Конструктор для сборки популярного тестера транзисторов

Сегодня я попробую рассказать об одном из самых популярных самодельных измерительных приборов. Вернее не только о самом приборе, а о конструкторе для его сборки.
Скажу сразу, его можно найти дешевле в уже собранном виде, но что заменит интерес от сборки прибора своими руками?
В общем кому интересно, заходите :)


Этот прибор не зря считается одним из самых популярных мультиизмерительных приборов.
Заслужил он это за счет своей простоты в сборке, большой функциональности и довольно неплохих характеристик.
Появился он довольно давно, придумал его немец Маркус Фрейек, но как то так получилось, что на одном из этапов он перестал развивать этот проект и дальше им занялся другой немец, Карл-Хайнц Куббелер.
Так как деталей он содержит не очень много, то его сразу стали повторять и дорабатывать различные радиолюбители и энтузиасты своего дела.
Я примерно с год назад выкладывал пару вариантов для повторения.
Первый имел дополнение в виде автономного питания от литиевого аккумулятора и зарядное для него.
Второй я дорабатывал чуть больше, основные отличия — немного доработана схема подключения энкодера, переделано управление повышающим преобразователем для проверки стабилитронов, произведена программная доработка, в результате которой при проверке стабилитронов не надо держать кнопку нажатой, ну и на эту плату также перенесены преобразователь для аккумулятора и зарядное.
На момент публикации второй вариант был почти максимальным, не хватало только разве что графического индикатора.

В этом обзоре я расскажу о более простой, но при этом более наглядной версии прибора (за счет применения графического дисплея), вполне доступной для повторения радиолюбителю начинающего уровня.

Начну обзор как всегда с упаковки.
Пришел набор в небольшом картонном коробочке, это уже лучше, чем в прошлые разы, но все равно, хотелось бы видеть для таких наборов более красивую упаковку, с цветной полиграфией, из более плотного картона.
Внутри коробочки лежал набор в антистатическом пакете.


Весь комплект запаян в антистатический пакет, пакет с защелкой, потому может пригодится в будущем для чего нибудь :)


После распаковки выглядело это скажем так, «кучкообразно», но стоит отметить, дисплей был уложен лицевой стороной к печатной плате, потому повредить его будет довольно сложно, хотя почта иногда делает и невозможное возможным.


Сегодняшний обзор будет немного упрощен в сравнении с предыдущими обзорами конструкторов, так как ничего особо нового в плане монтажа я сказать не могу, а повторять не очень хочется. Но на радиоэлементах, которых не было в прошлых обзорах, я все таки немного задержусь.

Печатная плата имеет размеры 75х63мм.
Качество изготовления хорошее, от процесса сборки и пайки остались только положительные эмоции.



Как и на печатной плате DDS генератора, здесь также имеется нормальная маркировка радиоэлементов и также нет схемы в комплекте.
Аналогично плате DDS генератора производитель применил тот же ход с двойными межслойными переходами. правда в одном месте зачем то оставил небольшой «хвостик» из дорожки.


«Мозгом» устройства является микроконтроллер Atmega328 производства Atmel. Это далеко не самый мощный микроконтроллер, который используют для этого прибора. Я использовал Atmega644, еще вроде есть версии и под ATmega1284.
На самом деле дело не в «мощности» микроконтроллера, а в количестве флеш памяти для хранения программы. Устройство постепенно обрастает новыми возможностями, а программа увеличивается в объеме, потому используют более «мозговитые» контроллеры.
После проверки прибора и его возможностей могу сказать, что похоже здесь микроконтроллер используется по максимуму, но в то же самое время старшая версия не привнесла бы скорее всего ничего нового, так как без доработок платы ничего не улучшить.


В устройстве применен графический 128х64 дисплей.
В исходном варианте прибора использовался дисплей, содержащий 2 строки по 16 символов, как и в моем первом варианте.
Дальнейшее расширение проекта было в применении дисплея с уже четырьмя строками по 20 символов, так как зачастую на мелком дисплее вся информация просто не влезала.
После этого, для повышения удобства пользования разработчик решил перейти на графический дисплей. Ключевое отличие — на графическом дисплее можно выводить графическое обозначение проверяемого компонента.


