Конструктор для складання популярного тестера транзисторів

Сьогодні я спробую розповісти про один із найпопулярніших саморобних вимірювальних приладів. Точніше, не лише про сам прилад, а й про набір для його складання.
Одразу скажу: його можна знайти дешевше вже зібраним, але що зрівняється із задоволенням від складання приладу власноруч?
Кому цікаво — заходьте :)

Цей прилад недарма вважається одним із найпопулярніших мультиметрів.
Він заслужив на це завдяки простоті складання, широким можливостям і досить непоганим характеристикам.
З’явився він досить давно. Його придумав німець Маркус Фрейек, але так склалося, що на певному етапі він перестав розвивати цей проєкт, а далі ним зайнявся інший німець — Карл-Гайнц Куббелер.
Оскільки деталей у ньому не так багато, його одразу почали повторювати й удосконалювати різні радіоаматори та ентузіасти своєї справи.
Приблизно рік тому я викладав пару варіантів для повторення.
Перший мав додаткове автономне живлення від літієвого акумулятора та зарядний пристрій для нього.
Другий я доопрацьовував трохи більше: основні відмінності — трохи змінена схема підключення енкодера, перероблене керування підвищувальним перетворювачем для перевірки стабілітронів, програмне доопрацювання, завдяки якому під час перевірки стабілітронів не потрібно тримати кнопку натиснутою. Ну і на цю плату також перенесено перетворювач для акумулятора та зарядний пристрій.
На момент публікації другий варіант був майже максимально доопрацьованим — бракувало хіба що графічного індикатора.

У цьому огляді я розповім про простішу, але водночас наочнішу версію приладу (завдяки використанню графічного дисплея), цілком доступну для повторення радіоаматору-початківцю.

Почну огляд, як завжди, з упаковки.
Набір надійшов у невеликій картонній коробці. Це вже краще, ніж минулого разу, але все одно хотілося б бачити для таких наборів гарнішу упаковку — з кольоровим друком і з щільнішого картону.
Усередині коробки лежав набір в антистатичному пакеті.


Увесь комплект запаяний в антистатичний пакет із застібкою, тож у майбутньому він може ще для чогось знадобитися :)


Після розпакування все виглядало, скажімо так, «купкою», але варто зазначити: дисплей лежав лицьовим боком до друкованої плати, тож пошкодити його буде досить складно, хоча пошта іноді робить неможливе можливим.


Сьогоднішній огляд буде трохи спрощеним порівняно з попередніми оглядами наборів, адже нічого особливо нового про монтаж я сказати не можу, а повторюватися не дуже хочеться. Але на радіодеталях, яких не було в попередніх оглядах, я все-таки трохи зупинюся.

Друкована плата має розміри 75х63мм.
Якість виготовлення хороша, від складання та паяння залишилися лише позитивні враження.




Як і на друкованій платі DDS-генератора, тут також є нормальне маркування радіодеталей, але схеми в комплекті теж немає.
Як і на платі DDS-генератора, виробник застосував той самий прийом із подвійними міжшаровими переходами. Щоправда, в одному місці навіщось залишив невеликий «хвостик» доріжки.


«Мозком» пристрою є мікроконтролер Atmega328 виробництва Atmel. Це далеко не найпотужніший мікроконтролер, який використовують у цьому приладі. Я використовував Atmega644, ще, здається, є версії й на ATmega1284.
Насправді річ не в «потужності» мікроконтролера, а в обсязі флешпам’яті для зберігання програми. Пристрій поступово обростає новими можливостями, а програма збільшується в обсязі, тому використовують «розумніші» контролери.
Після перевірки приладу та його можливостей можу сказати, що, схоже, тут мікроконтролер використовується на повну, але водночас старша версія, найімовірніше, нічого нового не додала б, адже без доопрацювання плати нічого не поліпшити.


У пристрої використано графічний дисплей 128х64.
У початковому варіанті приладу використовувався дисплей із 2 рядками по 16 символів, як і в моєму першому варіанті.
Подальший розвиток проєкту полягав у використанні дисплея вже з чотирма рядками по 20 символів, адже часто на маленькому дисплеї просто не вміщалася вся інформація.
Після цього, щоб зробити користування зручнішим, розробник вирішив перейти на графічний дисплей. Ключова відмінність — на графічному дисплеї можна показувати графічне позначення компонента, який перевіряється.


