capacimetro per i pf

[boschi]

sto provando a fare un capacimetro per capacita dell ordine dei pf, ed ho trovato questo, il problema è che non ho lm339 a portata di mano, ed il piu vicino negozio di elettronica dista un oretta di macchina (senza contare che non ho la patente ndr), ho quindi provato ad usare un lm358, ma con scarsi risultati.

leggendo la frequenza ottengo circa 500hz in uscita senza nulla collegato, il problema è che ho delle letture molto ballerine(480-500hz).

è colpa del 358?

lui dice che qualunque comparatore capace di oscillare a 50khz va bene, un op amp cosa deve avere per essere considerato un comparatore?

ho anche in giro dei TL082 ed alcuni LMC662, che questi possano andare meglio?

il tutto è stato fatto su breadboard, che su millefori la cosa si risolva?

rispetto allo schema ho applicato una sola modifica, cioe il C da 1000pf nell entrata del circuito l'ho messo da 2,2nf, tenendone conto nelle formule non dovrebbe cambiare nulla giusto?

grazie delle risposte

[boschi]

Grossomodo ho capito in cosa differiscono i compartori, ed ho capito che non ne ho in giro, daltra parte però mi pare di aver capito che le specifice richieste non siano cosi stringenti da non poter usare un 358, o sbaglio?

[stefa24]

Ciao
per gli acquisti hai provato on line? metti insieme un po di cose per spalmare i costi di spedizione.

[Etemenanki]

Non e' che costino poi cosi tanto ... esempio:

http://www.ebay.it/itm/LM339-LM339N-integrato-quadruplo-comparatore-di-tensione-4-pezzi-/231790828088?hash=item35f7cf5a38:m:mQVKYq4gv6ZxYBo-7mHS1-w

[astrobeed]

boschi:
o sbaglio?

Sbagli di grosso, a parte il fatto che il LM358 è un opamp generico di medie prestazioni, nulla di eccezionale, però quando si parla di strumenti di misura in grado di scendere ai bassissimi livelli, come i pf, servono componenti di ottima qualità e ottime prestazioni, quello schema di capacimetro è una tavanata galattica.
Un capacimetro decente in grado di misurare i pf costa non meno di 250 E, autocostruirlo è possibile però non pensare di spendere meno di 30-40 E, servono opamp per strumentazione che costano molti E, ed è un circuito molto critico che non si può realizzare su una mille fori, serve un pcb ben fatto e correttamente progettato.

[Maurotec]

leggendo la frequenza ottengo circa 500hz in uscita senza nulla collegato, il problema è che ho delle letture molto ballerine(480-500hz).

è colpa del 358?

lui dice che qualunque comparatore capace di oscillare a 50khz va bene, un op amp cosa deve avere per essere considerato un comparatore?

ho anche in giro dei TL082 ed alcuni LMC662, che questi possano andare meglio?

Scarica i datasheet e studiali. Come prima differenza noterai che sovente il comparatore ha l'uscita open collector.
La colpa sicuramente è da attribuire al 358, ma non è da escludere il software che ha comunque la sua importanza, ma prima devi realizzare il circuito testarlo con l'uso di un oscilloscopio e poi pensare al software.

Se vuoi puoi provare a scaricare LTspice (dal sito della linear) e provare a simulare il circuito, ciò di permette almeno di verificare il comportamento del circuito sostituendo al comparatore un generico amplificatore operazionale.

La misura eseguita è relativa quindi L e C possono essere modificati entro certi limiti, l'importante è misurare con precisione la frequenza di oscillazione (e essere sicuri circa la stabilità) e usarla poi nella formula come riferimento.

Come comparatore puoi anche usare un LM311.

Ciao.

[boschi]

ciao, grazie mille delle delle risposte!

ho capito le differenze tra un op amp generico ed un comparatore, il primo lavora con segnali analogici e un ciclo a loop chiuso, mentre il secondo è progettato specificatamente per lavorare a loop aperto (o come trigger di schmitt), quindi andare rail to rail in uscita.

adesso ne ho gia ordinati alcuni di 339, sperando che le poste non li perdano.

@astrobeed a dire la verità lo pensavo anche io, poi ho trovato qualcuno che non lo sapeva , e che con 0 componenti misura con ottima precisione condensatori dell ordine dei pf, quindi spero che anche quello di kwong funzioni, o almeno, nei commenti sembra sia cosi.