А вот и весь комплект.


Естественно приведу принципиальную схему устройства :)
Вообще изначально я начал перерисовывать схему с платы, но в процессе решил поискать ее в интернете и нашел. Правда в найденной схеме выяснилась одна небольшая неточность, хотя она и была от этого набора. На схеме отсутствовали два резистора и конденсатор, ответственные за вход измерения частоты.


Распишу ключевые узлы схемы отдельно.
Красным цветом выделен самый ответственный узел, это сборка из шести резисторов, к ним надо подходить с особой тщательностью, от точности этих резисторов зависит полученная точность прибора. Устанавливать их надо правильно, так как если перепутать, то прибор будет работать, но показания будут несуразными.
Зеленым цветом выделен узел формирования опорного напряжения. Этот узел не менее важен, но более повторяем, так как регулируемый стабилитрон TL431 найти куда проще, чем точные резисторы
Синим цветом обозначен узел управления питанием.
Схема сделана таким образом, что после нажатия на кнопку поступает питание на микроконтроллер, дальше он сам «удерживает» питание включенным и может сам себе его отключить при необходимости.

Остальные узлы довольно стандартны и особого интереса не имеют, это кварцевый резонатор, подключение дисплея и стабилизатор питания 5 Вольт.

Как я выше писал, схема стала популярной благодаря своей простоте. В изначальном варианте отсутствовал узел подключения энкодера (резисторы R17, 18, 20, 21) и узел входа частотомера (R11, 13 и С6).
Вся основа прибора лежит скорее в алгоритме перебора вариантов переключения выходов, подключенных к матрице резисторов и измерении полученных напряжений.
Это в свое время и сделал Маркус Фрейек, положив тем самым начало работам со столь интересным прибором.
Всеми дополнительными опциями схема начала обрастать уже скорее после того, как ею занялся Карл-Хайнц Куббелер. Я могу немного ошибаться, но насколько я знаю, уже потом прибор «научился» измерять частоту, работать сам как генератор частот, измерять ESR конденсаторов, проверять кварцевые резонаторы и стабилитроны и т.д.
В процессе всего этого устройством заинтересовались китайские производители и выпустили на базе одного из вариантов конструктор, а также выпускают и готовые версии прибора.


Как я писал выше, ключевым элементом схемы является несколько резисторов, которые должны иметь хорошую точность.
В данном конструкторе производитель дал в комплекте резисторы с заявленной точностью 0.1%, обозначается это последней полоской фиолетового цвета, за что ему отдельное спасибо.
В таблице определения номинала резисторов выше точность только 0.05%.
Часто поиск точных резисторов может стать проблемой на этапе сборки такого прибора.


После установки на плату этих резисторов я рекомендую перейти к резисторам с номиналом 10к так как их больше всех и потом будет проще искать остальные.


Также в комплекте были резисторы и с другими номиналами, для удобства сборки я распишу их маркировку.
2шт 1к
2шт 3,3к
2шт 27к
1шт 220 Ом
1шт 2,2к
1шт 33к
1шт 100к


После установки всех резисторов плата должна выглядеть примерно так


По поводу монтажа конденсаторов и кварцевого резонатора вопросов возникнуть не должно, маркировку я объяснял в одном из прошлых обзоров, стоит просто быть внимательными и все.
Обратить внимание следует только на конденсатор 10нФ (маркировка 103) и на полярность электролитических конденсаторов.


Печатная плата после монтажа конденсаторов.


В комплекте было три транзистора, стабилизатор напряжения 7550 и регулируемый стабилитрон TL431.
Ставим на плату соответственно маркировке, обозначена и позиция элемента и как его ставить.


Почти все основные компоненты установлены.


Не забываем про правильность установки панельки под микроконтроллер, неправильно установленная панель может потом не слабо попортить нервы.


