Схема на Рисунке 1 позволяет преобразовывать величину емкости в пачку импульсов, используя источник постоянного тока и ждущий мультивибратор, образованный двумя микросхемами двухвходовых логических элементов «И-НЕ» (74HC132). Схема также формирует два импульса управления функциями Запись и Сброс, которые обычно требуются внешним цифровым счетчикам и защелкам при управлении дисплеем. Подобные устройства могут применяться в измерительных схемах, когда возникает необходимость преобразовать изменяющуюся емкость датчика (например, в измерителе относительной влажности) в последовательность импульсов пропорциональной длины.
 | |
| Рисунок 1. | Преобразователь величины емкости в пачку импульсов на основе логических элементов «И-НЕ» с триггером Шмитта. |
CX на Рисунке 1 представляет измеряемую емкость датчика. Схема запускается нормально разомкнутой кнопкой, дополненной цепью подавления дребезга на элементах RP и C1. Схема, собранная на макетной плате, показана на Рисунке 2. Между шиной питания и землей включен блокировочный конденсатор емкостью 0.1 мкФ.
 | |
| Рисунок 2. | Схема, собранная на макетной плате с использованием резисторов с допусками 1%. |
В начальном состоянии уровень выходного сигнала U1B высокий, и транзистор Q2 находится в насыщении, шунтируя конденсатор на землю (Рисунок 3). Это запрещает работу стробируемого генератора на элементе U2B.
 | |
| Рисунок 3. | Импульс запуска и выход логического элемента U1A. |
При нажатии кнопки RS-триггер устанавливается в положение, при котором выходной уровень элемента U1A становится высоким, а элемента U1B – низким (Рисунок 4). В результате транзистор Q2 закрывается, позволяя конденсатору CX линейно заряжаться постоянным током.
 | |
| Рисунок 4. | Импульс запуска и выход логического элемента U1B (синяя линия), закрывающие транзистор Q2. |
Источник постоянного тока состоит из p-n-p транзистора Q1 и связанных с ним компонентов. Величина этого постоянного тока IK определяется формулой:
 | (1) |
где
VCC = 5.1 В – напряжение питания,
VB = 4.1 В – напряжение на базе Q1,
VBE = 0.7 В – напряжение база-эмиттер транзистора Q1.
Чтобы вычислить постоянную времени T = RC, в нижеследующей формуле (2) сопротивление R заменено отношением VCC/IK:
 | (2) |
Затем выражение (2) нужно будет умножить на отношение VT+/VCC, в котором VT+ – значение порогового уровня логического элемента «И-НЕ» для положительного перепада входного напряжения. От этого отношения зависит максимальное напряжение, до которого может зарядиться конденсатор CX. Подставляя IK в (2), получаем выражение для постоянной времени, определяющей скорость линейного нарастания напряжения на конденсаторе CX (Рисунок 5):
 | (3) |
Теперь подставляем в (3) значения номиналов используемых компонентов и измеренных напряжений:
 | (4) |
В случае, например, если CX = 2200 мкФ, получаем интервал времени, равный 3.9 с. Точность этого результата зависит от отклонений номиналов всех компонентов, представленных в (4).
 | |
| Рисунок 5. | Импульс запуска и линейно нарастающее напряжение на конденсаторе CX. |
Конденсатор CX перестает заряжаться постоянным током IK, когда напряжение на нем достигает положительного порога VT+, в данном случае равного 3.28 В. В этот момент на выходе элемента U1C устанавливается низкий логический уровень, генератор останавливается, и на выходах одновибраторов, образованных элементами U1D и U2A, формируются управляющие импульсы.
 | |
| Рисунок 6. | Импульс запуска и напряжение на конденсаторе C2, формирующие импульс Запись. |
Детектор фронта (U1D) запускается спадом выходного импульса логического элемента U1A (Рисунок 6).
 | |
| Рисунок 7. | Импульс запуска и выходной сигнал Сброс, сформированные элементом U2A. |
Длительность T2 положительного импульса Запись на выходе U1D (Рисунок 7) равна:
 | (5) |
Когда этот импульс заканчивается, он запускает второй одновибратор, образованный элементами U2A, R4 и C3, формирующий импульс Сброс (Рисунок 7), длительность T3 которого равна
 | (6) |
Стробируемый генератор на логическом элементе U2B вырабатывает пачку импульсов (Рисунок 8) с частотой FO, определяемой выражением (7):
 | (7) |
где VT– – значение порогового уровня логического элемента «И-НЕ» для отрицательного перепада входного напряжения.
 | |
| Рисунок 8. | Импульс запуска и выходные импульсы стробируемого генератора. |
Этот генератор не имеет задержки запуска, так как предполагается, что подстроечным резистором 500 кОм, включенным последовательно с резистором R6, входное напряжение U2B должен быть установлено на несколько милливольт ниже напряжения положительного порога VT+ (см. [1]). Обратите внимание, что после того, как этот генератор остановлен, конденсатору C4 требуется некоторое время, чтобы напряжение на нем снова достигло фиксированного значения, установленного подстроечным резистором. Это время может варьироваться в зависимости от напряжения на конденсаторе в момент отключения генератора. Если при отключении напряжение конденсатора было равно VT–, на восстановление потребуется время TR, равное
 | (8) |
Это время определяет паузу, которую нужно выдержать, прежде чем подать на кнопку следующий импульс. Частоту генератора устанавливают конденсатором C4 и резистором R5 в соответствии с требуемым разрешением счетчика и необходимой точностью отображения. Для регулировки этой частоты к резистору R5 можно добавить последовательный потенциометр.
Эта схему можно изменить так, чтобы она перезапускалась сама. Для этого надо создать обратную связь от импульса сброса к входу кнопки, но с использованием другого детектора фронта, срабатывающего по спаду импульса. Этот детектор фронта должен подавать на вход запуска импульс низкого уровня с минимальной длительностью, равной 1 мкс. Резистор RP не потребуется. Имейте в виду, что при автоматическом перезапуске содержимое внешнего счетчика будет непрерывно изменяться со скоростью, определяемой формулой (3). Показания дисплея должны обновляться в пределах от одного до четырех раз в секунду; в противном случае он будет мерцать.
Чтобы температурная погрешность не превышала 1%, рекомендуется использовать металлопленочные резисторы с допуском 1%. Что касается конденсаторов, то они должны быть лавсановыми или полистирольными, чтобы их емкости минимально зависели от температуры. Кроме того, должен быть низким температурный коэффициент сопротивления подстроечного резистора R5.