3位LED电容计电路

这个项目是另一个测试设备，可以非常方便任何电子爱好者，建设这个单位可以是一个很大的乐趣。

电容计是一种非常有用的测试设备，因为它允许用户检查所需的电容器并确认其可靠性。

普通或标准数字仪表大多没有电容仪表设备，因此电子爱好者必须依靠昂贵的仪表才能获得该设备。

在下面的文章中讨论的电路，解释了一个先进而廉价的3位LED电容计，它提供了一个合理准确的测量范围内的电容器普遍使用的所有当代电子电路。

电容范围

提出的电容计电路设计提供了一个3位LED显示，它测量五个量程的值，如下所示:

范围#1=0至9.99nF
范围#2=0至99.9nF
量程#3 = 0至999nF
范围#4=0至9.99µF
范围#5 = 0到99.99µF

上述范围包括大多数标准值，然而设计无法确定极低值的少数皮法拉，或高值电解电容器。

实际上，这个限制可能不是太关心，因为超低值电容器很少在当今的电子电路中使用，而大电容器可以使用几个串联电容器进行测试，这将在后面的段落中深入描述。

工作原理

一个溢出警告LED是为了防止不准确的读数，如果选择了不适当的范围。该设备是通过9伏电池驱动，因此它是绝对便携的。

图2显示了LED电容计电路的时钟振荡器、低Hz振荡器、逻辑控制器和单稳态多谐振荡器级的电路图。

计数器/驱动器和溢出电路级如上图所示。

从图2可以看出，IC5是一个5伏固定电压调节器，可从9伏电池电源提供调节良好的5伏输出。整个电路使用该调节的5伏电源进行工作。

电池应具有较高的毫安时额定值，因为电路的电流使用量在85毫安左右相当大。每当3-显示器的大多数数字为显示而点亮时，电流消耗可能超过100 mA。

低频振荡器构建在作为CMOS或非门的IC2a和IC2b周围。然而，在这个特殊的电路中，这些IC作为基本的反相器连接，并通过正常的CMOS不稳定设置应用。

观察振荡器阶段的工作频率比提供读数的频率要大得多，因为这个振荡器必须产生10个输出周期才能完成单个读数周期。

IC3和IC4a配置为控制逻辑级。IC3是CMOS 4017解码器/计数器，包括10个输出（“0”到“9”）。对于每个连续的输入时钟周期，这些输出中的每一个都会依次变高。在此特定设计中，输出“0”向计数器提供复位时钟。

输出“1”随后变高，并切换单稳态，从而为时钟/计数器电路产生门脉冲。输出“2”至“8”未连接，并且这两个输出变高的时间间隔允许一点时间，以便门脉冲可以完成，并允许计数结束。

输出“9”提供逻辑信号，将新读数锁定在LED显示屏上，但该逻辑需要为负。这是通过IC4a实现的，IC4a将输出9的信号反转，以便将其转换为适当的脉冲。

单稳态多谐振荡器是一种标准CMOS版本，使用两个输入或非门（IC4b和IC4c）。尽管是一个简单的单稳态设计，但它提供的功能使其完全适合当前的应用。

这是一种不可再触发的形式，因此提供的输出脉冲小于IC3产生的触发脉冲。此功能实际上非常关键，因为当使用可再触发类型时，最少的显示读数可能相当高。

所提出的设计的自电容非常小，这是必要的，因为很大程度的局部电容可能会干扰电路的线性属性，从而导致巨大的最低显示读数。

当使用时，当测试槽上没有连接电容时，可以看到原型显示器在所有5个范围上的读数为“000”。

电阻R5到R9作为范围选择电阻。当您在十进制步骤中降低定时电阻时，特定读数所需的定时电容将在十进制增量中增加。

如果我们认为量程电阻的额定公差至少为1%，那么这个设置可以提供可靠的读数。这意味着，可能没有必要对每个量程分别进行校准。

R1和S1a连接在正确的LED显示屏上运行小数点段，但不需要小数点指示的范围3（999nF）除外。时钟振荡器实际上是一种常见的555不稳定配置。

电位器RV1用作时钟频率控制器，用于校准该LED电容计。单稳态输出用于控制IC 1的引脚4，只有在门周期可用时，时钟振荡器才会被激活。此功能消除了对独立信号门的需求。

现在检查图3，我们发现计数器电路使用3个CMOS 4011 IC接线。这些实际上不是从理想的CMOS逻辑家族中识别出来的，但是这些是非常灵活的元件，值得经常使用。

它们实际上被配置为具有单独时钟输入和进位/借位输出的上升/下降计数器。可以理解，在下行计数器模式中使用的电势在这里是没有意义的，因此下行时钟输入与负电源线连接。

三个计数器按顺序连接，以实现传统的3位数显示。这里，IC9连接生成最低有效位，IC7启用最高有效位。4011包括一个十进位计数器、一个七段解码器和一个锁存/显示驱动级。

