Capacímetro digital
Descripción del circuito:
Los capacitores sin duda alguna, juegan un papel importante en todos los circuitos electrónicos, tan importantes como un capacímetro para saber su estado y su valor, pero este es un instrumento que está al alcance de muy pocos técnicos por su precio elevado.Gracias a la electrónica digital ahora podemos construir uno por mucho menos de lo que cuestan.Entremos en materia, se han hecho experiemtos con todo tipo de capacitores y han dado como resultado que el tiempo en segundos que tarda un capacitor en cargarse
hasta las 2 terceras partes del voltaje de la fuente de alimentación, es numéricamente igual al producto de los ohmios de la resistencia en serie utilizada, por los faradios de la capacidad del capacitor, tofdo esto se multiplica por un valor constante, 0.693.
TIEMPO: (segundos) = 0.693 x resistencia(ohmios) x capacidad(faradios).
En matemáticas se sabe que los términos iguales se pueden cambiar indistintamente del signo "igual", lo cual no altera la relación si se toman en consideracion algunas reglas: Lo que está multiplicando, divide; lo que divide, multiplica; lo que resta, suma y lo que suma resta.
Si aplicamos lo antes expuesto, tenemos que capacidad = tiempo/0.693 x resistencia, con esta fórmula podemos encontrar el valor de un capacitor "X", usando únicamente un reloj y un voltímetro. La forma de hacerlo es la siguiente: usamos una fuente de corriente directa de 12 V., colocamos un resistor en serie con el capacitor y se conecta a la fuente de alimentación, luego se conecta el voltímetro en paralelo con las terminales del capacitor y se mide el tiempo que tarda en subir el voltaje a las 2 terceras partes de los 12 voltios, que en este caso serían 8V.
Este método presenta algunos problemas, por supuesto, porque debemos de tomas en cuenta que tanto el resistor como el voltímetro consumen corriente, y que los capacitores de nanofaradios y picofaradios tardarán milésimas de segundo para cargarse.
En este capacímetro digital hacemos uso del IC 555, el cual como sabemos esta construido de forma tal que entrega un voltaje positivo en su terminal 3 , cuando el voltaje en el capacitor de carga esté por debajo de las 2 terceras partes del voltaje de alimentación en los terminales 8 y 1; si conectamos un capacitor en entre los terminales 1 y 6(comparador de voltaje) y lo sometemos a una carga lenta, auxiliados por un resistor conectado al positivo de la fuente, el terminal 6 hará que la salida del IC555 pase a estado bajo, de inmediato detectará 2/3 de Vcc entre las 2 placas de capacitor. Otra de las características del 555 es que el terminal 7(descarga) vaya a tierra siempre que el 6 detecte los 2/3 del voltaje; si se une con el 6, el capacitor se descargará a tierra, siempre que se logre lo antes mencionado; para iniciar de nuevo el ciclo de conteo de tiempo le damos un pulso negativo al terminal 2(Trigger).
Si conectamos la salida del 555 a un reloj electrónico que funcione únicamente cuando le llegue un pulso positivo, tendremos todos los datos necesarios para aplicar la fórmula de la capacidad. No importga el valor del resistor de carga que se colocque ya que el tiempo "T" es directamente proporcional a la Resistencia/capacidad; significa entonces que la fórmula no se altera al colocar un valor mayor de reisitencia, ya que el tiempo aumenta en la misma proporción.
Capacidad = K x T/K x R
Se puede calcular el resistor que se necesita para que el reloj muestre el número de faradios del capacitor en prueba. Por ejemplo, temenos un capacitor de 40 uF. y queremos que el reloj muestre 40 segundos, aplicamos la fórmula: Resitencia = tiempo/0.693 x capacidad, lo que en numeros reales sería: Resitencia = 40/0.693 x 0.000040 = 1.443.000 ohmios.
Si queremos medir capacitores de 60 nanofaradios, la fórmula sería: Resistencia = 60/0.693 x 0.000000060 0 1.443.000.000
Aunque esto en la práctica no es del todo cierto porque si queremos medir uF. se tardaría demasiado, para medir nF. se necesitan resitores muy altos y con respecto a los pf. que poedemos decir.
Hablemos ahora del capacímetro Digital, del cual muchos ya habrán visto el diagrama publicado, este consta varios circuitos. El transconductor el cual esta conformado por 2 IC555, mismo que se encarga de hacer que los valores de capacidad sean convertidos al idioma que hablan los circuitos digitales y que puedan ser presentados en un contador-display. Esta parte del circuito también lo podemos usar para un ohmetro, velocímetro, frecuencímetro, etc.
La primera parte del transconductor se encarga de convertir en mayor o menor duración de tiempo la capacidad del capacitor, el cual se conecta como elemento de retardo en el temporizador 555B. siendo el timepo "T" directamente proporcional al producto RC, resulta evidente que la duración del pulso positivo de salida del 555 dependerá únicamente del capacitor en prueba, ya que el resistor será siempre igual para todas las lecturas en la misma escala.
La segunda parte del transconductor la constituye el 555A, configurado en un oscilador astable, el cual se encarga de generar una cantidad determinada de pulsos por segundo, que llamaremos Clock. La última parte del transconductor esta a cargo de una compuerta NAND, esta entrega a los contadores 7490 una cantidad de pulsos "A" de acuerdo con la duración del los pulsos "B". En otras palabras, el pulso largo del 555B, proporcional a la capacidad medida, abre la compuerta NAND "D" para que pasen los pulsos iguales y cortos del oscilador "A".
Tableta de circuito impreso 1
Tableta de circuito impreso 2
NOTA:
Los circuitos aquí publicados, en su mayoría no han sido probados, el buen funcionamiento o no de los mismos, es responsabilidad del ensamblador.