@MauroTec riguardo l'hw non posso obbiettare, ma come sw sto usando una libreria per leggere solamente la frequenza, non ho ancora provato a portare il software su arduino.

scusa ma cosa intendi con stabilità? o meglio, è possibile che la frequenza di oscillazione cambi da sola a causa che so, della temperatura dell ic??

un altra cosa, volevo implementare oltre al misuratore LC ed il frequenzimetro un oscillatore per quarzi, che mi dicesse anche la frequenza. vorrei usarlo per quarzi per atmega diciamo, ed anche con un certo margine, quindi che oscilli tra i 32khz e i 20-24Mhz (se è possibile avere un range cosi ampio).

frugando tra gli integrati che ho saccheggiato da varie schede ho trovato un CD4011, che negli usi tipici presenta uno schema che lo utilizza come oscillatore. non ho ben capito quale sia la massima drequenza a cui si possa far oscillare. si fa l'inverso del tempo medio di commutazione degli ingressi (con la formula a pagina 3)?

la frequenza minima di oscillazione quale sarebbe?

un ultima cosa, sempre legato al frequenzimetro per quarzi, potete consigliarmi qualche ic per la divisione del clock?

[astrobeed]

boschi:
@astrobeed a dire la verità lo pensavo anche io, poi ho trovato qualcuno che non lo sapeva , e che con 0 componenti misura con ottima precisione condensatori dell ordine dei pf, quindi spero che anche quello di kwong funzioni, o almeno, nei commenti sembra sia cosi.

La rete è piena di tavanate galattiche come questa, un conto è dire che che funziona solo perché si leggono dei valori, un conto è che funziona sul serio perché i valori letti sono precisi, ovvero la misura fatta con questi "trabiccoli" è paragonabile a quella ottenuta con strumenti specifici di sicura affidabilità.
Non dico che è impossibile realizzare un capacimetro con risoluzione al singolo pf, si fa senza problemi, dico che non si realizza con componenti dozzinali e con schemi disegnati da persone che di elettronica ne capiscono meno di zero visto quello che pubblicano.

[Maurotec]

Premessa: Qui l'ingegnere è astrobbed, io sono solo una zucca che vuole ragionare.

Boschi, io il codice non l'ho guardato e a dire la verità anche lo schema non l'ho studiato. Ho solo visto che si tratta di un circuito oscillante LC parallelo. Io ho intuito che il codice facesse il calcolo di C relativo, ma forse non è questo che avevi in mente di fare.

Qui c'è un link dove viene riassunto il funzionamento del circuito risonante LC parallelo:Design of resonant RF circuits - progettazione di circuiti risonanti

Con riferimento alla formula semplificata MHz = 159 / ( sqr(uH * pF) ) = 159 / ( sqr(LC) ), dove :

• L'induttanza L è espressa in micro Henry.
• La capacità è espressa in pico Farad.
• MHz è la frequenza di oscillazione espressa in MHz.

Per passare da MHz a kHz basta moltiplicare per 1000 il risultato ottenuto, oppure si moltiplica 159x1000.

Esempio:
L = 100uH
C = 1000pF

FkHz = 159000 / ( sqr(100 x 1000) ) = 502,802 kHz

Ora diciamo che alla capacità C aggiungi 1pF, quindi C ora vale 1001pF, ricalcolando ottieni che FkHz vale
502,550.

Ora otteniamo Cx (che sappiamo valere 1pF)

Cx = ( ( (502,802147967 / 502,550935287) ^ 2 ) -1 ) x 1000 = 0,999999998pF

Ora che ricordo nello schema c'è un deviatore e io ho concluso che venisse usato proprio per ricavare la frequenza di oscillazione da usare come riferimento al fine di effettuare il calcolo relativo di cui accennavo e che ho descritto poco sopra.

Conclusioni:
Quando si vuole misurare il pico Farad conviene puntare verso frequenze di oscillazioni più alte, poi c'è da vedere se il comparatore oscilla in modo stabile (si la frequenza può subire variazioni). Inoltre c'è da verificare se arduino si a in grado di misurare questa frequenza e quanto risulta veritiera se confrontata alla frequenza ricavata attraverso un oscilloscopio.

Quindi questa è la teoria ed è abbastanza precisa, passando alla pratica dove i componenti elettronici non hanno un comportamento teorico considerato ideale, si devono fare i conti con i parametri caratteristici dei singoli componenti e prendere in considerazione anche la deriva termica.

