Cómo hacer un capacímetro digital

Capacímetro

Características:

  • Tres escalas, de 1 a 999pF, de 1 a 999nF y de 1 a 999uF
  • Trabaja con una batería de 9Voltios
  • Usa integrados digitales de tipo CMOS
  • No necesita programación
  • Fácil de ajustar

Introducción

Hace algunas semanas recorrí las tiendas de electrónica en busca de un capacímetro digital de módico precio para mi taller. Encontré varios modelos muy funcionales pero tan extremadamente costosos que comprarlos sería realmente un lujo.

Decidí entonces hacer mi propio capacímetro, convencido de que podría fabricar uno muy eficiente y este me saldría además por un precio mucho menor.

Buscando el circuito adecuado

Lo primero que hice fue buscar el circuito más indicado, realmente en internet no abundan los diagramas para armar un capacímetro. Vi varios modelos en algunas páginas web, todos ellos diseñados a base de PIC, los cuales usaban además algunos componentes de difícil consecución.

Sin embargo, no me desanimé, recordé que hace algunos años salió a la venta un curso de circuitos digitales que se hizo muy famoso entre los técnicos.

Me refiero al curso de electrónica digital de CEKIT, el cual seguro conocen muchas personas que lo compraron animosamente, pero luego se vieron defraudados al comprobar que sus circuitos no funcionaban.

Yo mismo vi a varios técnicos en electrónica y alumnos de ingeniería intentar armar el capacímetro que aparece en este curso, y luego de varias semanas de sufrimiento lo abandonaban porque no lograban hacerlo funcionar. Sin embargo, los circuitos de CEKIT sí funcionan, ahora lo he comprobado, sólo hay que corregir los errores que trae cada uno de ellos.

No sé si estos errores eran colocados con la intención de que la persona, al verse frustrada y deseosa de ver su circuito funcionar, ordenara el Kit original a CEKIT, el cual por supuesto sí funcionaría a la perfección. O tal vez en realidad eran “errores” en todo el sentido de la palabra. Como sea, me hice del diagrama del capacímetro publicado por CEKIT y revisándolo encontré en él todos los errores que impedían que este funcionase.

El circuito es básicamente este (original con errores y todo);

diagrama capacimetro

Funcionamiento del capacímetro de CEKIT

Su principio de funcionamiento es muy sencillo, primeramente hay dos circuitos osciladores hechos con el típico integrado 555. Uno de ellos 555A ó IC1, que en el diagrama es llamado “oscilador maestro”, genera una frecuencia fija que es establecida por los valores de C1, C2 y las resistencias unidas al conmutador S1-A.

El segundo oscilador 555B ó IC2, genera una frecuencia baja que depende del condensador a medir CX y de  las resistencias unidas al conmutador S1-B.

Los pulsos de alta frecuencia generados por IC1 son llevados al pin #12 de IC5 a través de la compuerta NAND doble de IC3, pasando una cantidad de pulsos que está determinada por  la frecuencia de IC2, la cual es más baja y depende, como ya dije, de CX.

La cantidad de pulsos de IC1 que logran pasar durante el tiempo en que IC2 cambia de estado, momento en el cual se produce un reset, es igual al valor de CX, y es el número que se verá en el display.

Aquí está el link hacia las páginas de la revista de Cekit que utilicé, allí están tanto el circuito como la lista de materiales y el impreso propuesto por Cekit. Los errores del circuito original los describo a continuación:

Errores en el circuito original

Lo primero que hay que notar en el circuito original es que IC1 no tiene ningún pin conectado a GND, pero lógicamente alguno debería estarlo por lo cual este es el primer error del circuito de CEKIT. Si vemos la datasheet de ese integrado sabremos que el pin que va a tierra es el número 1. Luego, examinando las conexiones de IC5 (MC14553B) podemos ver que en el diagrama original el pin número 8 está conectado a GND pero también al pin 5 de IC6. Igual revisamos la datasheet de este integrado y veremos que el pin 8 va a tierra, pero el pin que debe conectarse al número 5 de IC6 es el 9.

