В радиолюбительской практике часто возникает задача измерения емкостей конденсаторов. Промышленные мультиметры с измерением емкости достаточно дороги и не всем доступны. Предлагается конструкция простого измерителя, собранного на трех микросхемах, которая позволяет измерять емкость конденсаторов, а также частоту периодического сигнала и может использоваться в качестве генераторов с цифровым контролем частоты.

Принципиальная электрическая схема измерителя показана на рисунке.

(нажмите для увеличения)

Устройство содержит микроконтроллер DD1 типа РIC16.84А, цифровой жидкокристаллический индикатор от АОН DD2 типа К0-4В2 (или аналогичный) и таймер DA1 NЕ555 (КР1006ВИ1). В основу измерителя емкости положена зависимость выходной частоты RС-генератора на таймере DA1 от величины емкости конденсатора Сx:

fвых≈1/kRCx,

где К - некоторая константа. Поскольку эта зависимость обратно пропорциональна, микроконтроллер вычисляет обратную величину y=1/fвых.

Для повышения точности измерений и простоты настройки используется самокалибровка по заранее выбранным известным номиналам емкостей опорных конденсаторов (С3, С5, С6). Измеритель имеет три диапазона измерения емкостей: 1-й - 10....1000 пФ, 2-й - 470...4700 пФ, 3-й - 4700 пФ...0,47 мкФ. В первом диапазоне для самокалибровки используется опорный конденсатор С5 емкостью 470 пФ, во втором С6 емкостью 2000 пФ, а в третьем - С3 емкостью 15 нФ. Перед установкой в устройство этих конденсаторов их необходимо подобрать по величине номинальной емкости с помощью какого-нибудь измерителя емкости.

Конденсаторы желательно выбирать с минимальными значениями температурных коэффициентов емкости. Для повышения линейности измерителя в таймере использован источник тока на транзисторе VT1, величина тока которого в разных диапазонах задается с помощью резисторов R9R11. Коммутация осуществляется микроконтроллером DD1 переключением портов В0-В7 со входа на выход. Выбор диапазонов измерения и режим работы измерителя осуществляется переключателями S1 и S2, согласно таблице:

Самокалибровка производится периодически, примерно один раз в минуту. На ЖК-индикаторе в этот момент высвечивается значение емкости опорного конденсатора. Во всех трех диапазонах величина емкости индицируется в пикофарадах, а в левом углу индикатора высвечиваются буквы "Р.". В режиме частотомера и генератора эти буквы не высвечиваются. Во время самокалибровки вместо Сх к схеме автоматически подключается один из опорных конденсаторов и измеряется его емкость. При этом вычисляется значение поправочного кода N0, которое сохраняется в оперативном запоминающем устройстве микроконтроллера Nвых=N0Nвх.

Параллельно измеряемому конденсатору Сх включен конденсатор С4 небольшой емкости. Это сделано для выхода на более линейный участок измерений, а величина емкости С4 автоматически вычитается в DD1 из значения измеренной емкости Сх. При измерениях малых емкостей (до 100 пФ) в первом поддиапазоне возможно высвечивание на индикаторе ненулевых показаний при отключении измеряемого конденсатора Сх. Это нескомпенсированное значение емкости (единицы пикофарад) нужно вычитать из измеренного значения СХ.

В режиме автогенератора к источнику тока VT1 подключается переменный резистор R13, регулировкой которого задается частота свободных колебаний fген. Если переключатель S3 при этом выключен, то микропроцессор измеряет частоту генерации. На выходе fген сигнал импульсный. Если нужен сигнал с одинаковыми длительностью импульса и паузы, то выход fген необходимо подать на делитель частоты (например, на микросхеме К561ИЕ10). С выхода "а" можно снимать сигнал пилообразной формы. Если выход "а" подать на вход интегратора на логическом элементе, то можно получить сигнал, близкий по форме к синусоидальному, диапазон частот генератора от десятков герц до 20...30 кГц. Для расширения диапазона в сторону низких частот можно увеличить номинал резистора R13.

Кнопка S4 - с нормально замкнутыми контактами. Она используется для сброса микроконтроллера путем разрыва цепей питания при переключениях с одного диапазона измерений на другой. Кнопку необходимо удерживать в нажатом состоянии несколько секунд. Кварц Q1 - любой на 1 МГц. В устройстве можно использовать таймер МОП типа 7555.

Запрограммировать микроконтроллер можно самостоятельно по методике, описанной в [1]. При измерениях частоты внешних колебаний переключатель S3 необходимо отключать.

Автор: А.М. Саволюк