La deriva termica influisce poco usando il calcolo relativo e quindi memorizzando un nuovo valore di riferimento poco prima di effettuare la misura. Componenti parassite come la capacità e induttanza del PCB e relativi cavi di misura può influenzare anche pesantemente la misura e purtroppo non abbiamo un modo di misurare la capacita tra due piste adiacenti, lunghe tot.

Spero ti sia utile e che al progetto partecipino attivamente molti altri utenti.

PS: C'è un altro metodo di misura di C e L, ma serve un generatore di tensione sinusoidale preciso e quanto più possibile con un comportamento prossimo al componente ideale.

[astrobeed]

MauroTec:
Conclusioni:
Quando si vuole misurare il pico Farad conviene puntare verso frequenze di oscillazioni più alte, poi c'è da vedere se il comparatore oscilla in modo stabile (si la frequenza può subire variazioni). Inoltre c'è da verificare se arduino si a in grado di misurare questa frequenza e quanto risulta veritiera se confrontata alla frequenza ricavata attraverso un oscilloscopio.

La teoria è una gran bella cosa, assolutamente indispensabile, però quando si passa alla pratica le cose sono sempre più complicate di quello che mostrano le formule.
Un conto è realizzare un capacimetro per misurare le centinaia di nano farad, o i micro farard, un conto è misurare i pico farad, come sempre quando ci si sposta verso il molto piccolo, o il molto grande, le cose si fanno complicate.
Un circuito oscillante per misurare i pf è dannatamente instabile se non realizzato come si deve, basta stargli vicino per alterare la frequenza, come ho già specificato anche il solo pcb su cui montare il tutto è critico da realizzare, assolutamente impensabile realizzarlo su mille fori o, peggio, su breadboard, se si vuole ottenere un vero strumento di misura e non un qualcosa che segna valori con errori del +/- 100%.

[Etemenanki]

Per quanto riguarda la deriva termica, non dimentichiamo che influisce non solo sui componenti dello strumento, ma anche sul condensatore in prova ... vero che in genere la maggior parte dei condensatori di basso valore sono NP0 (ceramici a coefficente termico neutro), ma non tutti ... se prendi un multilayer di infima qualita', magari la lettura ti puo variare anche di parecchi punti percentuali se la temperatura cambia, senza che sia colpa dello strumento ...

[astrobeed]

Etemenanki:
Per quanto riguarda la deriva termica, non dimentichiamo che influisce non solo sui componenti dello strumento, ma anche sul condensatore in prova ..

Assolutamente si, se poi mettiamo nel calderone anche il fatto che i condensatori low cost hanno tolleranze abbastanza alte, tipo il 20%, ecco che se lo strumento non è preciso si rischia di montare sul circuito un condensatore non idoneo.
Esempio pratico, se le capacità di carico per i quarzi sono di valore troppo alto, o basso, l'oscillatore non funziona, l'errore ammesso è sempre abbastanza piccolo, montare 22 pf al posto di 18 pf è sufficiente per non far funzionare l'oscillatore.

[Maurotec]

Il capacimetro è uno strumento utile certamente però l'oscilloscopio e un generatore di segnali in mani esperte fa miracoli. Poi mi chiedo perché si ha interesse al pico farad. astrobeed ci ricorda che bastano pochi pf di errore per fare si che l'oscillatore quarzato non oscilli del tutto, però in questo caso se il problema è la mancanza del pf possiamo aggiungere un compensatore e tararlo con l'ausilio dell'oscilloscopio (e ci risiamo con l'oscilloscopio).

Volevo fare notare che con il calcolo relativo al riferimento salvato prima in memoria (o eeprom) si ottiene una misura che se fallisce è da imputare ad una minora quantità di variabili, cioè il sistema di misura è meno sensibile alle variazioni di cui non teniamo conto.

Conscio di tutte i motivi che possono influenzare la misura, da qualche parte si deve iniziare e non si può teorizzare all'infinito e tenere di conto tutte le possibili variabili senza prima approntare un circuito di test, quindi se uno volesse fare dei test come dovrebbe procedere?

