LC Meter - My experiment

The stationer capacitance is only 0.2pF

Tidak terasa sudah 4 bulan saya tidak menambahkan tulisan baru di blog ini, termasuk memberikan komentar kepada semua pengunjung blog sederhana ini, … mohon maaf semuanya. Kesibukan saya sebagai seorang buruh pada akhir dan awal tahun ini bukan main, membuat rutinitas hobby terpaksa menjauh dulu.

Alasan saya menulis dengan topik ini adalah beberapa Rekan telah menghubungi saya, menanyakan apa yang harus dilakukan sesudah selesai merakit LC meter karya VK3BHR yang cukup terkenal karena kesederhanaannya tanpa mengabaikan akurasinya ini. Saya mengelompokkannya menjadi 2 bagian, yaitu “Kenapa LC Meter saya tidak hidup sama sekali?” dan “Apakah LC Meter saya sudah bekerja dengan sempurna? – didalamnya terdapat pertanyaan bagaimana cara adjustment yang benar?”.

Berikut “humble opini” saya untuk menjawab 2 kelompok besar pertanyaan dimaksud …

Kenapa LC Meter Saya Tidak Hidup Sama Sekali?

Kemungkinan penyebab:

  1. Wiring (perkabelan)
  2. LCD Display
  3. Downloading *.hex ke Microcontroller

Tips dan Trick:

Wiring (perkabelan):

Mungkin hal ini yang paling banyak dialami oleh Rekan saya yang telah membuat LC Meter besutan VK3BHR ini. Wiring atau perkabelan diibaratkan adalah pondasi dari semuanya, satu kesalahan saja akan membuat project ini tidak sukses. Solusinya … yaa hanya satu, lakukan pengecekan ulang seluruh wiring sesuai dengan rangkaian sebelum LC meter mulai dinyalakan.

Tips dan trick untuk masalah ini adalah, bekerjalah dengan rapi dan hati-hati, terutama pada kabel power sumber 9V dari battery atau power supplay DC yang mencatu rangkaian terisolasi dengan baik. Hal ini untuk menghindari terjadinya contact secara tidak sengaja ke papan rangkaian (PCB) atau ke LCD. Komponen yang paling rapuh pada project ini adalah microntroller dan LCD, ia tidak memberikan toleransi besar terhadap tegangan lebih, sekali terjadi … langsung sekarat dan mati🙂

Kata kunci dari problem disini adalah … teliti, rapi dan hati-hati !!!

LCD Display:

Masalah berikutnya yang sering terjadi adalah setting backlight dan contrast LCD. Para homebrewer yang masih baru mengenal LCD sering mengalami masalah ini. Pada saat seluruh wiring rangkaian telah benar dan catuan rangkaian di-switch-ON, pengamatan visual terhadap LCD tidak ada tanda-tanda kehidupan sama sekali, karena setting backlight dan contrast yang kurang tepat atau belum dilakukan sama sekali.

Setiap LCD selalu disertai dengan sumber penerangan yang berada di belakang LCD, untuk LCD Display yang digunakan pada project ini kaki-kaki lampu tersebut berada diujung kiri atau kanan LCD Display. Biasanya terdapat 2 buah LED bercahaya putih yang harus kita berikan catuan 5V. Ingat catuan cukup 5V, jadi bisa mengambil dari catuan LCD pada kaki ke-1 (GND) dan ke-2 (+5V). Untuk mengatur tingkat keterangan, kita bisa menserikan sebuah resistor untuk mengatur jumlah arus yang mengalir via kedua LED dimaksud, resistor 1K ohm saya rasa cukup tugas ini.

Berikutnya adalah pengatur “Contrast” … dibandingkan dengan backlight diatas, pengaturan contrast ini lebih terasa efeknya. Kekontrasan karakter yang ditampilkan oleh LCD Display dalam project ditentukan dengan besarnya tegangan pada kaki ke-3. Untuk memberikan efek kekontrasan yang memadai, biasanya ditambahkan sebuah rangkaian pembagi tegangan dari sebuah VR yang bernilai 10K atau 5K, kedua pin terluarnya dihubungkan ke GND dan +5V, sementara pin tengahnya dihubungkan ke pin ke-3 LCD. Dengan mengatur posisi VR, kekontrasan LCD bisa diatur (karakter LCD mulai bisa terlihat dengan baik).