Hasta aquí, con estos cambios el circuito debería funcionar relativamente bien, sin embargo hubo otras modificaciones menores que realicé al circuito original y que cada quien puede hacer según su criterio. Como verán en el diagrama, las dos escalas más bajas (nano y pico) poseen cada una un trimmer de 5K y 500 homs respectivamente, mientras que la escala más alta (micro) no tiene ningún trimmer con el que se pueda ajustar.

Según se explica en la revista de CEKIT, la escala más alta no debería necesitar ninguna calibración con los valores dados, no obstante al armar el circuito para mí la realidad fue distinta, por lo cual decidí suplantar R3 de 270K por un trimmer de 1M, y además el trimmer R9 de 5K lo cambié por uno de 10K y R2 de 500homs lo cambié por uno de 1K.

Comenzando el armado

circuito_sin_cajaPara armar el circuito es importante hacer una prueba previa sobre el protoboard, esto para asegurarnos de su correcto funcionamiento. Otra cosa que se ha de tener muy en cuenta es que los cables que van al socket del condensador a probar deben ser lo más cortos posible, ya que su longitud influye en la lectura que muestra el capacímetro.

Además, cabe también señalar que la escala más baja (nF) es sumamente sensible por lo cual podemos tener  algunas lecturas erráticas si el circuito no está aislado. En mi caso, como la caja en que monté el capacímetro es plástica, decidí cubrir todo su interior con papel de aluminio, del mismo que venden para usar en la cocina, y todo esto lo conecté a tierra.

Recomendación importante

Recomiendo que antes de comenzar a armar el capacímetro se consigan todos los materiales a usar, esto nos ayudará a hacernos una idea clara de cómo queremos que quede el aparato una vez armado. Por ejemplo, en mi caso, yo deseaba hacer un capacímetro que fuera pequeño de modo que no ocupara mucho espacio en mi caja de herramientas. En la tienda de electrónica encontré varios modelos de cajas para montaje, así que escogí una del tamaño que me pareció más adecuado, y luego, basado en el tamaño de esa caja corté el circuito impreso de modo que ajustara a la perfección en ella.

Noté que en realidad la caja que escogí era algo pequeña, tal como la quería, pero los circuitos de seguro no cabrían en ella, así que decidí colocar dos placas de circuitos, una sobre otra, en la más alta estarían los Displays, y en la otra coloqué todo lo demás. Dos placas Una vez cortadas las dos placas de circuito impreso coloqué sobre ellas los componentes repartidos de manera que se ahorrara la mayor cantidad de espacio posible y luego los soldé.

impreso universalEl circuito impreso utilizado es del tipo que trae cada agujero con una superficie metálica totalmente aislada de las demás, como se ve en la fotografía. Este modelo de circuito universal tiene la ventaja de que permite economizar espacio, y las desventajas de que debes usar mucha más soldadura y gastas más tiempo armando.

Si eres experto haciendo tus propios circuitos impresos, pues mejor aun, puedes diseñar uno que vaya acorde con tus necesidades. El de CEKIT para usarlo necesitas que todos los componentes que adquiriste sean exactamente de las mismas características y dimensiones que los sugeridos.

Calibración del capacímetro

mi mototool
Mototool

Una vez armado el circuito, se ha de proceder a calibrarlo. Lo correcto es comenzar por la escala más baja (pF) e ir hasta la más alta (uF). Luego de esto se ha de colocar el circuito en su caja, a la que se deben haber realizado previamente todas las perforaciones necesarias (yo lo hice con mi moto tool). Esta caja ya debe tener además adheridas las calcomanías que vayas a colocarle (yo no coloqué ninguna), donde se especifica el nombre del aparato y la función de cada uno de los interruptores.

Realizado todo esto, procedes a realizar una última prueba, y si todo va bien, ¡FELICITACIONES, YA TIENES UN CAPACÍMETRO ECONÓMICO Y FUNCIONAL ARMADO POR TI MISMO!

Capacímetro armado

Contenido actualizado en Julio de 2020.