實驗台上/簡易數字式電容錶－老音響資料庫/蘇桑部落格

　　好久好久沒動筆了,對於讀者尤其是唐老編多少有些歉疚,今年(本文出刊時該是去年了)行憲紀念日利用整整兩天的時間把淤積在心中很久的一個構想實現了,並於今天(66年元旦)把心得報告寫了出來供大家參考。

構想之起源

　　前些日子我買了一個定時IC,編號為NE 555,這個IC有很多很多功用,在各種電子雜誌上幾乎都可以看到。本來我是想做一個十分鐘的定時開關,試來試去,發現每個定時的電容雖然包裝上打的容量均一樣,得出來的時間竟然有相去大半者,很是詫異,後來無意間發現一本談電容的書上說到電解電容容許的誤差為+80%、-20%,這一下可把我弄清楚了。如果我想用RC充放電時間常數定時的話,我應該先把電容的數值量清楚而不僅是看清楚了。

　　怎樣去量電容量呢?去買一個電容錶嗎?我參觀過中壢立德電容器工廠,他們有兩部電容量錶,一部是日本製的,量度範圍由1u到3,000u,價格為台幣二萬多,誤差在5~10%之間,另外一部為台製,他們說誤差太大很少使用,價格三千元左右,買嗎?像這樣的準確度?值二萬元?寫十年的文章也騙不了那麼多錢!因此決心自己做一部; 有兩條路子可以走,第一用過時的錶頭,第二用流行的數字式。用電錶頭需要依賴別人做錶太麻煩,數字式可用一些TTL IC合成是我本行,駕輕就熟就用數字式的吧!

基本原理

　　如果有一個方波振盪器,它的週期與電容成正比的話,我們只要量度到它的週期再轉換一下刻度不就等於量到電容值了嗎?如果用式子表示的話為:

　　如果K真的能保持常數的話,這個方法就行的通了,因此我先做一個小實驗,用SN 7404接成如圖一,改變電容值然後用示波器看週期T做成以下的數據:

　　計算結果除開66u的電解電容K為364以外其餘均很相近,基於這個小實驗我已掌握到該走的方向了。經過一個晚上詳細計算以後,我自己訂了一個規格,令K=500,然後用0.5us的鐘準信號(Clock)來計算T,如果計數器在T內讀到1000的話就代表1u的電容量,如下式:

　　如果讀到9999的話就代表9.999u; 如果讀到0001的話就表示0.001u,上面這些想法接到TIL 306計頻器上去量後發現,能度量的範圍太窄了,即只可由0.001u到9.999u,而且讀數不便,乃一再修改成圖二的樣子。共用了TIL 306四枚、7490六枚、74H04二枚,發現工程也頗壯觀的。

實驗數據

　　試機完成後又做了一些數據,發現還蠻準的。以下是一些不同廠家的電容量得的數值與他們所標的數值:

　　由以上所得諸數據,讀者自可以明白一些你每天所用的電容的準確性如何了,不知道你是否還會在33u與47u或50u之間計較些什麼?

工作原理

　　圖三是圖二各重要點的波形與時序,詳細對照能對本線路有深刻的了解,以下是線路概述,U1a為T週期產生器,另一半的U1b為0.5us鐘準信號產生器。7490為÷10計數器,7473為正反器,MJ 9434、MC 9633與U2組成的線路為Strobe信號與Clear信號產生器。TIL 306四枚組成四位數計數顯示器。五段波段開關可以選擇小數點位置與MF或PF指示燈(用LED)。

　　首先如果我們將波段開關置於第一檔,則量度範圍可由1u~9.999u。由S1-b知TIL 306的DP(小數點)均為"0"故小數點不亮; 由S1-a知T為0.5ms/u的週期; 由S1-c知Clock圍0.5ms; 由S1-d知LED亮MF表示單位為uF; S1-e知TIL導前為零的字不亮。故若置100u在Cx位置上則S1-a的"0"在Q1上出現送到TIL 306 PCEI、SCEI輸入允許306在這一段時間內計數。在另一方面S1-c選到0.5ms的Clock送到TIL 306的15腳CK輸出,計算出50ms內共有幾個0.5ms得到顯示100,這100是被U2a所產生的負脈波"關住"(Latch),一直保留到U2b第二腳產生一個負脈波到306的12腳上時才把100清除掉(Clear)。此時J1、K1也被Clear成"1"容許"T"再次進來再次使Q1掉到"0" 50ms之久,再用0.5ms去算,306之顯示又為100......如此週而復始。此中Q1 Q2的作用是用來設定取樣率(Sample Rate),可將Clock定在約1.5秒左右,也就是每經1.5秒,T才出現一次,TIL 306才算一次。

　　如果把波段開關置於第二檔,則小數點出現在個位與十位之間。量度範圍圍0.1u~999.9u此時T仍維0.5ms/u, Clock為50us, LED仍指示MF。波段開關置於第三檔時,小數點在十位與百位之間,量度範圍為0.01u~99.99u,此時T為0.5ms/u, Clock為5us, LED仍指示MF。波段開關置於第四檔時,小數點跳到千位數前面,量度範圍為0.0001u~0.9999u,T此時變為5ms/u, Clock為0.5us, LED仍指示MF。波段開關置於第五檔時,小數點不見了,LED指示為PF表示Pico法拉(10⁻¹²法拉也),此時T為0.5S/u, Clock為0.5us。.

　　TIL 306的工作原理第五期音響技術已有詳細資料說明在此不多加解釋。

　　本線路的可靠範圍從500P~9999uF。只需+5伏電源,很輕便實用。在行憲紀念日當天晚上,我正把此機器的樣品試成時,中壢立德電容工廠老板陳求皓先生剛好到寒舍來,看了這玩意很是欣賞,立即訂了一部,要我有空幫他做一套,外殼他願自己想辦法。相信許多讀者也想自己做一套,但可能均會為零件的採購與PC板的難洗知難而退; 唐老編屢次要我除了發表文章以外還須為讀者做些服務,免得他一天到晚受信件電話索零件以及PC板的"干擾"; 故此次如果你需要以下的IC我可以代購,但PC板除非超過50片不然洗不成(也就是說除非有50位讀者對此感興趣):