分享一個不錯的3位LED電容表電路

這個項目是另一個測試設(shè)備，對任何電子愛好者來說都非常方便，構(gòu)建這個單元會很有趣。

電容計是一種非常有用的測試設(shè)備，因為它允許用戶檢查所需的電容器并確認(rèn)其可靠性。

普通或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字儀表大多沒有電容表設(shè)施，因此電子愛好者必須依靠昂貴的儀表才能獲得這種設(shè)施。

以下文章中討論的電路解釋了一種先進(jìn)而便宜的3位LED電容計，它為所有當(dāng)代電子電路中常用的一系列電容器提供了相當(dāng)精確的測量。

電容范圍

所提出的電容表電路設(shè)計提供了一個3位LED顯示屏，它以五個量程測量值，如下所示：

范圍 #1 = 0 至 9.99nF 范圍 #2 = 0 至 99.9nF 范圍 #3 = 0 至 999nF 范圍 #4 = 0 至 9.99μF 范圍 #5 = 0 至 99.99μF

上述范圍包括大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，但設(shè)計無法確定幾皮法或高值電解電容器的極低值。

實際上，這種限制可能不太令人擔(dān)憂，因為極低值電容器在當(dāng)今的電子電路中很少使用，而大型電容器可以使用幾個串聯(lián)電容器進(jìn)行測試，這將在后面的段落中深入描述。

工作原理

內(nèi)置溢出警告 LED，以防止在選擇不適當(dāng)?shù)姆秶鷷r出現(xiàn)不準(zhǔn)確的讀數(shù)。該設(shè)備通過 9 伏電池驅(qū)動，因此絕對便攜。

圖2顯示了LED電容表電路的時鐘振蕩器、低Hz振蕩器、邏輯控制器和單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器級的電路圖。

計數(shù)器/驅(qū)動器和溢流電路級如上圖所示。

如圖2所示，IC5是一個5 V固定電壓穩(wěn)壓器，可從9 V電池源提供經(jīng)過良好調(diào)節(jié)的5 V輸出。整個電路使用這種穩(wěn)定的 5 伏電源來運(yùn)行。

電池應(yīng)具有較高的mAh額定值，因為電路的電流使用量相當(dāng)大，約為85 mA。當(dāng)3顯示器的大部分?jǐn)?shù)字被照亮?xí)r，電流消耗可能會超過100 mA。

低頻振蕩器圍繞作為CMOS NOR柵極的IC2a和IC2b構(gòu)建。然而，在這個特定的電路中，這些IC作為基本逆變器連接，并通過正常的CMOS非穩(wěn)定設(shè)置施加。

請注意，振蕩器級的工作頻率比提供讀數(shù)的頻率大得多，因為該振蕩器必須產(chǎn)生 10 個輸出周期才能完成單個讀數(shù)周期。

IC3和IC4a配置為控制邏輯級。IC3是CMOS 4017解碼器/計數(shù)器，包括10個輸出（“0”至“9”）。這些輸出中的每一個在每一個連續(xù)的輸入時鐘周期內(nèi)連續(xù)變高。在此特定設(shè)計中，輸出“0”為計數(shù)器提供復(fù)位時鐘。

輸出“1”隨后變?yōu)楦唠娖讲⑶袚Q單穩(wěn)態(tài)，從而為時鐘/計數(shù)器電路產(chǎn)生柵極脈沖。輸出“2”至“8”未連接，這 2 個輸出變?yōu)楦唠娖降臅r間間隔允許一點時間，以便門脈沖可以完成并允許計數(shù)結(jié)束。

輸出“9”提供邏輯信號，該信號通過LED顯示屏鎖存新讀數(shù)，但該邏輯需要為負(fù)數(shù)。這是通過IC4a實現(xiàn)的，IC4a反轉(zhuǎn)來自輸出9的信號，使其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)拿}沖。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是標(biāo)準(zhǔn)CMOS版本，使用兩個2個輸入NOR柵極（IC4b和IC4c）。盡管是簡單的單穩(wěn)態(tài)設(shè)計，但它提供的功能使其完全值得當(dāng)前應(yīng)用。