И так, основная часть монтажа компонентов закончена, на этом этапе вполне можно перейти к пайке.
Меня часто спрашивают, чем я пользуюсь при пайке.
Я использую припой неизвестного производителя, был куплен случайно, но много. Качество отличное, но где такой купить не подскажу так как не знаю, дело было довольно давно.
Припой с флюсом, поэтому на таких платах дополнительный флюс не использую.
Паяльник самый обычный — Соломон, но подключенный к миниатюрной паяльной станции, вернее к блоку питания (паяльник на 24 Вольта) с стабилизацией температуры.

Плата паялась отлично, не было ни одного места, где бы мне понадобилось использовать дополнительно флюс или зачищать что нибудь.


«Мелкота» запаяна, можно перейти к более габаритным компонентам:
ZIF панель на 14 выводов
Энкодер
Гнездовая часть разъема дисплея
Светодиод.


Немного опишу пару новых элементов.
Первый это энкодер.


В Википедии нашел картинку. которая немного поясняет работу энкодера.


А если просто и в двух словах то это будет звучать скорее так:
Энкодер (мы говорим о том, который на фото), это два замыкающих контакта, которые замыкаются при вращении ручки.
Но замыкаются они хитрым образом, при вращении в одну сторону сначала замыкается первый, потом второй, после этого размыкается первый, потом второй.
при вращении ручки в противоположную сторону все происходит полностью наоборот.
По очередности замыкания контактов микроконтроллер определяет в какую сторону вращают ручку. Ручка энкодера крутится на 360 градусов и не имеет стопора, как у переменных резисторов.
Используют их для разных целей, одно их них — орган регулировки разных электронных приборов.
Также иногда совмещают с кнопкой, контакты которой замыкаются при нажатии на ручку, в данном конструкторе применен именно такой.

Энкодеры бывают разные, с механическими контактами, с оптикой, с датчиками Холла и т.п.
Также они делятся на принцип работы.
Здесь применен Инкрементный энкодер, он просто выдает импульсы при вращении, но существуют и другие, например Абсолютный, он позволяет определить угол поворота ручки в любой момент времени, такие энкодеры используют в датчика угла поворота.
Для более любознательный ссылка на статью в википедии.


Также в комплекте дали панельку. Но данная панелька отличается от предыдущей тем, что при установке в нее исследуемого компонента не надо прилагать усилие к контактам.
Панелька имеет два положения, соответственно на фото
1. Панель открыта, можно ставить компонент
2. Панель закрыта, контакты прижались к выводам компонента.
Кстати устанавливать и паять панель лучше в состоянии когда она открыта, так как контакты панели немного «гуляют» в зависимости от положения рычажка.


Немного об установке светодиода.
Иногда надо поднять светодиод над платой. Можно просто выставить его вручную, а можно немного упростить и улучшить процесс.
Я использую для этого изоляцию от многожильного кабеля.
Сначала определяется необходимая высота установки, после этого отрезается кусочек соответствующей длины и одевается на выводы.
Дальше дело техники, вставляем светодиод на место и запаиваем. Особенно такой способ выручает при монтаже нескольких светодиодов на одной высоте, тогда отрезаем необходимое количество трубочек одинаковой длины.
Дополнительный бонус — тяжелее светодиод отогнуть в сторону.


После установки и запаивания вышеуказанных компонентов можно перейти к заключительному этапу, установке дисплея.
Внимательный читатель заметит, что я сделал небольшую ошибку, которая выяснилась уже на этапе проверки.
Я неправильно припаял провода питания. Дело в том, что я по привычке припаял плюсовой вывод к квадратному пятачку, а минус к круглому В этом конструкторе сделано наоборот, это обозначено и маркировкой. Следует запаивать как обозначено на плате.
Но к счастью ничего не произошло, прибор просто не включился, так что можно записать в плюсы защиту от неправильной полярности подключения батареи.


Для начала устанавливаем и привинчиваем монтажные стойки. Устанавливать сначала надо именно на основную плату.
Затем вставляем штыревую часть разъема в гнездовую.


Дело в том, что дисплей имеет много контактов, а используется всего лишь часть, потому приходится монтировать именно в такой последовательности.
Устанавливаем дисплей на родное место.


В итоге у нас должны совпасть крепежные отверстия.
Если дисплей стоит ровно, то контакты попадут сами как надо.
Перед пайкой не забываем закрыть чем нибудь лицевую часть дисплея.


