Kapazitätsmessplatz
Gerade
für Anfänger ist es oft nicht leicht die Kapazität eines
Scheibenkondensators zu ermitteln. Entweder gibt es keinen Aufdruck
oder der Anfänger kann mit dem Aufdruck von z.B. „104“
nichts anfangen. Sind es nun 100 pF oder 100 nF?
In
der Schaltung werden nur Bauelemente aus dem Adventskalender 2011
verwendet. Der erste Timer des NE556 funktioniert als
Rechteckgenerator, so wie auf der Rückseite des Kalenders im Bild
Elektronikwissen-Nr. 9 dargestellt. Die Frequenz beträgt 5,8 kHz.
Es handelt sich um die Grundschaltung des astabilen Betriebs. Am Pin 2
bzw. Pin 6 kann man folgendes Signal sehen:
Signal am Eingang Pin 2 bzw. 6
Am
Ausgang des ersten Timers entsteht ein Rechtecksignal, welches an den
zweiten Timer des NE556 auf den Reset und Triggereingang geleitet wird.
Die Aufgabe des ersten Timers ist somit nur die Erzeugung eines
Rechecksignals.
Signal am Pin 5 (Output 1. Timer)
Der
zweite Timer des NE556 arbeitet im monostabilen Betrieb. In
Abhängigkeit der Kapazität des zu messenden Kondensators (In
der Schaltung Cx) ändert sich die Haltezeit und somit letztlich
das Tastverhältnis des Rechtecksignals am Ausgang des zweiten
Timers Pin 9. Lässt man den Ausgang vorerst unbeschaltet, kann man
die verschiedenen Tastverhältnisse für verschiedene
Kapazitätswerte gut erkennen:
Ohne Kapazität Cx
Reihenschaltung von 3 Stück 100nF und somit ca. 33nF
Reihenschaltung von zwei Stück 100 nF und somit ca. 50 nF
Verwendung von Cx = 100 nF
Um
die Kapazität zu ermitteln, wird aber der Ausgang des zweiten
Timers Pin 9 beschaltet. Um die Kapazität bzw. ein der
Kapazität proportionales Ausgangssignal zu erhalten, wird
folgendes Prinzip ausgenutzt: Je nach
Tastverhältnis enthält das Signal einen
unterschiedlichen Gleichspannungsanteil. Um diesen auszuwerten wird mit
dem Ausgangssignal von Pin 3 der Elektrolytkondensator (10 uF)
über zwei in Reihe geschaltete Widerstände (je 10kOhm)
aufgeladen. Je höher der Gleichspannunganteil, desto
größer wird die Gleichspannung am Kondensator. Damit der
Kondensator sich auch gleichmäßig entlädt und man eine
Spannung größer 1,6 V erkennt, ist noch die rote Leuchdiode
dem Kondensator parallel geschaltet.
Folgende Messwerte habe ich erhalten:
Cx
Spannung am
Elko/LED
1 Kondensator 100 n 1,7 Volt LED an
2 Kond. in Reihe 50 n 1,5 Volt LED aus
3 Kond. In Reihe 33 n 0,9 Volt LED aus
2 Kond. Parallel 200 n 1,7 Volt LED an
Die
rote LED benötigt zum Leuchten etwa 1,6 Volt. Somit leuchtet diese
nur bei einem Cx-Bereich von 100 n und dient in der Schaltung als
Anzeige eines Kondensators von wenigstens 100 n. Bei Kondensatoren im
Piko-Bereich bleibt sie aus. Bei größeren zu messenden
Kapazitäten, z.B. Parallelschaltung zweier
100-n-Scheibenkondensatoren, vergrößert sich die
Gleichspannung nicht mehr. Das liegt daran, dass das
Tastverhältnis nur soweit ansteigen kann, bis das
Tastverhältnis des Ausgangssignals des ersten Timers erreicht
wird. Somit lassen sich mit der vorliegenden Schaltung Kapazitäten
im Bereich von 10 nF bis 100 nF messen. Diese Werte lassen sich zum
Experimentieren mit den vorhandenen Scheibenkondensatoren des Kalenders
durch Reihenschaltung realisieren. Der Messbereich lässt sich
durch Änderung des Widerstands an Pin 13 (Discharge Timer 2) und
Änderung der Grundfrequenz des ersten Timers verändern. Aber
für die im Kalender vorhandenen Scheibenkondensatoren genügt
diese Schaltung völlig.
Zwei Kondensatoren 100 nF in Reihe und somit 50 nF – LED bleibt aus
Nur ein Scheibenkondensator von 100 nF – LED ist an
Als
richtiges Kapazitätsmessgerät sollte statt der roten LED ein
Drehspulinstrument mit Vorwiderstand und entsprechend kalibrierter
Skale eingesetzt werden.
Viel Spaß beim Experimentieren!