А ось і весь комплект.


Звісно, наведу принципову схему пристрою :)
Спочатку я почав перемальовувати схему з плати, але згодом вирішив пошукати її в інтернеті й знайшов. Щоправда, у знайденій схемі виявилася одна невелика неточність, хоча вона й була саме від цього набору. На схемі бракувало двох резисторів і конденсатора, відповідальних за вхід вимірювання частоти.


Окремо розгляну ключові вузли схеми.
Червоним кольором виділено найвідповідальніший вузол — збірку із шести резисторів. До них треба поставитися особливо уважно: від точності цих резисторів залежить точність приладу. Встановлювати їх треба правильно, адже якщо переплутати, прилад працюватиме, але покази будуть безглуздими.
Зеленим кольором виділено вузол формування опорної напруги. Він не менш важливий, але його легше відтворити, адже регульований стабілітрон TL431 знайти набагато простіше, ніж точні резистори.
Синім кольором позначено вузол керування живленням.
Схему зроблено так, що після натискання кнопки на мікроконтролер подається живлення, а далі він сам «утримує» його ввімкненим і за потреби може сам себе вимкнути.

Решта вузлів досить стандартні й особливого інтересу не становлять: це кварцовий резонатор, підключення дисплея та стабілізатор живлення на 5 В.

Як я вже писав вище, схема стала популярною завдяки своїй простоті. У початковому варіанті не було вузла підключення енкодера (резистори R17, 18, 20, 21) і вузла входу частотоміра (R11, 13 і С6).
В основі приладу лежить алгоритм перебору варіантів перемикання виходів, підключених до матриці резисторів, і вимірювання отриманих напруг.
Саме це свого часу й зробив Маркус Фрейек, поклавши початок роботі над таким цікавим приладом.
Додатковими функціями схема почала обростати вже, мабуть, після того, як нею зайнявся Карл-Гайнц Куббелер. Можу трохи помилятися, але, наскільки я знаю, згодом прилад «навчився» вимірювати частоту, працювати як генератор частоти, вимірювати ESR конденсаторів, перевіряти кварцові резонатори та стабілітрони тощо.
У процесі всього цього пристроєм зацікавилися китайські виробники й випустили на основі одного з варіантів набір для складання, а також почали випускати й готові версії приладу.


Як я писав вище, ключовим елементом схеми є кілька резисторів, які мають бути достатньо точними.
У цьому наборі виробник поклав резистори із заявленою точністю 0.1%, її позначає остання смужка фіолетового кольору. За це йому окрема подяка.
У таблиці визначення номіналу резисторів найвища точність — лише 0.05%.
Часто пошук точних резисторів може стати проблемою під час складання такого приладу.


Після встановлення на плату цих резисторів рекомендую перейти до резисторів номіналом 10к, оскільки їх найбільше, а потім буде простіше шукати решту.


У комплекті також були резистори інших номіналів. Для зручності складання наведу їхнє маркування.
2 шт. 1к
2 шт. 3,3к
2 шт. 27к
1 шт. 220 Ом
1 шт. 2,2к
1 шт. 33к
1 шт. 100к


Після встановлення всіх резисторів плата має виглядати приблизно так


Щодо монтажу конденсаторів і кварцового резонатора питань виникнути не повинно: маркування я пояснював в одному з попередніх оглядів, треба лише бути уважними — і все.
Звернути увагу слід лише на конденсатор 10нФ (маркування 103) і на полярність електролітичних конденсаторів.


Друкована плата після монтажу конденсаторів.


У комплекті було три транзистори, стабілізатор напруги 7550 і регульований стабілітрон TL431.
Встановлюємо їх на плату відповідно до маркування: позначено і місце елемента, і спосіб його встановлення.


Майже всі основні компоненти встановлено.


Не забуваємо правильно встановити панельку для мікроконтролера: неправильно встановлена панелька потім може добряче попсувати нерви.


Отже, основну частину монтажу компонентів завершено, на цьому етапі вже можна переходити до паяння.
Мене часто запитують, чим я користуюся під час паяння.
Використовую припій невідомого виробника. Купив його випадково, але багато. Якість чудова, але де такий купити — не підкажу, бо не знаю: це було досить давно.
Припій із флюсом, тому на таких платах додаткового флюсу не використовую.
Паяльник найзвичайнісінький — Соломон, але підключений до мініатюрної паяльної станції, точніше, до блока живлення (паяльник на 24 Вольта) зі стабілізацією температури.

