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Capacímetro Autorrango ( capacitance meter )

Uno de los instrumentos que no puede faltar en cualquier banco de trabajo es un medidor de capacitores. La mayoría de los instrumentos que encontramos en el mercado cuestan muy caro. Además, los medidores de capacitores que encontramos .

Uno de los instrumentos que no puede faltar en cualquier banco de trabajo es un medidor de capacitores. La mayoría de los instrumentos que encontramos en el mercado cuestan muy caro. Además, los medidores de capacitores que encontramos en los multímetros no pueden medir más allá de los 1000uF o 2000uF, en el mejor de los casos. El medidor que te mostramos hoy es capaz de medir dispositivos de pocos pico Faradios hasta varios Faradios, con la ventaja de utilizar una única escala que se ajustará en forma automática y sin necesidad de ninguna llave selectora. Averiguar el estado de un capacitor ya no será privilegio de sólo algunos profesionales. Toda la construcción paso a paso, detallada en este artículo, ¿te lo vas a perder?

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Con sólo un PIC 16F628A y un popular temporizador 555 puedes tener, en una tarde de trabajo, un medidor de capacitores que te sorprenderá por su sencillez constructiva, por su facilidad de uso y, sobre todo, por su precisión utilizando componentes comunes. Tal como puedes ver en el circuito, el temporizador 555 debe ser de tecnología CMOS y los más populares son los fabricados por Harris, Texas Instruments, Philips, Intersil y Thomson. El circuito integrado es básicamente el mismo que el NE555 común, con la única diferencia que la tecnología de fabricación empleada es otra. Los beneficios que trae la utilización de este tipo de 555 es el bajo consumo (60uA) sumado a la precisión (2%) y la bajísima necesidad de corriente para activar entradas como THRESHOLD, TRIGGER y RESET (20pA).

Teoría de funcionamiento
El funcionamiento del instrumento que te presentamos hoy se basa en el funcionamiento del 7555 como multivibrador monoestable. Para efectuar la medición del capacitor, el microcontrolador se encarga de manejar las entradas RESET y TRIGGER en forma adecuada y, una vez disparado el multivibrador, toma el tiempo en que OUTPUT permanece en estado alto (HIGH). Como se puede apreciar en el diagrama siguiente, el tiempo que dure el pulso generado será directamente proporcional al valor de C (que es el capacitor bajo prueba) y de Ra. Repasando brevemente el modo de operación de un multivibrador monoestable, podemos recordar que inicialmente C se cargará a través de Ra, intentando alcanzar una tensión de carga equivalente a la tensión de alimentación del circuito. En la práctica, esto nunca llega a suceder ya que el transistor conectado en el Pin 7 del IC provocará la descarga de C cuando la misma alcance los 2/3 de la tensión de alimentación.

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Para lograr un funcionamiento deseado, el PIC colocará un estado bajo en el Pin 4, dando RESET al temporizador. Luego disparará (TRIGGER) el monostable mediante la colocación de una muy breve transición desde un estado alto a uno bajo para luego retornar y quedar en un estado alto hasta el próximo disparo del multivibrador. Durante el flanco descendente del impulso de disparo, el 7555 activará su conteo cambiando el estado del Flip-Flop interno del IC, lo que permitirá la carga de C al liberar el transistor interno que lo mantenía forzado a un potencial de GND.

Al momento de dispararse el TRIGGER, el transistor interno (Pin 7) libera al capacitor (en nuestro caso, de valor desconocido) de un potencial igual a GND y permite la carga de este componente a través de la resistencia Ra que, en nuestro circuito, será la seleccionada para cada rango y estará formada por un potenciómetro multi-vueltas y una resistencia fija. El trabajo de selección para determinar cuál “rama” de resistencias se ocupará de cargar el capacitor estará a cargo del PIC y será en función del resultado que vaya obteniendo a medida que la salida OUTPUT del multivibrador vaya evolucionando.

Esto es: el PIC inicia un acumulador de tiempo y, si el mismo se excede en determinada cantidad de cuentas, el PIC entenderá que no se trata de un capacitor pequeño (escala de pico Faradios) y conmutará automáticamente a drenar corriente a través de la rama de las resistencias indicadas como nano Faradios. Si la salida del multivibrador se sigue manteniendo alta y el segundo contador dentro del programa del microcontrolador también se desborda, el PIC conmutará automáticamente al tercer rango para cargar más rápidamente el capacitor que evidentemente estará dentro del rango de los microfaradios. De acuerdo al programa realizado, los desbordes sucederán a las 9.999 unidades y, para facilitar la lectura de los resultados obtenidos, las escalas se expresarán de 1 a 999 pico Faradios, luego de 1,00 a 9,9 nano Faradios y de 10 a 99 nano Faradios, repitiéndose este modo de visualización en la escala de los micro y mili Faradios.

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Resumiendo: el PIC maneja en forma constante al multivibrador y “lee” el tiempo que dura el pulso de salida de éste cuando se produce el cambio de estado en OUTPUT. Esa “longitud” de tiempo representa un equivalente al valor del capacitor bajo prueba (CUT, Capacitor Under Test).

El circuito propuesto
Esta versión del circuito y su arquitectura están inspiradas en un circuito muy popular publicado hace un tiempo. Lo que hemos hecho en nuestro caso es tomar sus características sobresalientes, simplificar el circuito a un montaje entendible, práctico y útil, por sobre todas las cosas. De esta forma, podemos ver tres bloques bien definidos que estarán formados por la fuente de alimentación, el multivibrador y el PIC. En el caso de la fuente, hemos decidido un montaje dividido por razones de espacio dentro del gabinete seleccionado y para facilitar su construcción. (Los gabinetes que fabricamos nosotros mismos a partir de un perfil de aluminio obtenido en un parque de chatarras).

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El mecanizado lleva un poco de tiempo extra en la construcción pero nos asegura un producto terminado muy robusto y presentable. Tengamos en cuenta que esta clase de instrumentos no se puede montar y mantener sobre una plataforma de ensayos (protoboard) ya que éstas son muy propensas a presentar conexiones erráticas con el tiempo y el continuo traslado del instrumento de un lugar a otro.

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