多功能测电笔的制作与原理

简介：

电工用的普通测电笔又称为验电笔、试电笔，有螺丝刀式和钢笔式两种外形，其结构如图1所示。测电笔是用来测试电线、用电器以及其他电气设备等是否带电的一种最常用的简单工具。

图1 普通测电笔结构图

测电笔的工作原理如图2所示。当使用者手持测电笔触及带电体时，就在带电体与大地（包括人体）之间形成了一条通路，电流I经电阻器、氖管到地（人体）。由于氖管的阻抗极高，电阻器的阻值也达兆欧级， 因此电流I极小，对人体是安全的，带电体的电压基本上都降落在电阻器和氖管上。当带电体存在60V以上电压时，氖管两端的电压超过其启辉电压，氖管发光，指示被测物体带电。通常一般测电笔可以检测60一500V的电压。

图2 测电笔工作原理图

读者按本部分介绍的方法操作，可以将传统的氖管测电笔改造升级为多功能测电笔，不但具有普通氖管测电笔所具备的一般验电功能，还具有隔着绝缘层测试导线通电与否，判断接地线与相线、 测线圈和电阻器等的通断，判断二极管的极性，估测小容量电容器的容量并判断其是否断路和短路，区别直流电的正极与负极等功能。

这种多功能测电笔不仅保留了普通氖管测电笔所具有的体积小巧、携带方便、使用简单等优点，而且还克服了以往的氖管测电笔发光亮度不够、在测量弱电或在强光下使用时很难看清氖泡亮灭的弊端， 使用起来显示醒目、灵敏度高、功能齐全，在室内和室外使用都较方便。

工作原理：

多功能测电笔的电路如图3所示。探测极无电流或感应信号输入时，晶体管VTl、VT2均截止，发光二极管LED不发光；当探测极有微弱电流输入或感应到电场信号时，由于晶体管VTl、VT2的高倍放大作用， 在晶体管VT2上产生了较大的集电极电流，从而推动发光二极管LED发光指示。

图3 多功能测电笔电路图

电路中，由于晶体管VTl的发射极输出电流直接作为晶体管VT2的基极电流，故由晶体管VTl、VT2构成的放大电路放大能力很强，电路的探测灵敏度也很高。R为人体保安电阻器，可防止人手在触摸时， 由探测极引入的36V（一般场所安全电压最大值）以上电压造成触电事故。

综上所述，多功能测电笔与普通测电笔的区别为：普通测电笔是直接利用检测到的微弱电信号启辉氖管发光的，发光亮度低是其“先天不足”；而多功能测电笔则是利用检测信号作为信号源， 经晶体三极管VTl、VT2高倍放大后，由专用电池G提供充足电能，驱动发光二极管LED发出明亮的指示光。由于晶体三极管VTl、VT2的放大作用，使得多功能测电笔的检测灵敏度也很高。不仅由探测极引入的微弱电信号能够可靠触动发光二极管LED发光， 而且探测极感应到的微弱电信号也能够触动发光二极管LED发光。后面介绍的隔着交流电线绝缘外皮等进行测电，就是利用了这一新功能。

元器件选择：

为了方便初学者易认易购，特给出本制作所用全部电子元器件实物外形，如图4所示。

图4 需要准备的元器件实物外形图

晶体管VTl、VT2均选用9014（集电极最大允许电流Icm=100mA，集电极最大允许功耗Pcm=310mW）或3DG8型硅NPN小功率晶体管，要求电流放大系数 β＞100。 LED用5mm×2mm方形普通红色发光二极管，用塑料外壳是黄色或白色、但发红光的高亮度发光二极管效果更佳

R为欲改造升级的氖管测电笔原有电阻器，不再另外选配

G采用两粒AG3（Φ7.9×3.6mm）或SR4l、XY—03型氧化银纽扣式电池串联而成，电压为3V。因整个电路平时耗电很少（实测小于luA），故不必设电源开关

制作与使用：

图5（a）所示为该多功能测电笔的印制电路板接线图，图5（b）所示为焊接好元器件的印制电路板实物照片。印制电路板可用刀刻法制作，实际尺寸为17mm×7mm。

图5 多功能测电笔印制电路板接线图

焊接时，按图5所示把发光二极管LED紧焊在印制电路板左边的铜箔面，把晶体管VTl、VT2的管脚均齐根弯成90°，插焊在印制电路板上，焊接后的多余部分应剪掉。应注意晶体管VTl的基极不要剪短， 将其引至发光二极管LED的顶端，稍弯一下以便和测电笔内原有的电阻器可靠接触；晶体管VT2的发射极也不要剪短，按图弯过后作为电池G的负极接线。另外，从电路板上晶体管VTl的集电极端焊一根稍硬些的塑料外皮电线， 取适当长度（约25mm），使它和电池G的正极扣在一起。

