Ve svém předešlém článku o LED jsem se zmínil o jejich měření. Z hlediska praktických modelářských potřeb jde především o nalezení vhodného předřadného odporu, kterým lze jednak regulovat svítivost (jas) té které LED, a jednak ji ochránit před zničením. Doporučené zapojení takového měřiče LED je v citovaném článku na obr. 4. Pro občasné změření jedné či několika LED je toto zapojení dostatečné, ale když potřebujeme měřit větší množství různých LED, je dost nepraktické postupovat tímto způsobem. Zejména, když máme změřit různé typy diod s různými paticemi, délkou vývodů apod. A to vůbec nemluvím o SMD diodách, u kterých je největším problémem jejich uchycení před měřením.

Přemýšlel jsem, jak si zjednodušit tuto práci, protože jsem si uvědomil, kolik budu muset při stavbě kolejiště změřit všelijakých LED. Samozřejmě, jeden takticko-logistický předpoklad tu je. A to používat co nejužší sortiment LED. Například jeden typ bílé a jeden typ žluté. Ale realita je jiná… Za léta praxe jsem nastřádal značné množství všelijakých LED různých velikostí i barev, které nejspíš bude účelné použít třeba na osvětlení domečků, skladišť a jiných budov, kde je moc vidět nebude. Takže rozsáhlému měření se nevyhnu. A měřit pomocí krabičky s banánky a multimetru se mi moc nechce.

V pravý čas se na čínském trhu (co bychom si bez něj dnes počali …  ) objevily miniaturní duální měřicí přístroje. Obvykle kombinují digitální voltmetr a ampérmetr. Navíc jsou skutečně miniaturní, kolem 50 x 30 x 20 mm. Voltmetr má červený displej, ampérmetr obvykle modrý (ale existuje žlutý i zelený). A za lidovou cenu 150 –  200 Kč. Bylo mi jasné, že to je to „pravé vořechové“…  Není to žádný super přesný měřič pro laboratorní účely, ale pro můj (náš) cíl je téměř ideální.  

Jeden z použitelných výrobků je zde, avšak se zásadní výhradou, týkající se měřících rozsahů.  Nic nelze namítat proti napěťovému rozsahu, který je 0 – 100 V (některé mají rozsah až do 300 V, ale to bych se do tohoto obvodu pustit bál…), navíc automaticky přepíná rozsah – posouvá desetinnou tečku. Problém je s proudovým rozsahem – prodávají se s rozsahy 2 – 5 -10 A nebo až do 50 A s externím bočníkem. Nejmenší rozlišení je 10 mA, ale to je vlastně rozlišení poslední číslice na displeji. Kdo zná trochu teorii digitálních měřičů, ví své… Prostě nepoužitelné pro náš účel.

Doplněno 24.března 2014:

Pokrok jde nezadržitelně dopředu – na trhu se objevila novější verze měřiče, u které konstruktéři jakoby vyslyšeli (asi nejen) mé prosby. Má napěťový rozsah do 33V, ale zejména důležité je, že automaticky přepíná proudový rozsah 0 – 999,9 mA – 3A.  Přesnost je udávaná  ± (0.3% + 2words) , na napěťovém rozsahu je rozlišení udávané 10 mV, na proudových pak 0,1 mA pro rozsah 999,9 mA a 1 mA pro rozsah 3A. Navíc, oba displeje jsou čtyřmístné. Prostě ideální pro použití v slaboproudé elektronice i na modelové železnici. Proto jsem ve stávajícím článku kurzívou a méně výraznou barvou označil věty a odstavce, které s využitím nového typu měřiče pozbyly platnost. Další verze měřiče, která se liší jen barvou displeje je zde.

Pomohl jsem si tak, že jsem odstranil vstupní bočník na měřiči proudu (byl to kovový drát z neznámého materiálu) a nahradil ho odporem 10 Ω / 2 W. S touto hodnotou se dalo měřit 10 mA na „plnou výchylku“, tedy přesněji 9,99 mA. Bylo potřebné ještě „doladit“ zesílení vstupního zesilovače, aby údaj 9,99 mA ukazoval právě při této hodnotě proudu v okruhu. Schéma i popis obvodu jsou zde. Pozor – na trhu se vyskytuje víc podobných výrobků, nemusí to vždy souhlasit. Pro měření proudu nad 10 mA poslouží přepínač, který připojí paralelně další rezistor tak, aby výsledný odpor byl 1 Ω. Bohužel, posunutí desetinné tečky není na proudovém rozsahu automatické (a firmware v procesoru nezměním).

