三位數(shù)字顯示電容測(cè)試表的電路實(shí)例講解

廣大電子愛好者都有這樣的體會(huì)，中、高檔數(shù)字萬用表雖有電容測(cè)試擋位，但測(cè)量范圍一般僅為1pF~20μF，往往不能滿足使用者的需要，給電容測(cè)量帶來不便。本電路介紹的三位數(shù)顯示電容測(cè)試表采用四塊集成電路，電路簡(jiǎn)潔、容易制作、數(shù)字顯示直觀、精度較高，測(cè)量范圍可達(dá)1nF~104μF。特別適合愛好者和電氣維修人員自制和使用。

一、電路工作原理

電路原理如圖2所示。

圖2 三位數(shù)字顯示電容測(cè)試表電路圖

該電容表電路由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、待測(cè)電容容量時(shí)間轉(zhuǎn)換器、閘門控制器、譯碼器和顯示器等部分組成。

待測(cè)電容容量時(shí)間轉(zhuǎn)換器把所測(cè)電容的容量轉(zhuǎn)換成與其容量值成正比的單穩(wěn)時(shí)間td?；鶞?zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的周期計(jì)數(shù)脈沖。閘門控制器的開通時(shí)間就是單穩(wěn)時(shí)間td。在td時(shí)間內(nèi)，周期計(jì)數(shù)脈沖通過閘門送到后面計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示數(shù)值。計(jì)數(shù)脈沖的周期T乘以顯示器顯示的計(jì)數(shù)值N就是單穩(wěn)時(shí)間td，由于td與被測(cè)電容的容量成正比，所以也就知道了被測(cè)電容的容量。

圖2中，集成電路IC1B電阻R7~R9和電容C3構(gòu)成基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器（實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無穩(wěn)多諧振蕩器），其輸出的脈沖信號(hào)周期T與R7~R9和C3有關(guān)，在C3固定的情況下通過量程開關(guān)K1b對(duì)R7、R8、R9的不同選擇，可得到周期為11μs、1.1ms和11ms的三個(gè)脈沖信號(hào)。

IC1A、IC2、R1~R6、按鈕AN及C1構(gòu)成待測(cè)電容容量時(shí)間轉(zhuǎn)換器（實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單穩(wěn)電路）。按動(dòng)一次AN，IC2B的10腳就產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向窄脈沖觸發(fā)IC1A，其5腳輸出一次單高電平信號(hào)。R3~R6和待測(cè)電容CX為單穩(wěn)定時(shí)元件，單穩(wěn)時(shí)間td=1.1（R3~R6）CX。

IC4、IC2C、C5、C6、R10構(gòu)成閘門控制器和計(jì)數(shù)器，IC4為CD4553，其12腳是計(jì)數(shù)脈沖輸入端，10腳是計(jì)數(shù)使能端，低電位時(shí)CD4553執(zhí)行計(jì)數(shù)，13腳是計(jì)數(shù)清零端，上升沿有效。當(dāng)按動(dòng)一下AN后，IC4的13腳得到一個(gè)上升脈沖，計(jì)數(shù)器清零同時(shí)IC2C的4腳輸出一個(gè)單穩(wěn)低電平信號(hào)加到IC4的10腳，于是IC4對(duì)從其12腳輸入的基準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)單穩(wěn)時(shí)間結(jié)束后，IC4的10腳變?yōu)楦唠娖?，IC4停止計(jì)數(shù)，最后IC4通過分時(shí)傳遞方式把計(jì)數(shù)結(jié)果的個(gè)位、十位、百位由它的9腳、7腳、6腳和5腳循環(huán)輸出對(duì)應(yīng)的BCD碼。

IC3構(gòu)成譯碼器驅(qū)動(dòng)器，它把IC4送來的BCD碼譯成十進(jìn)制數(shù)字筆段碼，經(jīng)R11~R17限流后直接驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管。集成電路CD4553的15腳、1腳、2腳為數(shù)字選擇輸出端，經(jīng)R18~R20選擇脈沖送到三極管T1~T3的基極使其輪流導(dǎo)通，這兩部分電路配合就完成了三位十進(jìn)制數(shù)字顯示。

C7的作用是當(dāng)電源開啟時(shí)在R10上產(chǎn)生一個(gè)上升脈沖，對(duì)計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零。

二、元器件選擇

電路中，IC1選用NE556；IC2選用CD4001；IC3選用CD4543；IC4選用CD4553。七段數(shù)碼管可選用三字共陰極數(shù)碼管。T1~T3選用8550（或其它PNP型三極管）。C1不應(yīng)大于0.01μF，C3選用小型金屬化電容。R3~R9選用1/8W金屬膜電阻。其他元器件沒有特殊要求，按電路標(biāo)注選擇即可。

三、制作與調(diào)試方法

整個(gè)電路安裝好后可裝在一個(gè)塑料盒內(nèi)，將數(shù)碼管和量程轉(zhuǎn)換開關(guān)裝在面板上。在制作和調(diào)試時(shí)，關(guān)鍵是要調(diào)出11μs、1.1ms和11ms的三種標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，調(diào)試時(shí)需要借助一臺(tái)示波器，通過調(diào)整分別R7、R8和R9等三個(gè)電阻的阻值，就可方便地得到這三個(gè)脈沖信號(hào)，電路中的R7、R8、R9的阻值是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅供參考。電路其余部分無需調(diào)試，只要選擇良好器件，安裝正確無誤，并在量程轉(zhuǎn)換開關(guān)處標(biāo)注相應(yīng)倍率，就可得到一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、準(zhǔn)確可靠的數(shù)字電容表。

四、使用方法

在測(cè)試電容時(shí)，把計(jì)數(shù)結(jié)果乘以所用量程的倍率得到的數(shù)值就是被測(cè)電容的容量。例如，當(dāng)基準(zhǔn)脈沖周期為1.1ms，定時(shí)電阻為10K時(shí)，量程倍率為0.1μF，若測(cè)一個(gè)標(biāo)稱容量為4.7μF的電容，按動(dòng)一下AN后結(jié)果顯示為49，該電容的容量就為49×0.1μF=4.9μF。

需要說明的是，在使用1pF~999pF量程時(shí)，由于分布電容的影響，測(cè)量結(jié)果減去分布電容值才是被測(cè)電容的準(zhǔn)確值?？梢赃@樣測(cè)出該電容表的量程分布電容值，把量程打在 1pF~999pF檔，在不接被測(cè)電容的情況下，按動(dòng)一下AN按鈕，測(cè)的計(jì)數(shù)結(jié)果就是該擋的分布電容值，經(jīng)實(shí)驗(yàn)該數(shù)值一般為10pF左右。

附表列出了各擋量程的組成關(guān)系。