Kata kunci dari problem disini adalah … pastikan backlight dan contrast LCD telah diatur dengan baik dan sesuai !!!

Downloading *.hex ke Microcontroller

Nah, problem terakhir ini mungkin yang paling susah mendeteksinya, karena efeknya adalah program yang didownload pada microcontroller tidak dapat bekerja sesuai dengan perencanaan. Tidak terlihat secara fisik.

Seperti diketahui, program yang ditanam pada microcontroller diantara berisi setting berbagai hal, diantaranya adalah mengatur tentang fuse bits, yaitu bit-bit yang bertanggung jawab dalam menentukan apa yang harus dilakukan oleh microcontroller dalam menjalankan tugas-tugasnya, diantaranya bit ini mengatur tentang sumber clock, watchdog, proteksi terhadap firmware, dll. Beberapa downloader memberikan keleluasaan dalam mengatur fuse bits ini, apakah mengikuti setting-an yang telah dilakukan pada firmware atau kita paksa menggunakan settingan dari aplikasi downloader. Pastikan kita menggunakan settingan yang ada di firmware … karena firmware dari VK3BHR ini telah disertai dengan settingan fuse bits dimaksud. Selain hal tersebut, pastikan bahwa aplikasi downloader kita telah disetting untuk mendownload microcontroller sesuai dengan firmware yang dipakai, misal 16F84, 16F84A, 16F628 atau 16F628A.

Kebetulan saya menggunakan 16F628A bukannya 16F628 seperti yang digunakan VK3BHR dalam website-nya. Beberapa modifikasi kecil telah saya lakukan pada firmware asli VK3BHR, tak lebih hanyalah penyesuaikan jenis microcontroller yang saya pergunakan, perubahan ini kemudian saya compile kembali sehingga didapatkan firmware dalam format *.hex yang telah siap dituliskan ke microcontroller.

Selanjutnya mari kita melangkah kepada problem berikutnya …

Apakah LC Meter saya sudah bekerja dengan sempurna?

Beberapa Rekan saya bertanya kepada saya, yang intinya adalah LC Meter mereka telah hidup, namun belum menunjukkan tanda-tanda bekerja dengan baik dan sesuai dengan perencanaan. Diantaranya mengatakan bahwa akurasi LC meternya sangat tidak bisa diterima, karena terlalu jauh dari nilai yang seharusnya dimunculkan pada LCD display.

OK, hal pertama yang harus dipahami adalah LC meter ini bekerja melalui alur sebagai berikut:

  1. Sesaat dilakukan power ON, maka LC meter akan mencatat hasil pembacaan F1 (dengan tank circuit hanya C = 1000pF saja);
  2. Selanjutnya, masih ditandai dengan munculnya pesan “Calibrating” pada layar LCD display, microcontroller kemudian menggerakkan reed relay (kalau kita menggunakan relay biasa, maka akan terdengar suara klik sebagai pertanya aktivasi relay dimaksud) untuk memaralel C tadi dengan Ccal = 1000pF, hasil pembacaan frekuensi ini dinamakan dengan F2.
  3. Kemudian, microcontroller mencatat perbedaan keduanya, untuk mendapatkan nilai C dan L saat itu. Setelah itu, tampilan “Calibrating” dimatikan … dan LC meter siap menjalankan tugasnya.

Pastikan bahwa tanpa komponen ekternal menempel pada titik pengukuran, pada mode switch pengukuran capacitance, LCD display hanya boleh menampilkan nilai capacitance sebesar 0 sd 10pF, bila nilai lebih besar dari itu maka kemungkinan kabel konektor menuju ke titik pengukuran berpengaruh terhadap nilai capasitance ini. Dianjurkan gunakan sambungan sependek mungkin pada titik pengukuran ini.

Saya pernah mengalami, nilai capacitance tanpa komponen eksternal mencapai sekitar 1nF, setelah saya selidiki ternyata microcontroller tidak berhasil menggerakan relay pada saat proses calibrating, akibatnya terjadi kesalahan dimaksud. Untuk itu pastikan untuk menggunakan reed-relay atau relay bertegangan 5V dengan konsumsi arus sekecil mungkin, biasanya ditandai dengan makin kecilnya ukuran fisik si relay tersebut. Kalaupun terpaksa menggunakan relay berarus besar, pastikan menambahkan rangkaian driver bagi relay, yaitu sebuah transistor yang diset bekerja sebagai saklar ON atau OFF ke relay, sehingga tidak mempengaruhi kinerja microcontroller.