Návrh celého měřícího přípravku už pak byl jednoduchý. Bude obsahovat regulovatelný zdroj konstantního proudu v rozsahu cca 1 mA až 40 mA a digitální měření napětí na LED a proudu tekoucího diodou. Jako zdroj konstantního proudu jsem použil katalogové zapojení LM317.

Napájení jsem zvolil bateriové z 9 V destičkové baterie. Ta sice nemá příliš velkou výdrž, ale vešla se mi do krabičky U-KP20A, kterou jsem si vybral. Výhodou je mobilita a nezávislost na vnějším zdroji. Pro dlouhodobé měření, zejména při vyšších proudech, jsem doplnil konektor pro síťový adaptér.

 Ovládací prvky jsou skromné – potenciometr na regulaci proudu a miniaturní přepínač rozsahů 10 – 100 mA. Zapínání vyřeším elektronicky, pokud bude připojená LED, bude napájený i digitální měřič.

Rozhodl jsem se, že doplním ještě jednu možnost měření. Tím, že je v přístroji zdroj konstantního proudu, přímo se nabízí možnost měřit odpory. Proto jsem přidal ještě jeden přepínač „LED-Odpor“. Po přepnutí na „Odpor“ se přepne proudový zdroj na konstantní proud 1 mA a voltmetr místo napětí přímo ukáže hodnotu odporu v kΩ. Ovšem, opět to není přesné laboratorní měření, ale je víc než vhodné pro měření předřadných odporů pro LED. S baterií 9 V můžeme měřit odpory v rozsahu cca 50 Ω do asi 6 kΩ . (Při 10 Ω ukazuje voltmetr hodnotu 0,01 V, což už není použitelné s ohledem na chybu měření, maximum je ohraničené napětím zdroje mínus cca 3 V úbytku na LM317.)  S externím zdrojem 24 V by bylo možné měření do cca 20 – 22 kΩ. Celá schéma měřícího obvodu je na obr. 1.

Obr.1 - Schéma zapojení

Obr.1 – Schéma zapojení

Popis jednotlivých součástí zapojení

X1 je konektor pro externí napájení. Je možné použít zdroj až do cca 35 V (s ohledem na max. vstupní napětí obvodu LM317L). Ale pak dochází k vyšší výkonové ztrátě na tomto obvodu. V mém přípravku je použitá nízkovýkonová verze bez chladiče, což může působit problémy. Doporučuji max. 15-20 V.

Dioda D1 – chrání před přepólováním zdroje. Použitá je Schottkyho dioda kvůli menšímu úbytku (0,3 V). Dioda D2 – stejná – navíc zabrání nežádoucímu nabíjení baterie z externího zdroje.
IO1 – regulovatelný stabilizovaný zdroj LM317L zapojený jako proudový zdroj. Podle polohy přepínače S1 se uplatňuje buď součet odporu R2 a potenciometru (měření LED) nebo R1 (měření odporu). Pro proud zdroje pak platí 

out [mA] = 1,25 [V] / (R2+P) [kΩ],                             nebo     I out [mA] = 1,25 [V] / R1 [kΩ].

Hodnota 1.25 V je napětí vnitřního referenčního zdroje obvodu LM317. Proud pro LED lze tedy regulovat od 37 mA (P=0, R2=33 Ω) do 1,2 mA (P=1 kΩ,  R2=33 Ω). K dosažení proudu I=1 mA pro měření odporů je potřebné nastavit R1 na cca 1,25 kΩ.
Kondenzátory C1 a C2 zabraňují kmitání stabilizátoru.
Konstantní proud ze zdroje protéká měřenou LED (nebo odporem) a odporem R4 (nebo při sepnutém spínači S2 paralelní kombinací R4, R5 a R6) do země. Úbytek na těchto odporech je úměrný tekoucímu proudu a je měřený digitálním ampérmetrem (vstup IN+). Napětí mezi anodou LED a zemí měří digitální voltmetr (vstup PW+).

Spínač S2 a odpory R4, R5 a R6 v nové verzi odpadají. Proud se měří pomocí vnitřního bočníku ampérmetru který je zapojený místo R4.

 Poznámka: Zde je potřebné poznamenat, že digitální voltmetr a ampérmetr mají bohužel společnou nulovou svorku – zem. Je to daň za nízkou cenu a jednoduché zapojení. Vzhledem k měření malých proudů je bočník ampérmetru R4 poměrně velký (10 Ω) a vzniká na něm úbytek napětí, který je současně spolu s úbytkem na LED měřen voltmetrem. V nejhorším případě, když je proud 9,99 mA, je tento úbytek 0,099 V, tedy cca 0,1 V. O tuto hodnotu bychom měli korigovat změřenou hodnotu napětí na diodě (odpočítat). Ale pokud tyto hodnoty přepočteme na odpor, zjistíme, že chyba výpočtu předřadného odporu pro LED může dosáhnout -10 Ω. Vzhledem k toleranci a prodávané normalizované řadě rezistorů to můžeme zanedbat. Pokud přepneme ampérmetr na rozsah 100 mA, je odpor bočníku už jen 1 Ω a stejnou chybu bychom dostali až při proudu 100 mA, který s daným odporem R2 nelze dosáhnout.  Při proudu 35 mA je rozdíl v měření napětí rovný 0,035 V, což pro toto měření lze zcela určitě zanedbat.  Celá tato poznámka (kromě prvních dvou vět) pozbyla platnost s využitím nové verze digitálního měřiče.