为了帮助读者顺利完成焊接，图6给出了已焊接好的印制电路板正面和背面照片，供焊接时对照参考。组装好的电子电路，其整体长度和体积与氖管测电笔内部的氖管相差无几，为下一步顺利改造普通氖管测电笔奠定了基础。

图6 已焊接好的印制电路板

多功能测电笔的装配按图7所示进行，图7（a）所示为内部结构剖面图，图7（b）所示为实物装配图。所用普通氖管测电笔既可以是螺丝刀式的，也可以是钢笔式的，能够放入图6所示的电子电路即可。 具体装配方法是打开欲改造的普通测电笔的后盖，取出弹簧、氖管（不再用），故人电路板和电池，注意使晶体三极管VTl的基极和测电笔内的电阻器R接触，并使电池G也接触良好，然后放人弹簧、拧上后盖，多功能测电笔便装配完成。 图8所示为制作好的两种多功能测电笔实物外形图。

图7 多功能测电笔装配图

图8 多功能测电笔实物外形图

制成的多功能测电笔，可采用“双手检测法”检验其是否工作正常。具体方法是按图9（a）所示，用两手分别接触多功能测电笔的探测极和尾部的手摸极，如果发光二极管LED亮，则表示测电笔工作正常；否则， 应检查各部件是否接触良好、焊接是否有错误、元器件是否有问题。还可采用“静电检测法”判断多功能测电笔的灵敏度，具体方法是按图9（b）所示，手持多功能测电笔（注意手指要接触手摸极），在干燥的化纤布料上来回摩擦探测极， 所产生的静电会使发光二极管LED闪亮。其亮度越高，说明多功能测电笔的测电灵敏度越高。

图9 检验多功能测电笔

图9（a）所示的“双手检测法”，是检验多功能测电笔工作是否正常的最基本、最有效的方法。每次使用多功能测电笔前，都应采用“双手检测法”检验多功能测电笔的性能。如果发现发光二极管LED亮度变暗， 应及时更换新的同规格氧化银纽扣式电池。

该多功能测电笔除可以像普通氖管测电笔一样使用外，还具有下列较典型的用途及使用方法。

（1）检测电灯泡、荧光灯管的灯丝是否烧断。家用普通磨砂玻璃或有色白炽灯、荧光灯管不能正常发光时，无法凭肉眼直接看清里面的灯丝（钨丝）是否已经被烧断，需通过万用表测试等方法才能作出判断。 但可按图10所示，一只手捏住白炽灯（或荧光灯）的其中一个电极端，另一只手持测电笔（注意手指要接触手摸极），通过探测极触及白炽灯（或荧光灯）的另一个电极端。如果测电笔内发光二极管亮，说明灯丝没有被烧断，被测白炽灯（或荧光灯）是好的； 如果测电笔内发光二极管不亮，说明被测白炽灯（或荧光灯）内部灯丝已经烧断，只能报废换新了。这种检测灯丝是否烧断的方法简便、快捷，在检修照明电路故障时很有用。

图10 检测电灯泡的灯丝是否烧断

（2）检测用电器外壳是否漏电。用电器的金属外壳必须与电源插头的两电极保持良好的绝缘，否则人体触及通电工作的用电器时，会发生触电事故。图ll所示为用测电笔检测电烙铁外壳是否漏电的方法。 一只手捏住电烙铁电源插头的电极，另一只手持测电笔（注意手指要接触手摸极），通过探测极触及电烙铁的金属外壳。如果测电笔内发光二极管不亮，说明电烙铁的金属外壳与内部电路之间的绝缘性能良好；如果测电笔内发光二极管亮， 说明电烙铁内部电路与金属外壳之间存在严重的漏电现象，必须在排除电烙铁故障后方可使用。其他用电器的检测方法与之相同。

图11 检测电烙铁外壳是否漏电

（3）检测电感器、变压器等线圈的通断。如图12所示，手持测电笔（注意手指要接触手模极），用测电笔的探测极触及电感器、变压器等线圈的一端。另一只手捏住线圈的另一端。如果测电笔内部发光二极管亮， 说明线圈是通的；如果测电笔内部发光二极管不亮，说明线圈内部已经开路。