Alcune domande a cui rispondere per potere iniziare sono le seguenti:

1. Che circuito oscillatore uso?
2. Cosa deve fare il software per misurare la frequenza?

PS: Qui non si usano librerie si fa tutto a manina spremendo le meningi, e se vedi i numeri che ballano la samba vuol dire che è ora di spegnere il computer e svolgere un attività più rilassante, come ad esempio dormire.

Ciao.

[astrobeed]

MauroTec:
però in questo caso se il problema è la mancanza del pf possiamo aggiungere un compensatore e tararlo con l'ausilio dell'oscilloscopio (e ci risiamo con l'oscilloscopio).

Ti ci voglio vedere a mettere un compensatore su un circuito smd ad alta densità, sopratutto ti ci voglio vedere a tararlo senza la necessaria strumentazione
Si montano direttamente i giusti condensatori, magari optando per modelli di buona qualità con bassa tolleranza quando il valore è critico, p.e. dei ceramici con dielettrico X6E (-55°, +105°, 4.7%)
Con il generatore di segnali e l'oscilloscopio ci fai ben poco se non disponi anche di induttori campione di precisione, inoltre quando si parla di pf se non hai l'apposito pcb per montare il condensatore, accoppiato con l'induttore campione per trovare la f di risonanza, te lo puoi scordare di fare una misura precisa.
Tutti e due i miei multimetri da banco, strumentazione professionale da laboratorio, sono in grado di misurare le piccolissime capacità, risoluzione fino a 0.1 pf, però se non uso la corretta procedura di misura, a partire dalle apposite sonde, va a finire che invece di misurare il condensatore misuro la capacità parassita dei cavi

[Maurotec]

Ti ci voglio vedere a mettere un compensatore su un circuito smd ad alta densità, sopratutto ti ci voglio vedere a tararlo senza la necessaria strumentazione

Ovvio, smd alta densità, alta frequenza chi più ne ha ne metta la cosa si può complicare all'infinito.

Si montano direttamente i giusti condensatori, magari optando per modelli di buona qualità con bassa tolleranza quando il valore è critico, p.e. dei ceramici con dielettrico X6E (-55°, +105°, 4.7%)

Certamente che si, ho fatto riferimento al tuo post ma pensavo in via del tutto generale, cioè se stai sperimentando un circuito non pensato per oscillare ma questo oscilla (anche se non dovrebbe), alle volte si brancola nel buio, si ricontrollano tutti i calcoli e simuli e prendi un pezzo di circuito è lo testi su millefori ecc, per questo ho scritto che con generatore di segnale e oscillo si fanno miracoli.

Tutti e due i miei multimetri da banco, strumentazione professionale da laboratorio, sono in grado di misurare le piccolissime capacità, risoluzione fino a 0.1 pf, però se non uso la corretta procedura di misura, a partire dalle apposite sonde, va a finire che invece di misurare il condensatore misuro la capacità parassita dei cavi

A questi livelli il dubbio prevale sempre e ti chiedi se quello che stai misurando corrisponde a realtà. Poi realisticamente misurare la capacita di C in smd magari 402 (o anche più piccolo) ti mette di fronte tante difficoltà anche pratiche. Poi se il circuito funge...amen, se non funge quanto tutto dice che deve funzionare li sono cazzi.

Astro secondo te con la misura relativa occorre avere per forza induttanze e condensatori di precisione?
Altra questione L come deve essere realizzata, in aria o con nucleo?

L di basso valore, tipo 10uH si può anche realizzare in aria, ma 200uH forse in aria risulta troppo voluminosa, specie se vogliamo tenere basso la R parassita.

Ciao.

[Etemenanki]

astrobeed:
... tararlo senza la necessaria strumentazione ...

[baubabit]

