Trimmerkondensatoren
Autoren: Marc Ebmeyer
Einleitung
Ein Trimmkondensator ist ein in einem festen Bereich einstellbarer Kondensator. In diesem Fall handelt es sich um einen Drehkondensator, da hier mehrere übereinander Liegende Kondensator Platten übereinander verdreht werden, wodurch sich die Gesamtkapazität ändert. Mit einen kleinen Schlitzschraubendreher lässt sich dieser Wert einstellen. Bei Präzisen Messungen nutzt man, um keine weiteren Kapazitäten zu verursachen, dazu Keramische Schraubendreher, wie z.B. beim einstellen von Oszilloskopen.
Thema: Kapazitive Winkelmessung
Technische Übersicht
| Eigenschaft | Daten |
|---|---|
| Isolationsspannung |
VCC 150 V |
| Temperaturbereich |
-40 - 70 °C |
| Min. Resonanz Frequenz |
700 MHz |
| Kapazität |
1,5 - 5 pF |
Prinziperklärung
Man kann mit einem Arduino sehr gut Kondensatoren im uF Bereich vermessen. Dazu nutzt man einen Digital-Port des Arduinos als Signalgenerator und erzeugt mit Ihr Sprünge von LOW nach HIGH. Diese gibt man auf einen Spannungsteiler, siehe Abbildung. Nun kann man mit dem Analogeingang des Arduinos die ansteigende Flanke am Kondensator messen. Dabei ist zu beachten, dass am Arduino UNO der analoge Port zwar mit einem Innenwiederstand von 100Mega Ohm angegeben ist, aufgrund der Kapazitiven Messmethode des Arduinos am Analogeingangsport man mit 10k Ohm rechnen muss. R1 ist der Vorwiderstand für den Kondensator hier Beispielhaft für einen 100uF Kondensator siehe Simulation.
Der hier vorliegende Kondensator hat allerdings maximal 5pF, sodass an die grenzen vom Arduino stößt, sowohl was die maximale Frequenz am Digital Ausgang, als auch was die maximale Frequenz.
Deswegen muss man die Messung ein wenig anpassen. Dabei treten verschiedene Probleme auf. Zum einen ist der Kapazitätsbelag des Steckbretts höher wie die 5pF zum anderen kommen zusätzlich hier die verwendeten Leitungen hinzu deren Kapazität ebenfalls in der Größen Ordnung liegen.
Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit)
Prinzip: Trimmer bildet mit hochohmigem Widerstand einen RC-Lader. Arduino schaltet Pin auf HIGH → misst Ladezeit bis Input als HIGH erkannt wird. Vorteil: nur Arduino (keine Zusatz-ICs). Nachteil: sehr empfindlich gegen Leckströme, Störungen; nötige Widerstandswerte sind groß.
(Anmerkung: Pin D2 wird als Eingang gemessen; für Ladevorgang schaltest du vorher ein Ausgang auf LOW/INPUT usw. — Code sorgt dafür.)
Teile
Arduino (Uno/Nano)
R = 4.7 MΩ (oder 10 MΩ, siehe Hinweise)
Trimmer (1.5–5 pF)
kurze, abgeschirmte Verbindungskabel, Masse gut verbinden
Theorie (genau, Ziffern)
Ladegesetz: V(t)=Vcc(1−e−t/(RC)) V(t)=V cc
(1−e −t/(RC) ). Wenn die Input-Schaltschwelle Vth≈0,63 Vcc V th
≈0,63V cc
gilt, dann ist
t≈−RCln(1−VthVcc)≈R⋅C t≈−RCln(1− V cc
V th
)≈R⋅C
(bei Vth≈0,63Vcc V th
≈0,63V cc
ist der Faktor ≈1).
Beispiel (R = 4{,}7 MΩ):
C = 5 pF → τ=RC=4,7⋅106⋅5⋅10−12=23,5 μs τ=RC=4,7⋅10 6 ⋅5⋅10 −12 =23,5 μs
C = 1.5 pF → τ=7,05 μs τ=7,05 μs
Messschaltung
Messschaltung zur Messung des Winkels mittels Drehkondensator
Messung
Beispielhafte Messung mit Ausgabe der Kapazität des Kondensators und des Drehwinkels.
Demo
Link zum Demo im ArduinoUnoR3 Ordner
Hardwareaufbau
Bitte benutzen Sie die bereit gelegten 1M Ohm Widerstände und schalten Sie diese in Serie so zusammen, dass Sie 5MOhm bekommen.
Messen sie den Wert mit einem Multimeter nach und tragen Sie diesen in der Software Zeile 65 R= ? ein.
Lassen sie sich mit dem Seriellen Anzeige die Werte für das Kondensatortrimmpoti Anzeigen und
notieren Sie sich die Min.- und Max. -Werte und tragen Sie diese in der Software in Zeile 26 und Zeile 27 ein.
Nun sollten Sie einen Messwert für den Drehwinkel bekommen von 0-180°.
Datenblätter
Weiterführende Artikel
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