图12 检测变压器线圈的通断

（4）判断二极管的极性。如图13所示，直接用手捏住二极管的一端，另一只手接触测电笔的手摸极，用探测极接触二极管的另一端。如果测电笔内部发光二极管发光，说明手捏一端是二极管的正极， 测电笔探测极接触的一端是负极；如果发光二极管不发光，说明情况正好相反。这里捏住二极管一端的手，相当于用指针式万用表欧姆挡判断二极管极性时的黑表笔，而测电笔的探测极相当于红表笔。掌握了这一规律，还可用测电笔判断电阻器是否开路， 以及晶体管、晶闸管等的极性等。具体方法读者可动脑、动手总结，这里不再赘述。由于用两手代替了平常测量常用的表笔，所以操作起来较万用表更方便。

图13 判断晶体二极管的极性

（5）估测小容量电容器。测电笔可粗略估计十几皮法到零点几微法的电容器，方法如图14所示。开始可看到测电笔内部发光二极管发光并逐渐熄灭的电容充电过程，通过观察发光亮度及所亮时间的长短， 来判断电容器容量的大小。容量越大，亮度越高，所亮时间越长，反之亦然。如果测电笔内部发光二极管长亮不灭，可判断为电容器内部击穿短路或漏电；如果测电笔内部发光二极管始终不亮，可短路一下电容器两脚（放电）或调换电容器引脚再测试， 如仍然不亮则可判断为电容器内部开路。由于测电笔电路的放大倍数非常高，用它测小电容器比使用万用表“R×lKΩ”挡还要灵敏。另外，电容器稍有漏电，测电笔内部发光二极管便会一直发光。但应注意，不能用测电笔测试电解电容器。

图14 估测小容量电容器

（6）区别直流电的正、负极。如果不清楚1．5—24V的直流电源或单个电池、电池组的输出端（线）的正、负极性，可按图15所示，直接用手捏住其中的一端，另一只手接触测电笔的手摸极，用探测极去接触另一端。 如果测电笔内部发光二极管发光，说明测电笔探测极接触的一端是正极，手捏的一端是负极；如果发光二极管不发光（1．5V时有微光），说明情况正好相反。用该方法还可判断低压（小于24V）直流电路中任意两点间的电压高低。具体方法读者可动脑、 动手总结，这里不再赘述。

图15 区别直流电的正、负极

（7）感应法测220V交流电。测电笔的探测极不用接触交流 电源的金属部分，只要如图l6所示，将探测极触及电线绝缘外皮、电器塑料外壳等，就可以通过观察测电笔内部发光二极管的亮灭与否，判断被测对象是否带电，甚至还能够分辨出单根通电的电线是相线（火线）还是地线（零线）。读者在摸索和总结出经验后， 利用该方法还可隔着电热毯的布层，顺着电热丝的走向移动测电笔的探测极，尽快查找到电热毯内部的断丝位置，以及隔着塑料外皮找出通电电线中的断点位置。

图16 感应法测220V交流电

（8）检测用电器是否接上保护接地线。对于金属外壳与供 电电路之间绝缘性能良好的用电器［可按前述方法（2）进行检测］，在接通220V交流电正常工作时，按图17所示测量金属外壳。如果测电笔内部发光二极管不发光，说明用电器的外壳接有良好的保护接地线（或接零线）；如果测电笔内部发光二极管发光， 说明用电器的外壳没有接上保护接地线，或者接线已经开路。为了确保人身安全，应按照要求给用电器的外壳接上良好的保护接地线。这里需要指出的是，在检测用电器的金属外壳时，测电笔内部发光二极管发光， 并不是用电器的外壳已经漏电带上了220V交流电，而是由于用电器的外壳没有接上地线，所产生的极微弱的感应电压使测电笔内部的发光二极管发出了亮光。同理，按图18所示，将测电笔的探测极插入220V三孔电源插座的保护接地线（或保护接零线）插孔内， 如果测电笔内部发光二极管不发光，说明保护接地线（或接零线）良好；如果发光二极管发光，说明插座的保护接地线插孔没有作用，可能是保护接地线已经开路，也可能是没有接上保护接地线。

图17 检测用电器是否接上保护接地线

图18 检测三孔电源插座是否接有保护接地线
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