Все собрано, но остался один компонент. но не волнуйтесь, мы ничего не забыли запаять и производитель положил его не случайно.
На самом деле он не лишний, а наоборот, даже очень необходимый.


В комплекте дали конденсатор емкостью 0.22мкФ.
Данный конденсатор будет необходим на этапе калибровки прибора. На мой взгляд производитель правильно сделал что положил его в комплекте, это позволяет произвести калибровку прибора без поиска дополнительных компонентов.


Все, подключаем батарейку и ..., ничего не происходит :)
Все нормально, хоть схема и не имеет явного выключателя питания, но он есть.
Для включения прибора надо нажать на ручку энкодера. после этого на процессор пойдет питание и одновременно он выдаст команду на узел управления питанием и будет сам удерживать его включенным.


Все, включился, но явно чем то недоволен, вон сколько написал на экране.
Попробуем разобраться что ему не так.


Для начала прибор выдает на экран напряжение батареи и пытается перейти в режим проверки компонента.
Так как ничего не подключено, то он сообщает что мол элемент отсутствует или поврежден.
Но прибор не откалиброван и после этого выдает соответствующее сообщение:
Не откалиброван!
Для калибровки необходимо замкнуть все три контакта панели (в нашем случае средний и два из левой и правой тройки) и включить прибор. На самом деле можно это сделать немного по другому и об этом я напишу дальше.


После сообщения — isolate probe следует убрать перемычку и оставить контакты свободными.
Затем, после соответствующего уведомления, надо будет установить конденсатор, который нам дали, на клеммы 1 и 3.


Ну что же, попробуем откалибровать.
1. Для этого я просто перешел в меню, подержав кнопку включения пару секунд и выбрал режим Selftest.
Переход в меню — длительное удержание кнопки энкодера.
Перемещение по меню — вращение энкодера
Выбор параметра или режима — короткое нажатие на кнопку энкодера

2. Прибор выдает сообщение — закоротите контакты. Для этого можно использовать отрезок провода, кусочки перемычки, не важно, главное соединить все три контакта вместе.
3, 4. прибор производит измерение сопротивления перемычки, дорожек к панельке и т.д.


1, 2 Затем еще какие то непонятные измерения и наконец пишет — уберите перемычку.


Поднимаю рычажок и убираю перемычку, прибор продолжает что то измерять.


1. На этом этапе необходимо подключить к клеммам 1 и 3 конденсатор, который дали в комплекте (вообще можно использовать и другой, но проще тот что дали).
2. после установки конденсатора прибор продолжает измерения, во время всего процесса калибровки кнопку энкодера нажимать не надо, все происходит в автоматическом режиме.


Все, калибровка завершена успешно. Теперь прибором можно пользоваться.
при необходимости калибровку можно повторить, для этого надо опять выбрать в меню соответствующий пункт и проделать снова все вышеуказанные операции.


Немного пройдемся по пунктам меню и посмотрим что может прибор.
Transistor — измерение параметров полупроводников, сопротивления резисторов
Frequency — измерение частоты сигнала, подключенного к контактам платы GND и F-IN, они находятся справа вверху над дисплеем.
F-generator — Генератор прямоугольных импульсов разной частоты.
10bit PWM, — выводятся импульсы прямоугольной формы с регулируемой скважностью.
C+ESR — Я не совсем понял этот пункт меню, так как при его выборе на экран просто выводится эта надпись и все.
rotary encoder — проверка энкодеров.
Selftest — ну этим пунктом мы уже пользовались, запуск самокалибровки
Contrast — регулировка контрастности дисплея
Show data — лучше покажу немного позже.
Switch off — принудительное выключение прибора. Вообще прибор имеет автоотключение, но активно оно не во всех режимах.

Не знаю почему, но мне издалека это фото напомнило старый добрый VC.


Немного о непонятном мне пункте меню — Show data.
Я не понял его целевого назначения в плане эксплуатации прибора, так как в этом режиме на экран выводится то, что может отображаться на экране.
Кроме того, в этом режиме выводятся параметры автокалибровки.



