一款数字电容表的设计与制作

　　本电容表5位LED显示容量，两位LED显示单位。三档量程。全数字电路，晶振稳频误差小、耗电量小、花钱也不多，只要动手能力均可仿照自制。
　　
　　一、容量测量原理（原理方框图如下图所示）

　　
　　要用数字电路来测量电容的容量可以把容量转换成相对应的脉冲宽度，此脉冲用来控制一个电子开关，让固定频率的脉冲通过电子开关送往显示电路，即可达到测量显示的目的。如测量一个lpF的电容，将电容接入一单稳电路，（如下图所示）此电路的暂稳态时间即脉宽T=l.l×RC。测量电阻取

　　。基准频率取1MHz其周期也是1μS，也就是说1μS的暂稳态时间即脉宽控制的电子开关能通过一个脉冲到达显示电路，即显示lpF。测量其它电容容量的方法以此类推，只是测量电阻不同而已。
　　
　　本表分为三个量程，即0pF-99999pF、0.001μF-99.999μF。0.lμF-9999.9μF。此量程的设计有两段重复之处，可方便测量任何容量的电容。

　　二、电路介绍
　　
　　电源理图如下图所示

　　
　　1、显示电路
　　
　　显示电路是由ICl-IC4、Ql-Q3七只数码管及电阻电容组成。IC1、IC2是MC14543，其功能是把8421码转换成七段显示的十进制码、驱动共阴数码管。其5、3、2、4脚是8421码A、B、C、D的输入端，9至15脚是七段数码a—g的输出端。IC3、IC4是MC14553，它是一片三位8421码计数器，利用分时控制可以使用一只译码器显示三位数字，其9、7、6、5脚是8421码A、B、C、D的输出端，l、2、15脚是三位数码显示的扫描输出端，12脚是脉冲输入端，14脚是溢出端，3、4脚是外接振荡电容端，其详细应用见有关书籍。数码管是共阴0.5寸红色5只、绿色2只。5只红的作为电容容量显示，2只绿的作单位显示，单位显示是指用数码管经二极管编码后显示(pF或μF)，并控制小数点的点亮，连接方法见电路图。
　　
　　2-测量电路
　　
　　测量电路是由IC5～IC7、IC10-1及周围电路组成。lC5是MC14060，其10、11脚的内部电路和外面的阻容元件及晶振组成振荡电路，从9脚输出稳定的1MHZ稳定的基准脉冲，送到电子开关IC10-1的输入端，经电子开关的控制再送入显示电路，另一路经MC14060本身分频后，再经IC6MC14040分频和选择，（选择的频率越低两次测量的间隔时间越长，4脚约为8秒，2脚约为4秒，3脚约为2秒，5脚约为1秒。）得到一频率极低的脉冲，此脉冲一路是作为显示电路的清零，另一路经RC微分后在脉冲的下降沿形成一负脉冲触发测量电路工作。IC7是时基集成电路NE555接成典型单稳电路，2脚由负脉冲触发后就把电路中的测量电阻对Cx和Cb(Cb为效正电容)充电时间转换成相应的宽度脉冲从3脚输出，再用此脉冲去控制电子开关IC10-1的开启时间，让相应数量的基准脉冲通过，送达显示电路进行计数、译码即可显示电容的容量。
　　
　　3、量程转换及符号控制电路
　　
　　量程转换电路由IC8、IC9和周围电路组成，IC8是时基电路NE555接成单稳电路，按一下轻触开关AN、3脚就输出一个脉冲；IC9是分频计数集成电路MC14017，它也接成三分频方式，三个脉冲循环一次，它对IC8送来的脉冲计数分频，得电瞬时电路被清零，QO（集成电路的3脚）出现高电平，相应的继电器Jl吸合，JK1导通把R32接人测量电路，同时也在控制IC10-2的5脚为高电平。如这时IC6也没有清零脉冲输出，那IC10-2的6脚也会是高电平，根据与门电路积的关系，IC10-2的4脚会输出高电平，这时Q4导通，通过二极管的编码后，单位电路显示pF字样。按一下AN后，MC14017的Ql出现高电平，相应的继电器吸合转到下一个量程，单位电路显示μF，数码管的第一小数点也会被点亮、完成容量的显示。第三个量程的测量原理和以上原理相同。
　　
　　4.电源电路
　　
　　本表的电源电路十分简单，就是常见的变压器次级15V，经桥式整流、电容滤波，集成电路稳压输出12V，功率大于15W即可。为加强去耦，在每块集成电路的正电源端对地均加有滤波电容。（电路图中未标出）。
　　
　　三、元件的选择与制作
　　
　　本电容表使用的集成电路最好使用插座，电阻除了R32-34以外，均用1/8W的碳膜电阻，电阻R32-34要用精度为0.5%以上的金膜电阻以确保电阻值准确。如无法得到表中的数值可用串并的方法获得。容量小于lμF的电容首选钽电容和高频瓷片电容，其它可选质量好的电容。二极管为1N4000系列。三极管为C8050系列。继电器为12V单刀任何系列均可。数码管为0.5英寸共阴的任何型号。晶振为铁封型，精度要高，最好是小数点后有四个零以上的。安装时先要把所有的跳线焊好，因为有些跳线在集成电路的下面。电路板为两块，一块是主板，l00×l20立方毫米，另一块是显示板，40×100立方毫米，为单面板、但元件面需补焊若干条跳线。如下图所示。

　　
　　两块电路板用软导线连接便于调整显示板的角度。
　　
　　四、使用与校正方法
　　
　　本电容表制作完成后，根据你的两次测量间隔时间来确定IC6MC14040输出的脉冲周期，（一般用4秒）将其对应的点焊接上，检查无误即可开机工作。在工作前要有两处调试。一是先调C3，把IC5的9脚输出的基准频率调到1.000000MHz，二是在制作完成时，先不要接上CX、Cb，打开电源、本表在pF量程档有数字显示，这是电路的分布电容，焊入一只电容Cb，使电容表显示一个整数的值(如200pF)，记注此基数值，以后在测量pF极的电容时、均要减去此基数值才是被测电容的真正容量。校正电容Cb的容量要大于时基电路NE555的6、7脚之间的分布电容，大概在150pF以上。本表在校正后可以测量5pF以上的电容。在其它量程上不用如此调试，制作完成后就可以工作。以上调试的步骤不可反向。

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