三位數(shù)字顯示電容測試表電路設(shè)計

廣大電子愛好者都有這樣的體會，中、高檔數(shù)字萬用表雖有電容測試擋位，但測量范圍一般僅為 1pF ~ 20μF，往往不能滿足使用者的需要，給電容測量帶來不便。本電路介紹的三位數(shù)顯示電容測試表采用四塊集成電路，電路簡潔、容易制作、數(shù)字顯示直觀、精度較高，測量范圍可達 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。

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

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

圖 2 中，集成電路 IC1B 電阻 R7 ~ R9 和電容 C3 構(gòu)成基準脈沖發(fā)生器（實質(zhì)上是一個無穩(wěn)多諧振蕩器），其輸出的脈沖信號周期 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 R7、R8、R9 的不同選擇，可得到周期為 11μs、1.1ms 和 11ms 的三個脈沖信號。

IC1A、IC2、R1 ~ R6、按鈕 AN 及 C1 構(gòu)成待測電容容量時間轉(zhuǎn)換器（實質(zhì)上是一個單穩(wěn)電路）。按動一次 AN，IC2B 的 10 腳就產(chǎn)生一個負向窄脈沖觸發(fā) IC1A，其 5 腳輸出一次單高電平信號。R3 ~ R6 和待測電容 CX 為單穩(wěn)定時元件，單穩(wěn)時間 td=1.1（R3~R6）CX。IC4、IC2C、C5、C6、R10 構(gòu)成閘門控制器和計數(shù)器，IC4 為 CD4553，其 12 腳是計數(shù)脈沖輸入端，10 腳是計數(shù)使能端，低電位時 CD4553 執(zhí)行計數(shù)，13 腳是計數(shù)清零端，上升沿有效。當按動一下 AN 后，IC4 的 13 腳得到一個上升脈沖，計數(shù)器清零同時 IC2C 的 4 腳輸出一個單穩(wěn)低電平信號加到 IC4 的10 腳，于是 IC4 對從其12 腳輸入的基準計數(shù)脈沖進行計數(shù) 。當單穩(wěn)時間結(jié)束后，IC4 的 10 腳變?yōu)楦唠娖?，IC4 停止計數(shù)，最后IC4 通過分時傳遞方式把計數(shù)結(jié)果的個位、十位、百位由它的 9 腳、7 腳、6 腳和 5 腳循環(huán)輸出對應(yīng)的 BCD 碼。

IC3 構(gòu)成譯碼器驅(qū)動器，它把 IC4 送來的 BCD 碼譯成十進制數(shù)字筆段碼，經(jīng)R11 ~ R17限流后直接驅(qū)動七段數(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制數(shù)字顯示。

C7 的作用是當電源開啟時在 R10 上產(chǎn)生一個上升脈沖，對計數(shù)器自動清零。

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，按電路標注選擇即

三、制作與調(diào)試方法

整個電路安裝好后可裝在一個塑料盒內(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，關(guān)鍵是要調(diào)出 11μs、1.1ms 和 11ms 的三種標準脈沖信號，調(diào)試時需要借助一臺示波器，通過調(diào)整分別 R7、R8 和 R9 等三個電阻的阻值，就可方便地得到這三個脈沖信號，電路中的 R7、R8、R9 的阻值是實驗數(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)處標注相應(yīng)倍率，就可得到一個經(jīng)濟實用、準確可靠的數(shù)字電容表。

四、使用方法

在測試電容時，把計數(shù)結(jié)果乘以所用量程的倍率得到的數(shù)值就是被測電容的容量。例如 ，當基準脈沖周期為 1.1ms，定時電阻為 10K 時，量程倍率為 0.1μF，若測一個標稱容量為 4.7μF的電容，按動一下 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，由于分布電容的影響，測量結(jié)果減去分布電容值才是被測電容的準確值?？梢赃@樣測出該電容表的量程分布電容值，把量程打在1pF~999pF 檔，在不接被測電容的情況下，按動一下 AN 按鈕，測的計數(shù)結(jié)果就是該擋的分布電容值，經(jīng)實驗該數(shù)值一般為 10pF 左右。

附表列出了各擋量程的組成關(guān)系。