2013年11月19日 星期二

液晶顯示驗電筆─原理及修改

這是這一陣子買東西時順便看到的35元驗電筆,看說明還有感應驗電功能,想說有時可以用一下,就買來看看,順便看一下到底是怎麼運作的。
 上面有"直接測量"跟"感應測試",說明書是說直接測量用來直流或交流電壓,感應測量用來可以用來找斷點。

先拆開來看看,正面,兩個電晶體,用來放大訊號,點亮LED的。

背面,怎麼一堆黑線?用電表量一下,竟然是開放式的"薄膜電阻",這真是太厲害了。這到底是省成本,還是這工廠是做生產電阻的啊?平常只看過用來當按鍵接點的碳膜,還真是第一次看到這種電阻的。
 

那這東西是怎麼驗電的?這總要弄清楚才行,不要拿自己的生命來開玩笑。找了網路上的一些資料,也看了一些比較正規的產品的拆機照。終於弄清楚這隻筆的運作方式了。以下是這隻筆的電路,


但是我總和了網路上看得到各家的資料,其實電路應該是這樣才對,難怪有文件說不要管按鍵上印刷的字,反正離起子頭遠的鍵就是"直接測量"。紅箭頭指的是我有更改的部份。因為重點是用來驗110v跟220v的電,所以小於55v的直流測量部份的電阻就沒動它。

電路運作原理是這樣的,

直接測量:
 
這跟一般氖燈是同樣原理,筆頭接到火線,經電阻串、到Q2的BE極,經電池負極、正極,經人手、身體與地的電容,回到地,形成迴路。比較特殊的是LCD液晶只要約2v的AC電壓就可以顯示,而且由於LCD使用的電流只需nA等級,所以流經LCD的電流可以完全忽略不計。因此要測量電壓的話,只要調整電阻串,使在該電壓時相對應的液晶電壓達到2v,就可以大約顯示對應的電壓。LED則是只要有足夠的電壓,將流過的電流經Q1,Q2放大就能點亮LED了。比較起來,這筆的電阻比使用氖燈高多了,也就是說需要流經人體的電流相對低了很多,所以應該是更安全了。(人體接地的電容阻抗大約是5M至30M間應該都能正確顯示電壓)。

感應測量:
 
這跟直接測量是相似的,只不過直接把LCD的"閃電"符號直接串在電路上、不經過分壓。這是因為感應測量時,除了有人的對地電容的阻抗外,因為不直接接觸火線,所以還有火線與筆頭間的形成的高電容阻抗,所以LCD串在電路上可以對這非常微弱的電流做出感應。(人體接地阻抗+電線外皮至筆頭間的電容阻抗即使到100M,LCD應該都還能顯示)。

修改後,這驗電筆就可以正確運作了。這是修改後的樣子,再次利用銅箔膠帶來接線,
 
 


測量火線,LED燈亮且顯示110v
Test_Line.jpg 

非接觸式測量,只有"閃電"符號出現,但LED不會亮,因為迴路上沒有提供Q2的BE極電流。
Test_Inductive.jpg 

不裝電池,測量火線,照樣顯示電壓,但是LED不亮(因為沒電池啊)。這是因為LCD的顯示不需要電池供電,而Q1的BE極在uA等級的電流下,反向NP結會透過漏電流的方式穿過。所以即使沒用或沒裝電池,也照樣能用。
Test_Line_No_Battery.jpg 

測量地線時,有可能會因為對地仍有小電壓差而使LED亮,但LCD沒電壓或小於12v顯示。要排除這情況,只要把Q2的BE間的4.5M電阻改成2200pF的電容就可以了。以上提供參考!