這是一種不可再觸發(fā)的形式，因此提供的輸出脈沖小于IC3產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。此功能實際上至關(guān)重要，因為當(dāng)使用可重新觸發(fā)的類型時，最少的顯示讀數(shù)可能相當(dāng)高。

所提出的設(shè)計的自電容非常小，這是必不可少的，因為相當(dāng)程度的局部電容可能會干擾電路線性屬性，導(dǎo)致巨大的最低顯示讀數(shù)。

使用時，當(dāng)測試槽之間沒有連接電容器時，可以看到原型顯示器在所有 5 個范圍內(nèi)讀數(shù)為“000”。

電阻R5至R9用作范圍選擇電阻。當(dāng)您在十進(jìn)制階上降低時序電阻時，特定讀數(shù)所需的時序電容會以十進(jìn)制為增量增加。

如果我們認(rèn)為范圍電阻的額定容差至少為1%，則可以預(yù)期這種設(shè)置可以提供可靠的讀數(shù)。這意味著，可能不需要單獨(dú)校準(zhǔn)每個量程。

R1 和 S1a 接線以在正確的 LED 顯示屏上運(yùn)行小數(shù)點段，但范圍 3 （999nF） 除外，其中不需要小數(shù)點指示。時鐘振蕩器實際上是一種常見的 555 非穩(wěn)定配置。

電位器RV1用作時鐘頻率控制器，用于校準(zhǔn)此LED電容計。單穩(wěn)態(tài)輸出用于控制IC 1的引腳4，時鐘振蕩器僅在柵極周期可用時激活。此功能消除了對獨(dú)立信號門的需求。

現(xiàn)在檢查圖3，我們發(fā)現(xiàn)計數(shù)器電路使用3個CMOS 4011 IC接線。這些實際上無法從理想的CMOS邏輯系列中識別出來，但是這些元件非常靈活，值得經(jīng)常使用。

這些實際上配置為具有單獨(dú)時鐘輸入和進(jìn)位/借用輸出的上/下計數(shù)器?？梢岳斫猓谙陆涤嫈?shù)器模式下使用的潛力在這里是沒有意義的，因此下降時鐘輸入與負(fù)電源線掛鉤。

三個計數(shù)器按順序連接，以允許傳統(tǒng)的 3 位顯示。在這里，IC9被連接以產(chǎn)生最低有效數(shù)字，IC7啟用最高有效數(shù)字。4011 包括一個十進(jìn)制計數(shù)器、一個七段解碼器和一個鎖存器/顯示驅(qū)動器級。

因此，每個IC都可以替代典型的3芯片TTL型計數(shù)器/驅(qū)動器/鎖存選項。輸出具有足夠的功率，可以直接照亮任何適當(dāng)?shù)墓碴帢O七段LED顯示屏。

盡管電源電壓為5伏，但建議通過限流電阻驅(qū)動每個LED顯示段，以便將整個CAAPCANCE儀表單元的電流消耗保持在可接受的水平以下。

IC7的“進(jìn)位”輸出應(yīng)用于IC6時鐘輸入，即雙D型除以兩個觸發(fā)器/觸發(fā)器。然而，在這個特定的電路中，只有IC的一部分被實現(xiàn)。IC6輸出僅在過載時切換狀態(tài)。這意味著，如果過載明顯高，將導(dǎo)致IC7產(chǎn)生許多輸出周期。

通過IC6直接為LED指示燈LED1供電可能非常不合適，因為這種輸出可能是瞬時的，并且LED可能只能產(chǎn)生幾個很容易被忽視的短照明。

為了避免這種情況，IC7輸出用于驅(qū)動通過連接IC2的一對正常空柵極而產(chǎn)生的基本設(shè)置/復(fù)位雙穩(wěn)態(tài)電路，隨后鎖存器切換LED指示燈LED1。兩個IC6和鎖存器由IC3復(fù)位，以便在實施新的測試讀數(shù)時，溢出電路從頭開始。

如何構(gòu)建

構(gòu)建這個3位電容表電路只是在下面給定的PCB布局上正確組裝所有部件。

請記住，IC都是CMOS類型，因此對手部靜電敏感。為避免靜電損壞，建議使用IC插座。將 IC 放在他們的身體上并推入插座，在此過程中不要接觸引腳。

校準(zhǔn)