Untuk mendapatkan hasil terbaik pada LC meter jenis ini, pilihlah C dan Ccal yang terbaik, hindari penggunaan ceramic capacitor untuk kedua komponen ini. Saya menggunakan capacitor berbentuk kotak kuning kecil, mungkin jenisnya milar (CMIIW) untuk keperluan ini, hasilnya cukup OK, pada saat standby tanpa komponen eksternal tertera nilai sekitar 0.2pF saja.

Those pins are used for trouble shooting and adjusting LC Meter

Oh yaa, VK3BHR telah melengkapi 4 buah fungsi tambahan pada LC meter ini, 2 buah untuk trouble shooting dan 2 buah untuk kalibrasi penbacaan/ display. Kita coba lihat 2 fungsi untuk trouble shooting dahulu.

Pin 1, yaitu untuk melihat F2 (Frekuensi Saat Dikalibrasi). Lepaskan komponen eksternal yang mungkin ada dititik pengukuran, kemudian aktifkan fungsi ini dengan menhubungkan Pin 1. Pada layar LCD akan terlihat frekuensi saat LC meter dikalibrasi, atau saat C diparalel dengan Ccal, kalau kita menggunakan relay biasa, maka suara klik akan terdengar saat kita menghubungkan Pin 1 ini. Nah frekuensi yang seharusnya terlihat adalah sekitar 35KHz, nilai ini mendekati dari rumusan F2 = 1/SQRT(L*(C+Ccal))/(2*phi), dimana L = 100uH, C = Ccal = 1000pF.

Pin 2, yaitu untuk melihat F1 (Frekuensi Free Running) atau tanpa paralel dengan Ccal. Karena nilai C pada tank coil lebih kecil dibandingkan saat kalibrasi, maka seharusnya frekuensi F1 harus lebih tinggi dibandingkan F2 diatas, yaitu sekitar 55KHz, diperoleh dari pendekatan rumus F2 = 1/SQRT(L*C)/(2*phi), dimana L = 100uH dan C = 1000pF.

Kalau kita mendapati nilai F2 sama dengan F1, maka dipastikan bahwa relay tidak berhasil diaktifkan oleh microcontroller, mungkin penyebabnya relay rusak atau konsumsi arus relay besar, sehingga microcontroller tidak mampu mengaktifkannya. Bila hal tersebut terjadi, lakukan penggantian relay yang sesuai. Nah, kalau kedua proses diatas OK, maka seharusnya pada saat tanpa adanya komponen eksternal pada titik pengukuran, nilai kapasitansinya akan < 10pF.

Adjustment Display Pengukuran

Nah 2 fungsi berikutnya adalah untuk adjustment hasil pembacaan LC meter. Deviasi pembacaan diakibatkan oleh banyak hal, salah satu diantaranya adalah efek dari konduktor yang menghubungkan PCB dengan Titik pengukuran LC meter. Hal ini dapat dikoreksi dengan batuan dua fungsi Pin 3 dan Pin 4. Lakukan adjustmen ini dengan menempatkan sebuah capacitor dengan toleransi yang kecil (1%), catat nilai nominalnya yang tertera pada body component. Ukur dengan LC meter, naik atau turunkan pembacaan dengan menghubungkan Pin 3 atau Pin 4, sampai diperoleh pembacaan mendekati dengan nilai nominal capacitor yang telah dicatat tadi. Kita cukup sekali saja melakukan adjustment ini, nilai adjustment ini disimpan di EEPROM dan bisa tahan didalamnya sampai 40 tahun kemudian, serta bisa dirubah/ diadjust kembali sampai dengan 10 Juta kali … wow amazing. Oh ya, lakukan adjustment pada saat LC meter telah fixed ditempatkan dikotak, lalu bila memungkinakan konektor yang menghubungkan antara PCB dengan titik pengukuran cukup pendek dan tidak bergoyang-goyang, karena dapat merubah nilai adjustmeny yang telah kita lakukan.

Nah, dengan selesainya proses adjustmen ini, maka LC meter kita sudah siap digunakan dengan akurasi yang cukup bagus. Bagaimana … semoga mensolusikan problem anda.