Также в этом режиме отображаются и шрифты, которые выводятся на экран. я думаю что это скорее технологический пункт, просто для проверки как и что отображается, не более.
Последнее фото — режим регулировки контраста.
Изначально установлено 40, я пробовал регулировать, но как мне показалось, исходная установка и есть самая оптимальная.


С осмотром закончили, можно перейти к тестированию.
Так как прибор довольно универсальный, то я буду проверять просто разные компоненты, не обязательно точные, но позволяющие оценить возможности прибора.
Если интересно проверить какой то определенный тип компонента, пишите, добавлю.
1. Конденсатор 0,39025мкФ 1%
2. Конденсатор 7850пФ 0,5%
3. Какой то Jamicon 1000мкФ 25 Вольт
4. Capxon 680мкФ 35 Вольт, низкоимпедансный


Capxon 10000мкФ 25 Вольт


1. Резистор 75 Ом 1%
2. Резистор 47к 0.25%
3. Диод 1N4937
4. Диодная сборка 25CTQ035


1. Транзистор биполярный BC547B
2. Транзистор полевой IRFZ44N


1,2 — Дроссель 22мкГн
3, 4 — дроссели 100мкГн разных типов


1. Обмотка реле
2. Звукоизлучатель со встроенным генератором.


Проверим работу прибора в режиме генератора.
10КГц
100КГц
Как по мне, то даже на 100КГц форма импульсов вполне приемлема.


Максимальная частота генератора составляет 2МГц, конечно здесь все выглядит печальнее, но щуп осциллографа стоял в режиме 1:1, да и сам осциллограф не очень высокочастотный.
Ниже пункт — 1000.000мГц, не надо путать с МГц. это так обозвали сигнал с частотой 1Гц :)


Режим выхода с регулируемой скважностью сигнала.
Частота 8КГц


А теперь посмотрим на возможности встроенного частотомера.
В качестве генератора использовался встроенный генератор осциллографа.
1. 10Гц прямоугольник
2. 20КГц синус
3. 200КГц прямоугольник
4. 2МГц прямоугольник


А вот на 4МГц частотомер «сдулся». Максимально измеряемая частота составляет 3.925МГц, что в принципе также весьма неплохо для многофункционального прибора.
К сожалению точность измерения частоты проверить довольно тяжело, так как редко у кого есть хороший калиброванный генератор, но в большинстве любительских применений данной точности вполне достаточно.


Ну и в конце групповое фото.
Два прибора из предыдущих обзоров вместе с их новым «собратом».


Резюме.
Плюсы
Хорошее изготовление печатной платы.
Полный комплект для сборки действующего прибора + конденсатор для калибровки
0.1% резисторы в комплекте
Очень легкий и приятный в сборке, подойдет даже совсем начинающим
Хорошие характеристики полученного прибора.
Случайно выяснил, что у прибора есть защита от переполюсовки питания :)

Минусы
Упаковка конструктора совсем простенькая
Питание от батарейки, гораздо лучше смотрелось бы питание от аккумулятора

Мое мнение. На мой взгляд получился очень хороший конструктор. Как подарок начинающему радиолюбителю я бы его вполне рекомендовал. Не хватает корпуса, и питания от аккумулятора, батарейка долго не прослужит, а стоят они весьма недешево.
Приятно порадовало то, что в комплекте дали «правильные» резисторы и конденсатор для калибровки. Первое положительно сказывается на точности, второе на удобстве, не надо искать конденсатор для калибровки. Можно откалибровать и использовать сразу после сборки.
Конечно данный набор выходит дороже чем то же самое, но в собранном виде, но как оценить стоимость процесса самостоятельной сборки и полученных при этом навыков и хоть и небольшого, но опыта?

На этом пожалуй все, надеюсь что обзор был интересным и полезным. Буду рад вопросам и пожеланиям по дополнению обзора.
А на подходе у меня обзор еще одного небольшого, но надеюсь интересного приборчика, исходного варианта которого я пока не нашел, но что он из себя представляет покажут тесты.

Дополнение — ссылка на скачивание инструкции по сборке (на английском языке)