HIMA F6217
本例展示的是一种价格低廉但却十分***的电容测量仪。这是一款精度高于1pF的微量电容测量仪器，专用于电容式油位计。用户可以通过修改元件值，任意调整该测量仪的电容适用范围。由于该测量仪的设计初衷是用于油位测量，因此其电源部件被设计为能够承受摩托车或汽车供电过程中可能发生的电压瞬变。
U3A是一种使用陶瓷谐振器(Y1)的振荡器。U3C到U3F的输出电路以455kHz的频率给电容器充放电。充电电流流经R8，差分放大器U4对充电电流进行滤波和放大。放电电流流经D3。R8的平均电流与电容成正比。
电容器的充电电压等于U2的固定电压—5.74V加上D1的压降数。D1的压降数取决于温度，恰好能够抵消D3的温度变化。
如果输出电压为5V,假设放大器增益为***，则***大电容(C)的计算公式如下：
C=5V/(5.74V×***×R8×455,000Hz)
本例中，***=10，所以C=128pF。如需减小C的值，仅调高R8的值即可。
被测电容器必须满额充放电，但是测量大容量电容器时，R8的值不能降得过多。***好的办法是减小充放电频率，如使用4060Hz，再选择合适的输出电路。然后，通过调整R8放大器增益进行微调。
本设计实例介绍的是一种简单的双芯片CMOS电路，它可将100pF~1μF范围内的多个电容器整理至20个容器内，并使用10个LED指示灯来显示取值范围。该电路***节能，使用两节CR2032电池即可运行。此外，该电路还可内置于手持探测器中。
电路(图1)的核心器件是使用4093与非门的RS触发器以及晶体管Q1和Q2，Q1和Q2分别对参考电容和测试电容放电。参考电容(CREF)和测试电容(CX)从0伏开始充电，然后复位脉冲施加至Q1和Q2的基极。根据电容及其各自串联电阻的数值，CX或CREF中的一方会先于另一方到达门电路的VT；由此对RS触发器的输出进行置位或复位。输出以这种方式连接在一起，若CREF早于CX到达VT，一个时钟脉冲就会被施加至CD4017计数器。这样一来，CD4017计数器的输出(Q0~Q9)就会通过10个不同的串联电阻值(R0~R9)之一对CREF进行充电。
图1：电容计原理图。4011与非门可能表现出一些滞后现象，推荐使用4093与非门。
使用单个4093施密特与非门即可得到电路工作的主时钟。4017十进制译码计数器对该时钟进行计数，在通过不同的值为CREF充电的同时，触发器对CX和CREF的电压斜升进行比较。若CX先于CREF到达VT，则4017不进行计时，相应的LED指示灯开始无限闪烁。按下复位开关再次读数，将4017复位，并选择***小电阻值R0。电路有两个范围，分别覆盖100pF~10nF和10nF~1μF，每个范围又划分成10段。范围由单刀双掷（SPDT）开关选取，该开关连接至100pF或10nF的CREF。
LED指示灯呈特定闪烁状态，表明测试电容的值位于和临近较低LED之间的范围内。晶体管Q3负责在主时钟适当的相位内为LED供电。10个LED的阳极连接至CD4017的输出(Q0~Q9)。由于充电电流误差较小(主要由所有二极管的反向导通所提供)，较小的充电电阻可能会使读值更可靠。可对R0~R9进行适当的调整，并对主时钟频率进行反向调整。图2为使用了胶棒管的手持探测器的构造实例。