Odpor R3 a MOSFET tranzistor Q1 slouží pro vypínání napájení digitálního měřiče, aby nebylo nutné použít další spínač. Pokud není připojená měřená dioda (nebo odpor) je na řídící elektrodě MOSFET-u kladný pól napájení (přes IO1 a R3). Tranzistor je uzavřen a do napájení měřiče (svorka PWR) neteče proud. Pokud odpor R3 „přizemníme“ připojením měřené diody, tranzistor Q1 sepne a připojí napájecí napětí na svorku PWR měřiče. Když už není připojena měřená dioda, opět vypne. Také IO1 nemá tehdy žádné galvanické připojení k zemi a tedy ním nemůže téct žádný proud (měřením jsem ověřil, že proud z baterie 9 V je v tomto případě pouhých 7 μA, který teče z IO1 do vstupu voltmetru PW+). Proto, pokud přístroj dlouhodobě nepoužíváme, je vhodné vyndat baterii. Samotný odběr přístroje při měření je kolem 10 – 25 mA (odběr testované LED, měřícího obvodu a displeje).

Obr. 2 – Tester LED se testuje (zelená LED, U=2,1 V, I=16,8 mA)

Konstrukce přístroje

 

Přístroj je vestavěný do plastové krabičky U-KP20A, která má rozměry 110 x 66 x 27 mm. Většina součástek je na plošném spoji 22 x 56 mm, který je přilepený oboustrannou lepicí páskou na spodní díl krabičky. Propojení s prvky na vrchní straně je pomocí 18 ks (!!!) vodičů 0,25 mm2.

Uživatel tohoto přístroje zajisté ocení, že je osazen několika držáky pro připojení měřené LED nebo odporu.

1. „Klasika“ – zdířky pro banánky o průměru 4 mm na vrchní straně.  Na červenou se připojuje anoda, na černou pak katoda LED. Tato možnost se hodí i na měření již zabudovaných LED (např. v budovách).

2. Vlevo na čelní straně jsou dva kontaktovací přípravky – jednak kousek precizní dutinkové lišty s roztečí 2,54 a 5,08 mm pro diody s krátkými vývody, a dále pomocí žiletkové pilky a kyanoakrylátového lepidla upravená patice pro IO. Má čtyři kontakty v rastru 5,08 x 5,08 mm pro tzv. autodiody LED. (Pozor, některé tyto diody mají pracovní proud vyšší, než může můj přípravek poskytnout!)

 Pružinková svorkovnice

Obr. 3 – Pružinková svorkovnice (zdroj: gme.cz)

3. Na čelní straně vpravo nahoře je dvojitá pružinková svorkovnice s aretací vodičů tlačítky (viz obr. 3). Ta je ideální pro originální diody s nezkrácenými přívody.  

4. Dlouho jsem přemýšlel, jak vyřešit měření SMD LED. Zvažoval jsem obyčejný kousek plošného spoje (příp. poniklovaný), podobně jako používá autor zde. Ale nelíbilo se mi přidržování diody prstem nebo pinzetou. Nakonec jsem si vyrobil speciální přípravek z miniaturního průsvitného kolíčku na prádlo. Jeho „čelisti“ jsem trochu zbrousil a na jednu z nich přilepil kousíček plošného spoje rozděleného na dvě kontaktní plošky. K nim jsem připájel kablíky. Tento „držák“ je možné upevnit na čelní stranu měřiče (pod displej a přepínače), anebo ho nechat volný a připojovat pomocí banánků. Já jsem zvolil druhou možnost. (Viz obr. 5 – Dodatek.) Pro měření SMD LED se mi velmi osvědčuje také sonda UNI-T z GME.

Obr. 4 - Plošný spoj

Obr. 4 – Plošný spoj

Na posledním obrázku č. 4 je v mírně nadživotní velikosti výkres DPS. Vzhledem k jednoduchosti zapojení je to spíš místo pro propojení celkem 18 drátových spojů.

Velikost destičky je 22 x 56 mm. (Označení rezistorů R4 a R5 neodpovídá obr. 1.)