在開始校準(zhǔn)此最終確定的3位LED電容表電路之前，使用具有嚴(yán)格容差和幅度的電容器可能很重要，該電容器可提供儀表滿量程范圍的約50%至100%。

假設(shè) C6 已合并到單元中并用于校準(zhǔn)儀表。現(xiàn)在，將設(shè)備調(diào)整到范圍 #1（9.99 nF 滿量程），并在 SK2 和 SK4 之間插入直接鏈接。

接下來，非常輕柔地調(diào)整RV1，以可視化顯示屏上4.7nF的適當(dāng)讀數(shù)。完成此操作后，您可能會發(fā)現(xiàn)該裝置顯示了一系列電容器的相應(yīng)正確讀數(shù)。

但是，請不要期望讀數(shù)完全準(zhǔn)確。3位電容計本身相當(dāng)精確，盡管如前所述，它實際上肯定會伴隨著一些小的差異。

為什么使用 3 個 LED 顯示屏

許多電容器往往具有相當(dāng)大的容差，盡管少數(shù)品種可能包含高于10%的精度。實際上，就預(yù)期的精度而言，引入第 3 個 LED 顯示數(shù)字可能不合理，但它是有利的，因為它有效地擴(kuò)展了設(shè)備能夠讀取整整十年的最低電容。

測試舊電容器

如果使用此設(shè)備測試舊電容器，您可能會看到顯示屏上的數(shù)字讀數(shù)正在逐漸上升。這可能不一定意味著電容器有故障，而這可能只是由于我們的手指發(fā)熱導(dǎo)致電容器值略有上升。在 SKI 和 SK2 插槽中插入電容器時，請確保握住電容器的主體，而不是引線。

測試超量程高值電容器

不在此LED電容計范圍內(nèi)的高值電容器可以通過將高值電容器與低值電容器串聯(lián)，然后測試兩個單元的總串聯(lián)電容來檢查。

假設(shè)，我們要檢查一個印有470μF值的電容器。這可以通過將其與100μF電容器串聯(lián)來實現(xiàn)。然后可以使用以下公式驗證電容器 470 μF 的值：

（C1 x C2）/（C1 + C2） = 82.5 μF

82.5 μF 將確認(rèn) 470 μF 的值正常。但是假設(shè)，如果儀表顯示其他讀數(shù)，例如 80 μF，則意味著 470 μF 不行，因為它的實際值將是：

（X x 100）/（X + 100） = 80 100X / X + 100 = 80 100X = 80X + 8000

100X - 80X = 8000

X = 400 μF

結(jié)果表明，被測470μF電容器的健康狀況可能不是很好

圖中可以看到兩個附加插座（SK3 和 SK4）和電容器 C6。SK3 的目的是通過觸摸 SK1 和 SK3 輕松放電，然后再將它們插入 SKI 和 SK2 進(jìn)行測量。

這僅適用于那些在測試前從電路中取出時可能傾向于存儲一些殘余電荷的電容器。高值和高電壓型電容器可能容易受到此問題的影響。

然而，在嚴(yán)重的情況下，電容器可能需要通過泄放電阻輕輕放電，然后再從電路中取出。包括SK3的原因是允許被測電容器通過連接SK1和SK3放電，然后再通過SKI和SK2進(jìn)行測試進(jìn)行測量。

C6 是一款方便、即用型采樣電容器，用于快速校準(zhǔn)。如果被測電容器顯示一些有缺陷的讀數(shù)，則可能需要切換到范圍1，并在SK2到SK4之間放置一個跳線鏈路，以便C6作為測試電容器連接。接下來，您可能需要檢查是否在顯示屏上指示了 47nF 的合法值。

但是，有一件事需要了解：儀表本身在幾%正負(fù)值內(nèi)相當(dāng)準(zhǔn)確，除了電容器值幾乎與校準(zhǔn)值相同。另一個問題是電容讀數(shù)可能取決于溫度和一些外部參數(shù)。如果電容讀數(shù)顯示超過其公差值的輕微誤差，這很可能表明該部件絕對正常，并且沒有缺陷。