分享一个不错的3位LED电容表电路

这个项目是另一个测试设备，对任何电子爱好者来说都非常方便，构建这个单元会很有趣。

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表设施，因此电子爱好者必须依靠昂贵的仪表才能获得这种设施。

以下文章中讨论的电路解释了一种先进而便宜的3位LED电容计，它为所有当代电子电路中常用的一系列电容器提供了相当精确的测量。

电容范围

所提出的电容表电路设计提供了一个3位LED显示屏，它以五个量程测量值，如下所示：

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

上述范围包括大多数标准值，但设计无法确定几皮法或高值电解电容器的极低值。

实际上，这种限制可能不太令人担忧，因为极低值电容器在当今的电子电路中很少使用，而大型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

内置溢出警告 LED，以防止在选择不适当的范围时出现不准确的读数。该设备通过 9 伏电池驱动，因此绝对便携。

图2显示了LED电容表电路的时钟振荡器、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/驱动器和溢流电路级如上图所示。

如图2所示，IC5是一个5 V固定电压稳压器，可从9 V电池源提供经过良好调节的5 V输出。整个电路使用这种稳定的 5 伏电源来运行。

电池应具有较高的mAh额定值，因为电路的电流使用量相当大，约为85 mA。当3显示器的大部分数字被照亮时，电流消耗可能会超过100 mA。

低频振荡器围绕作为CMOS NOR栅极的IC2a和IC2b构建。然而，在这个特定的电路中，这些IC作为基本逆变器连接，并通过正常的CMOS非稳定设置施加。

请注意，振荡器级的工作频率比提供读数的频率大得多，因为该振荡器必须产生 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”至“9”）。这些输出中的每一个在每一个连续的输入时钟周期内连续变高。在此特定设计中，输出“0”为计数器提供复位时钟。

输出“1”随后变为高电平并切换单稳态，从而为时钟/计数器电路产生栅极脉冲。输出“2”至“8”未连接，这 2 个输出变为高电平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，该信号通过LED显示屏锁存新读数，但该逻辑需要为负数。这是通过IC4a实现的，IC4a反转来自输出9的信号，使其转换为适当的脉冲。

单稳态多谐振荡器是标准CMOS版本，使用两个2个输入NOR栅极（IC4b和IC4c）。尽管是简单的单稳态设计，但它提供的功能使其完全值得当前应用。

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。此功能实际上至关重要，因为当使用可重新触发的类型时，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，这是必不可少的，因为相当程度的局部电容可能会干扰电路线性属性，导致巨大的最低显示读数。

使用时，当测试槽之间没有连接电容器时，可以看到原型显示器在所有 5 个范围内读数为“000”。

电阻R5至R9用作范围选择电阻。当您在十进制阶上降低时序电阻时，特定读数所需的时序电容会以十进制为增量增加。

如果我们认为范围电阻的额定容差至少为1%，则可以预期这种设置可以提供可靠的读数。这意味着，可能不需要单独校准每个量程。

R1 和 S1a 接线以在正确的 LED 显示屏上运行小数点段，但范围 3 （999nF） 除外，其中不需要小数点指示。时钟振荡器实际上是一种常见的 555 非稳定配置。

电位器RV1用作时钟频率控制器，用于校准此LED电容计。单稳态输出用于控制IC 1的引脚4，时钟振荡器仅在栅极周期可用时激活。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。这些实际上无法从理想的CMOS逻辑系列中识别出来，但是这些元件非常灵活，值得经常使用。

这些实际上配置为具有单独时钟输入和进位/借用输出的上/下计数器。可以理解，在下降计数器模式下使用的潜力在这里是没有意义的，因此下降时钟输入与负电源线挂钩。

三个计数器按顺序连接，以允许传统的 3 位显示。在这里，IC9被连接以产生最低有效数字，IC7启用最高有效数字。4011 包括一个十进制计数器、一个七段解码器和一个锁存器/显示驱动器级。