Závěr

Tímto článkem jsem chtěl ukázat, jak dnešní dostupná elektronika pomáhá modelářům na různých místech. Je mi jasné, že poměrně jednoúčelový přístroj si asi velká skupina lidí stavět nebude. Možná by ho nejvíc využil některý klub železničních modelářů nebo výrobce osvětlení. Pokud jde o výrobní náklady, nejdražší je digitální měřič – asi 10 USD (v akčních slevách ho lze koupit i za 60% této ceny) a krabička (kolem 45 Kč), zbytek jsou drobnosti. Do max. čtyř stovek se lze vejít bez problémů i s výrobou plošného spoje. Spíš jde o pracnost, která vyplývá z toho, že je potřebné trochu laborovat s rozsahy ampérmetru, upravovat krabičku a svorky pro připojení a chvilku trvá i samotná montáž. (Mám na mysli hodně drátových propojů mezi DPS a ostatními součástkami.)  Proto jsem tento článek ani nepsal jako přesný stavební návod, ale spíš jen jako inspiraci. Pro případné zájemce mohu poskytnout konzultaci a zbylo mi také ještě několik desek s plošnými spoji. Použitím novějšího typu měřícího přístroje se výrazně zjednodušila stavba a zejména nastavování testeru.

Zdroje:

1. http://we.easyelectronics.ru/upgrade-repair/voltmetr-ampermetr-yb27va-v13-i-ego-versii.html
2. http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8109-D.PDF
3. http://www.robotroom.com/LEDTester.htmlhttp://www.robotroom.com/LEDTester2.html, http://www.robotroom.com/LEDTester3.html

 Děkuji za recenzi Janu Hlaváčkovi, www.honzikovyvlacky.cz.

Dodatek
Obr. 5 - Držák SMD LED

Obr. 5 – Držák SMD LED

Předně bych chtěl doplnit slovní popis přípravku na měření SMD LED (viz výše) fotografií, kterou jsem pořídil až později. Je na obr. 5.  Mosazný držák na levé straně není součástí přípravku, posloužil pouze na stabilizaci „elektronického kolíčku na prádlo“ v poloze vhodné na fotografování.

Další informace se týká výpočtu předřadného odporu pro LED. Při předvedení mého testeru v náhradní modelářské hospodě (Nagano 98 na Smíchově, kde jsme se scházeli, je bohužel v rekonstrukci) se mi dostalo zdrcující kritiky, že když už to je digitální měřič, měl by přímo ukázat hodnotu potřebného odporu. Bohužel, není to tak jednoduché. Jak vyplývá z názvu článku, tento měřič testuje LED a ne celý obvod včetně zdroje a předřadného odporu. Navíc, tu samou LED lze použít v obvodech se zdroji o různých napětích. Už jsem uvedl v předešlém článku o LED, že odpor se určí ze vztahu 

R= (UZ – ULED) / I     [kΩ, V, mA]

kde UZ je napětí zdroje, ULED  je napětí na diodě (ukáže ho náš tester) a I je proud diodou (a odporem), opět ho ukáže tester. 

Obr. 6 - Použití kalkulačky od Michala

Obr. 6 – Použití kalkulačky od Michala

Komu se nechce počítat, doporučuji šikovný prográmek – LED kalkulačku od Michala Zlatníčka, která je ke stažení zde. Zvolíme typ zapojení „Standartní“, barvu světla libovolnou a doplníme do okénka vlevo dole napětí zdroje a vpravo testerem naměřené hodnoty napětí a proudu. Kalkuačka spočítá ohmickou hodnotu i ztrátový výkon na odporu. 

Další obrázky najdete na http://mizl.rajce.idnes.cz/LED_Kalkulacka/.

5 thoughts on “Digitální tester LED – aktualizovaná verze

  1. Bohouš Post author

    Zkušenosti po téměř dvou letech: Tester je používán často, několikrát za týden. Po této době jsem ještě neměnil baterií, takže doporučení k jejímu vyjímání ruším. Také se zdá zbytečné používání tolika druhů patic. Trvale mám připojenou pouze „měřící pinzetu“ na SMD součástky (UNI-T) a s ní měřím vše. Maximálně bych ponechal pružinovou svorkovnici a zdířky pro banánky. Přípravek z kolíčku na prádlo se neosvědčil. Drží sice dobře, ale vložit do něj diodu chvíli trvá.

  2. Jan Vala

    Dobrý den,

    měl bych zájem o tištěný spoj na Digitální tester LED – aktualizovaná verze .

    V kladném případě prosím o zaslání na dobírku.

    Jan … TURNOV

    Děkuji

    1. Bohouš Post author

      Odpověď emailem. Zašlu za úhradu poštovného.

Leave a reply

required