instructions.
Visit http://www.marc.org.au
Click on the link to LC Meter on the left side of the page (Under the Projects heading).
Here’s a copy of it all anyway.
1. Check that you have put all the components in the right places.
2. Check that you have soldered every lead.
3. Double check the PIC orientation, the diode and the 7805.
4. Don’t forget – the PIC (as purchased) isn’t programmed. You gotta load the LC Meter code into it
before it will work.
5. Apply power carefully. If possible, use a variable regulated supply for the first try. Measure the supply current while gradually increasing the voltage. The current should be below 20mA. The prototype drew just 8mA. If you see nothing on the display and everything else checks out OK, try adjusting the Contrast trimpot. If it is set too far off, you will see nothing. The display should briefly show the word Calibrating, then C=0.0pF (or some other capacitance up to +/- 10pF ).
6. Allow several minutes “warm-up”, then press the “zero” button to force a re-calibration. The display should now show C=0.0pF.
7. Connect your “standard” capacitor. The LC meter should read somewhere near its value (with up to +/- 10% error).
8. To raise the indicated capacitance, join the links marked “4” on the diagram below. To lower the indicated capacitance, join the links marked “3” on the diagram below. When the indicated value is “close enough” to the standard, remove the link. The PIC will remember the calibration. You can repeat this as many times as you like (up to 10,000,000 times I think before you wear out the PIC).
9. If the meter misbehaves, you can use the links “1” & “2” to check the oscillator frequency. Apply link “2” to check the free running frequency “F1” of the oscillator. This should be shown as 00050000 +/- 10%. If this reading is too high (near 00065535), the meter may go into “numerical overflow” and give you an error message. If the reading is too low (say below 00040000), you will lose some accuracy. Apply link “1” to check the “calibration” frequency “F2”. This should be near 71% +/- 5% of the “F1” reading that you get by applying link “2”.
10. Experts may like to adjust the inductor value to raise F1 to near 00060000 to obtain maximum resolution from the meter. An “L” value of 82uH is preferred instead of the specified 100uH (but you can’t buy 82uH inductors in Bendigo).
11. If the meter shows near 00000000 for F1 and or F2, then recheck the wiring around the L/C switch, ‘cos it sounds like your oscillator has stopped.
12. The Inductance measuring function is automatically calibrated when you calibrate the capacitance function. All the testing required is to check that the meter can be “zeroed” with the terminals shorted together.
Test Links 6. Check F2
7. Check F1
8. Lower C
9. Raise C HELP! It doesn’t work.”
There is now a “faq”. Click this link.
I will add answers as problems arise (as they are bound to do ;-).