Плата паялася чудово: не було жодного місця, де мені знадобилося б додатково використовувати флюс або щось зачищати.


«Дрібноту» запаяно, можна перейти до габаритніших компонентів:
ZIF-панелька на 14 виводів
Енкодер
Гніздова частина роз’єму дисплея
Світлодіод.


Трохи розповім про кілька нових елементів.
Перший — це енкодер.


У Вікіпедії знайшов зображення, яке трохи пояснює принцип роботи енкодера.


А якщо просто й коротко, то це звучатиме приблизно так:
Енкодер (говоримо про той, що на фото) — це два контакти, які замикаються під час обертання ручки.
Але замикаються вони хитро: під час обертання в один бік спочатку замикається перший, потім другий, після цього розмикається перший, а потім другий.
Під час обертання ручки в протилежний бік усе відбувається навпаки.
За черговістю замикання контактів мікроконтролер визначає, у який бік обертають ручку. Ручка енкодера обертається на 360 градусів і не має стопора, як у змінних резисторів.
Їх використовують для різних цілей, одна з них — орган керування різними електронними приладами.
Також іноді їх поєднують із кнопкою, контакти якої замикаються під час натискання на ручку. У цьому конструкторі використано саме такий.

Енкодери бувають різні: з механічними контактами, оптичні, з датчиками Холла тощо.
Також їх поділяють за принципом роботи.
Тут використано інкрементний енкодер: він просто видає імпульси під час обертання, але існують і інші, наприклад абсолютний. Він дає змогу визначити кут повороту ручки в будь-який момент часу; такі енкодери використовують у датчиках кута повороту.
Для допитливіших — посилання на статтю у Вікіпедії.


Також у комплекті дали панельку. Але ця панелька відрізняється від попередньої тим, що під час встановлення досліджуваного компонента не потрібно притискати контакти.
Панелька має два положення, як видно на фото:
1. Панель відкрита, можна встановлювати компонент
2. Панель закрита, контакти притиснуті до виводів компонента.
До речі, панель краще встановлювати й паяти у відкритому положенні, оскільки контакти панелі трохи «гуляють» залежно від положення важеля.


Трохи про встановлення світлодіода.
Іноді світлодіод потрібно підняти над платою. Можна просто виставити його вручну, а можна трохи спростити й удосконалити цей процес.
Для цього я використовую ізоляцію багатожильного кабелю.
Спочатку визначаємо потрібну висоту встановлення, потім відрізаємо шматочок відповідної довжини й надягаємо його на виводи.
Далі справа техніки: вставляємо світлодіод на місце й запаюємо. Особливо цей спосіб виручає під час монтажу кількох світлодіодів на однаковій висоті — тоді відрізаємо потрібну кількість трубочок однакової довжини.
Додатковий бонус — світлодіод важче відігнути вбік.


Після встановлення й запаювання зазначених вище компонентів можна перейти до завершального етапу — встановлення дисплея.
Уважний читач помітить, що я припустився невеликої помилки, яку виявив уже під час перевірки.
Я неправильно припаяв дроти живлення. Річ у тім, що за звичкою я припаяв плюсовий вивід до квадратного майданчика, а мінусовий — до круглого. У цьому конструкторі зроблено навпаки, це позначено й маркуванням. Паяти потрібно так, як позначено на платі.
На щастя, нічого не сталося: прилад просто не ввімкнувся, тож можна записати в плюси захист від неправильного підключення батареї.


Спочатку встановлюємо й прикручуємо монтажні стійки. Спершу їх потрібно встановити саме на основну плату.
Потім вставляємо штирьову частину роз’єму в гніздову.


Річ у тім, що дисплей має багато контактів, а використовується лише частина з них, тому монтувати доводиться саме в такій послідовності.
Встановлюємо дисплей на його місце.


У результаті кріпильні отвори мають збігтися.
Якщо дисплей стоїть рівно, контакти самі стануть як треба.
Перед паянням не забудьте чимось закрити лицьову частину дисплея.