Vi racconto la mia esperienza,
tempo fa ho realizzato un induttanzimetro utilizzando proprio un Atmel ATMEGA328. Lo schema si basa su un'oscillatore sinusoidale Colpitts che di per se' e' molto stabile con una induttanza "campione" da 1uH, un comparatore LM339 e leggendo la frequenza con l'input capture. Con l'oscillatore non potevo andare troppo in alto in frequenza in quanto il comparatore generico non riusciva funzionare correttamente. In pratica valori bassi di induttanza mi erano preclusi. Pero' il tutto funzionava. Poi ho deciso si spostare la frequenza piu' in alto intorno a 5MHz e cosi' ho sostituito il comparatore con un Microchip MCP6561R rail to rail e come transistor ho sostituito il 2N2222A con un BFR92A. Ovviamente il processore non riesce a leggere tale frequenza e ho introdotto un divisore x 256 dopo il comparatore. I risultati sono stati molto positivi e, messo a confronto con due ponti L/C seri ha mostrato differenze nelle letture marginali. Ad esempio su 1uH legge 1.1uH, con 320uH legge 325uH, e piu' aumenta l'induttanza da misurare piu' la differenza diminuisce percentualmente. Pertanto consiglio innanzitutto di capire quale range si vuole coprire nell'ambito della misura, individuare successivamente i componenti adatti allo scopo e dotarsi di un po' di pazienza e una calcolatrice prima di scrivere qualsiasi riga di codice. Per la tolleranza sui componenti ho aggirato il problema introducendo una procedura di calibrazione da eseguirsi prima della misura vera e propria.
Ho parlato di induttanzimetro ma il discorso vale anche per un capacimetro.
Scusate l'intromissione.

[boschi]

grazie ancora delle risposte!

@baubabit scusarsi per l'intromissione? perche mai? il tuo post è inerente ed in materia ne sai piu di me, quindi ogni tuo suggerimento è ben accetto.

@astrobeed e @MauroTec, i vostri post mi hanno fatto capire che effettivamente la cosa è difficilmente fattibile, peggio ancora senza circuito stampato, ed effettivamente mi risulterebbe anche difficile misurare condensatori smd, senza contare che è solo uno sfizio, gia con il 555 riesco a misurare due ordini di grandezza senza grossi problemi (anche se la precisione devo ancora verificarla).

vorrei pero creare l'induttanzimetro, da qualche decina di nH a magari due o trecento uH , e prima di iniziare a fare qualche prova vorrei chiarirmi alcuni dubbi.

su quale frequenza consigliate di tenermi per evitare eccessive induttanze tra i cavi?

un induttanza con sopra 680. significa è da 680uH? (non sono esattamente fornito di induttanze ndr)

sbaglio, o è meglio mantenere il circuito quanto piu piccolo possibile (meno interferenze / induttanza cavi)?

è possibile usare i circuiti in allegato? (il 555 non mi piace troppo)
come ic userei un 74HC86 (XOR) con un pin a VCC

[Maurotec]

@astrobeed e @MauroTec, i vostri post mi hanno fatto capire che effettivamente la cosa è difficilmente fattibile, peggio ancora senza circuito stampato, ed effettivamente mi risulterebbe anche difficile misurare condensatori smd, senza contare che è solo uno sfizio, gia con il 555 riesco a misurare due ordini di grandezza senza grossi problemi (anche se la precisione devo ancora verificarla).

Io non penso ci sia una soluzione semplice funzionale per cose complicate, quindi io non scritto quei posto con l'intento di scoraggiarti, ma e detto di tutto in po' e sicuramente altre domande salteranno fuori durante la progettazione e una risposta la si deve dare alla maggior parte delle domande altrimenti i dubbi rimangono e non si può passare alla vie di fatto con cognizione di causa.

Il circuito con il 555 non lo conosco, e non ho intenzione di metterci il naso.

Se pensi di assemblare il circuito è ottenere da subito il funzionamento accettabile, allora e meglio che lasci perdere.
Mentre se la delusione che si prova quando un progetto non lavora come ci aspettiamo ti mette nelle migliori condizioni di dare il meglio di te e per la strada imparare anche tante cose utili, allora comincia pure e fai tante domande e spera che ti rispondo, perché per quelle poche che ho fatto non hanno ricevuto risposta.

Comunque il PCB non è fondamentale, la millefori può anche andare bene.

Ciao.

[Maurotec]

un induttanza con sopra 680. significa è da 680uH? (non sono esattamente fornito di induttanze ndr)

Potrebbe anche significare 680nH, le dimensioni possono aiutare a stabilire se si tratta o meno di 680uH.
In alternativa calcola la frequenza con 680nH e C 1n, e la frequenza con L 680uH con C sempre 1n.

Realizza il circuito su bread board e misura la frequenza sull'uscita del comparatore, anche se il circuito fosse afflitto da cattiva precisione potrai escludere uno dei due valori, i quali determinano frequenza molto diverse.

Dimenticavo, che se non ti doti di simulatore e sai un poco di elettronica difficilmente otterrai qualcosa di usabile, ma comunque da qualche parte si deve pure partire e poi c'è tempo per migliorarlo.

Ciao.