因此，每个IC都可以替代典型的3芯片TTL型计数器/驱动器/锁存选项。输出具有足够的功率，可以直接照亮任何适当的共阴极七段LED显示屏。

尽管电源电压为5伏，但建议通过限流电阻驱动每个LED显示段，以便将整个CAAPCANCE仪表单元的电流消耗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/触发器。然而，在这个特定的电路中，只有IC的一部分被实现。IC6输出仅在过载时切换状态。这意味着，如果过载明显高，将导致IC7产生许多输出周期。

通过IC6直接为LED指示灯LED1供电可能非常不合适，因为这种输出可能是瞬时的，并且LED可能只能产生几个很容易被忽视的短照明。

为了避免这种情况，IC7输出用于驱动通过连接IC2的一对正常空栅极而产生的基本设置/复位双稳态电路，随后锁存器切换LED指示灯LED1。两个IC6和锁存器由IC3复位，以便在实施新的测试读数时，溢出电路从头开始。

如何构建

构建这个3位电容表电路只是在下面给定的PCB布局上正确组装所有部件。

请记住，IC都是CMOS类型，因此对手部静电敏感。为避免静电损坏，建议使用IC插座。将 IC 放在他们的身体上并推入插座，在此过程中不要接触引脚。

校准

在开始校准此最终确定的3位LED电容表电路之前，使用具有严格容差和幅度的电容器可能很重要，该电容器可提供仪表满量程范围的约50%至100%。

假设 C6 已合并到单元中并用于校准仪表。现在，将设备调整到范围 #1（9.99 nF 满量程），并在 SK2 和 SK4 之间插入直接链接。

接下来，非常轻柔地调整RV1，以可视化显示屏上4.7nF的适当读数。完成此操作后，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。

但是，请不要期望读数完全准确。3位电容计本身相当精确，尽管如前所述，它实际上肯定会伴随着一些小的差异。

为什么使用 3 个 LED 显示屏

许多电容器往往具有相当大的容差，尽管少数品种可能包含高于10%的精度。实际上，就预期的精度而言，引入第 3 个 LED 显示数字可能不合理，但它是有利的，因为它有效地扩展了设备能够读取整整十年的最低电容。

测试旧电容器

如果使用此设备测试旧电容器，您可能会看到显示屏上的数字读数正在逐渐上升。这可能不一定意味着电容器有故障，而这可能只是由于我们的手指发热导致电容器值略有上升。在 SKI 和 SK2 插槽中插入电容器时，请确保握住电容器的主体，而不是引线。

测试超量程高值电容器

不在此LED电容计范围内的高值电容器可以通过将高值电容器与低值电容器串联，然后测试两个单元的总串联电容来检查。

假设，我们要检查一个印有470μF值的电容器。这可以通过将其与100μF电容器串联来实现。然后可以使用以下公式验证电容器 470 μF 的值：

（C1 x C2）/（C1 + C2） = 82.5 μF

82.5 μF 将确认 470 μF 的值正常。但是假设，如果仪表显示其他读数，例如 80 μF，则意味着 470 μF 不行，因为它的实际值将是：

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

100X - 80X = 8000

X = 400 μF

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 的目的是通过触摸 SK1 和 SK3 轻松放电，然后再将它们插入 SKI 和 SK2 进行测量。

这仅适用于那些在测试前从电路中取出时可能倾向于存储一些残余电荷的电容器。高值和高电压型电容器可能容易受到此问题的影响。

然而，在严重的情况下，电容器可能需要通过泄放电阻轻轻放电，然后再从电路中取出。包括SK3的原因是允许被测电容器通过连接SK1和SK3放电，然后再通过SKI和SK2进行测试进行测量。

C6 是一款方便、即用型采样电容器，用于快速校准。如果被测电容器显示一些有缺陷的读数，则可能需要切换到范围1，并在SK2到SK4之间放置一个跳线链路，以便C6作为测试电容器连接。接下来，您可能需要检查是否在显示屏上指示了 47nF 的合法值。

但是，有一件事需要了解：仪表本身在几%正负值内相当准确，除了电容器值几乎与校准值相同。另一个问题是电容读数可能取决于温度和一些外部参数。如果电容读数显示超过其公差值的轻微误差，这很可能表明该部件绝对正常，并且没有缺陷。