Усе зібрано, але залишився один компонент. Та не хвилюйтеся, ми нічого не забули припаяти, і виробник поклав його не просто так.
Насправді він не зайвий, а навпаки — дуже потрібний.


У комплект поклали конденсатор ємністю 0.22мкФ.
Цей конденсатор знадобиться на етапі калібрування приладу. На мій погляд, виробник правильно зробив, що поклав його в комплект: це дає змогу відкалібрувати прилад, не шукаючи додаткових компонентів.


Усе, під’єднуємо батарейку і ..., нічого не відбувається :)
Усе гаразд: хоча схема й не має явного вимикача живлення, він усе ж є.
Щоб увімкнути прилад, треба натиснути на ручку енкодера. Після цього на процесор подається живлення, і водночас він надсилає команду вузлу керування живленням, щоб той утримував його ввімкненим.


Усе, увімкнувся, але явно чимось незадоволений — он скільки всього написав на екрані.
Спробуймо розібратися, що йому не так.


Спочатку прилад показує на екрані напругу батареї й намагається перейти в режим перевірки компонента.
Оскільки нічого не під’єднано, він повідомляє, що елемент відсутній або пошкоджений.
Але прилад не відкалібрований, тож після цього виводить відповідне повідомлення:
Не відкалібрований!
Для калібрування потрібно замкнути всі три контакти панелі (у нашому випадку середній і по одному з лівої та правої трійок) і ввімкнути прилад. Насправді це можна зробити трохи інакше, про що я напишу далі.


Після повідомлення — isolate probe — потрібно прибрати перемичку й залишити контакти вільними.
Потім, після відповідного повідомлення, треба буде встановити на клеми 1 і 3 конденсатор, який нам дали.


Ну що ж, спробуймо відкалібрувати.
1. Для цього я просто зайшов у меню, затиснувши кнопку ввімкнення на кілька секунд, і вибрав режим Selftest.
Перехід до меню — тривале утримання кнопки енкодера.
Переміщення меню — обертання енкодера
Вибір параметра або режиму — коротке натискання кнопки енкодера

2. Прилад виводить повідомлення — замкніть контакти. Для цього можна використати відрізок дроту, шматочки перемички — неважливо, головне з’єднати всі три контакти разом.
3, 4. Прилад вимірює опір перемички, доріжок до панельки тощо.


1, 2 Потім ще якісь незрозумілі вимірювання, і нарешті з’являється повідомлення — приберіть перемичку.


Піднімаю важіль і прибираю перемичку, прилад продовжує щось вимірювати.


1. На цьому етапі потрібно під’єднати до клем 1 і 3 конденсатор, який дали в комплекті (взагалі можна використати й інший, але простіше той, що дали).
2. Після встановлення конденсатора прилад продовжує вимірювання. Протягом усього процесу калібрування натискати кнопку енкодера не потрібно — все відбувається в автоматичному режимі.


Усе, калібрування успішно завершено. Тепер приладом можна користуватися.
За потреби калібрування можна повторити: для цього потрібно знову вибрати в меню відповідний пункт і виконати всі наведені вище дії.


Трохи пройдемося пунктами меню й подивимося, що вміє прилад.
Transistor — вимірювання параметрів напівпровідників, опору резисторів
Frequency — вимірювання частоти сигналу, під’єднаного до контактів плати GND і F-IN, розташованих праворуч угорі над дисплеєм.
F-generator — генератор прямокутних імпульсів різної частоти.
10bit PWM, — виводяться імпульси прямокутної форми з регульованою шпаруватістю.
C+ESR — Я не зовсім зрозумів цей пункт меню, адже після його вибору на екрані просто з’являється цей напис — і все.
rotary encoder — перевірка енкодерів.
Selftest — цим пунктом ми вже користувалися: запуск самокалібрування
Contrast — регулювання контрастності дисплея
Show data — краще покажу трохи згодом.
Switch off — примусове вимкнення приладу. Взагалі прилад має функцію автоматичного вимкнення, але вона активна не в усіх режимах.

Не знаю чому, але здалеку це фото нагадало мені старий добрий VC.


Трохи про незрозумілий для мене пункт меню — Show data.
Я не зрозумів, для чого він потрібен під час користування приладом, адже в цьому режимі на екрані відображається те, що й так може відображатися на екрані.
Крім того, у цьому режимі виводяться параметри автокалібрування.