因此，每一个集成电路都可以替代典型的3片TTL式计数器/驱动器/锁存选项。输出有足够的功率直接照亮任何合适的普通阴极七段LED显示器。

尽管有5伏的低电压供应，建议通过限流电阻驱动每一个LED显示段，以便整个电容计单元的电流消耗可以保持在可接受的水平以下。

IC7的“进位”输出应用于IC6时钟输入，即双D型除以两个触发器。然而，在这个特定的电路中，只实现了IC的一部分。IC6输出仅在过载时切换状态。这意味着，如果过载明显过高，将导致IC7的许多输出周期。

通过IC6直接为LED指示灯LED1供电可能非常不合适，因为该输出可能是瞬时的，并且LED可能仅能产生几个很容易被忽略的短照明。

为了避免这种情况，IC7输出用于驱动一个基本的设置/复位双稳态电路，该电路由一对通常为空的IC2门布线而成，随后锁存器切换LED指示灯LED1。两个IC6和锁存器由IC3复位，以便每当执行新的测试读数时，溢出电路从零开始。

如何构建

构建这个3位电容表电路就是在下面给定的PCB布局上正确组装所有部件。

请记住，IC都是CMOS类型，因此对手上的静电非常敏感。为避免静电损坏，建议使用IC插座。将IC固定在其身体上并推入插座，过程中不要接触针脚。

标定

在开始校准这一最终确定的3位LED电容表电路之前，使用一个具有严格公差的电容器和一个提供大约50%至100%满刻度范围的电容器可能很重要。

让我们想象一下，C6已被纳入装置中，并用于校准仪表。现在，将设备调整到量程#1（满量程9.99纳法），并在SK2和SK4之间插入直接链路。

接下来，非常轻地调整RV1，以在显示屏上显示4.7nF的适当读数。完成后，您可能会发现该装置显示了一系列电容器的相应正确读数。

然而，请不要期望读数是完全准确的。3位电容计本身是相当精确的，尽管，如前所述，它实际上肯定会伴随一些微小的差异。

为什么使用3个LED显示屏

许多电容器倾向于有相当大的公差，尽管少数品种可能包括准确率高于10%。实际上，对于预期的精度而言，引入第3个LED显示数字可能并不合理，但由于它有效地扩展了设备能够读取整个十年的最低电容，因此具有优势。

测试旧电容器

如果使用该设备测试旧电容器，您可能会看到显示器上的数字读数逐渐上升。这可能不一定意味着电容器有故障，而只是因为手指的温暖导致电容器值略微升高。在SKI和SK2插槽中插入电容器时，确保握住电容器体，而不是引线。

超量程高值电容器的测试

对于不在本LED电容计测量范围内的高值电容，可以通过将高值电容与低值电容串联，然后测试两个单元的串联总电容来检测。

让我们说，我们想要检查一个电容有470µF值印在上面。这可以通过将其与100µF电容器串联来实现。那么电容470 μ F的值可以用下面的公式来验证:
（C1 x C2）/（C1+C2）=82.5µF

82.5µF将确认470µF的值符合要求。但假设，如果仪表显示一些其他读数，如80µF，则意味着470µF不正常，因为其实际值为：

（X X 100）/（X+100）=80
100X/X+100=80
100X=80X+8000
100X-80X=8000
X = 100µf

结果表明，被测470µF电容器的健康状况可能不是很好

图中可以看到两个附加插座（SK3和SK4）和电容器C6。SK3的目的是在将测试元件插入SKI和SK2进行测量之前，通过触摸SK1和SK3使测试元件易于放电。

这仅适用于那些在测试前从电路中取出时可能会储存一些剩余电荷的电容器。高值和高压型电容器可能容易出现此问题。

然而，在严重情况下，从电路中取出电容器之前，可能需要通过泄放电阻器对电容器进行轻轻放电。包括SK3的原因是，在测量SKI和SK2之前，通过连接SK1和SK3使被测电容器放电。

C6是一种方便、易于使用的样品电容器，用于快速校准。如果被测电容器显示某个读数有缺陷，则有必要切换至量程1，并在SK2至SK4之间设置跨接链路，以便C6连接为测试电容器。接下来，您可能需要检查并确保显示器上显示了47nF的合法值。

然而，有一点需要理解：除了电容值几乎与校准值相同外，仪表本身的准确度在几%的正负范围内。另一个问题是，电容器读数可能取决于温度和一些外部参数。如果电容读数显示轻微误差超过其公差值，则这很可能表明零件完全正常，没有任何缺陷。

零件清单