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。

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)楦唠娖剑琁C4 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

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。