Також у цьому режимі відображаються шрифти, які виводяться на екран. Думаю, це радше технологічний пункт — просто для перевірки, як і що відображається, не більше.
Останнє фото — режим регулювання контрастності.
Спочатку встановлено 40. Я пробував регулювати, але, як мені здалося, початкове значення і є найоптимальнішим.


Огляд завершено, можна переходити до тестування.
Оскільки прилад досить універсальний, я перевірятиму різні компоненти — не обов’язково точні, але такі, що дають змогу оцінити можливості приладу.
Якщо цікаво перевірити якийсь конкретний тип компонента, пишіть — додам.
1. Конденсатор 0,39025мкФ 1%
2. Конденсатор 7850пФ 0,5%
3. Якийсь Jamicon 1000мкФ 25 Вольт
4. Capxon 680мкФ 35 Вольт, низькоімпедансний


Capxon 10000мкФ 25 Вольт


1. Резистор 75 Ом 1%
2. Резистор 47к 0.25%
3. Діод 1N4937
4. Діодна збірка 25CTQ035


1. Біполярний транзистор BC547B
2. Польовий транзистор IRFZ44N


1,2 — дросель 22мкГн
3, 4 — дроселі 100мкГн різних типів


1. Обмотка реле
2. Звуковипромінювач із вбудованим генератором.


Перевіримо роботу приладу в режимі генератора.
10КГц
100КГц
Як на мене, навіть на 100КГц форма імпульсів цілком прийнятна.


Максимальна частота генератора становить 2МГц. Звісно, тут усе виглядає сумніше, але щуп осцилографа був у режимі 1:1, та й сам осцилограф не дуже високочастотний.
Нижче пункт — 1000.000мГц, не плутайте з МГц. Так назвали сигнал із частотою 1Гц :)


Режим виходу з регульованою шпаруватістю сигналу.
Частота 8КГц


А тепер подивімося на можливості вбудованого частотоміра.
Як генератор використовувався вбудований генератор осцилографа.
1. 10Гц прямокутний сигнал
2. 20КГц синусоїда
3. 200КГц прямокутний сигнал
4. 2МГц прямокутний сигнал


А ось на 4МГц частотомір «здувся». Максимальна вимірювана частота становить 3.925МГц, що, в принципі, теж дуже непогано для багатофункціонального приладу.
На жаль, точність вимірювання частоти перевірити досить складно, адже мало в кого є хороший калібрований генератор, але для більшості аматорських застосувань цієї точності цілком достатньо.


Ну і наостанок — спільне фото.
Два прилади з попередніх оглядів разом із їхнім новим «побратимом».


Підсумок.
Переваги
Якісно виготовлена друкована плата.
Повний комплект для складання робочого приладу + конденсатор для калібрування
У комплекті резистори з допуском 0.1%
Дуже легкий і приємний у складанні, підійде навіть зовсім початківцям
Хороші характеристики готового приладу.
Випадково з'ясував, що прилад має захист від переполюсування живлення :)

Недоліки
Упаковка набору зовсім проста
Живлення від батарейки; живлення від акумулятора виглядало б набагато краще

Моя думка. На мій погляд, вийшов дуже хороший набір. Як подарунок радіоаматору-початківцю я цілком міг би його рекомендувати. Бракує корпусу та живлення від акумулятора: батарейка довго не прослужить, а коштують вони досить дорого.
Приємно порадувало, що в комплект поклали «правильні» резистори й конденсатор для калібрування. Перше позитивно впливає на точність, друге — на зручність: не потрібно шукати конденсатор для калібрування. Можна відкалібрувати прилад і користуватися ним одразу після складання.
Звісно, цей набір коштує дорожче, ніж те саме, але вже в зібраному вигляді. Та як оцінити вартість самостійного складання, здобутих навичок і нехай невеликого, але досвіду?

На цьому, мабуть, усе. Сподіваюся, огляд був цікавим і корисним. Буду радий запитанням і побажанням щодо доповнення огляду.
А незабаром у мене буде огляд ще одного невеликого, але, сподіваюся, цікавого приладу. Його початковий варіант я поки що не знайшов, але тести покажуть, що він собою являє.

Доповнення — посилання для завантаження інструкції зі складання (англійською мовою)

Товар надано магазином для написання огляду.