简易数字式电容测量仪.ppt

简易数字式电容测量仪 答辩人：谭玉银 专 业：电子信息工程 学 号： 138326225 1.设计意义及要求 意义： 目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。 设计要求： （1） 被测电容的容量在1μF至100μF； （2）用2位数码管显示测量结果； （3）测量误差小于20%。 2.设计方案(用脉冲计数法来测量电容) 利用NE555电路的多谐振荡器和单稳态电路来测量。本方案采用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度TX 严格CX 成正比。 只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示。如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N 便是CX 的大小。 2.1时钟脉冲发生器 由于电容测试仪对精度要求不高，因此时钟脉冲发生器可以用555定时器和RC定时元件组成。电路如图所示。其振荡周期可以用以下式子计算： T=0.7(R1+2R2)C1 由此可知，调整R1、R2和C1的参数 可改变时钟脉冲的周期，控制端CO对 接地的电容0.01uF用以消除干扰，电 位器RW用以调节555定时器内部两个 电压比较器的基准电压，可用于微调 振荡频率。 2.2单稳态触发器 其工作原理如下： 测量控制电路由R8、C3、S1和或门组成，主要用于提供单稳态触发器的负触发脉冲。未加触发信号时，单稳态触发器处于稳定状态，OUT1端输出低电平，使RD2端为低电平，多谐振荡器停止振荡。这时或门G1输入A点为高电平，单稳态触发器的触发输入端TR1也为高电平，电容C3两端的电压为0伏。 当被测电容CX接入电路后，只要按一下测量开关S1，A点产生一个负尖脉冲，通过或门使触发输入端TR1产生负跳变，单稳态触发器进入暂稳态状态，这时输出OUT1端低电平正跳跃到高电平，其一方面通过C4、R9组成的微分电路及二极管VD输出的正尖脉冲使其计数器清零，同时使RD2为高电平，多谐振荡器开始振荡，输出端OUT2输出的时钟脉冲送入计数器进行计数。在单稳态触发器进入暂稳态期间，VDD经R4对被测电容CX进行充电。当暂稳态结束时，输出OUT1端由高电平负跃到低电平，RD2为低电平，RD2为低电平，多谐振荡器停止振荡，计数器停止工作。暂稳态维持的时间就是单稳态触发器输出的脉冲宽度Tw，可用下式进行计算： Tw=1.1R4CX 由上式可以看出：单稳态触发器输出脉冲宽度TW时间内测得的时钟脉冲个数与被测电容CX的容量大小成正比。 2.2单稳态触发器 2.3计数、译码和显示电路 2.4总电路 3.电路测试与调整 按照整机电路图接好电路，检查无误后即可通电调试。计数、锁存、译码和显示电路只要连接正确，一般都能正常工作，不用调整。 主要调试时钟脉冲发生器和控制器．首先调试时钟脉冲发生器，使其振荡频率复合设计要求．用频率计检测电路的输出端，最好用示波器监测波形．调整 电位器，使输出脉冲频率约为50HZ，占空比为0。 接着调试控制器．将一个10uF的标准电容接到测试端，按一下开关s，使单稳态电路产生一个控制脉冲，其脉宽Tx=1．1RCx，它控制与门使时钟脉冲通过并开始计时．如果显示器显示的数字不是10，则说明时钟脉冲的频率仍不符合要求，可以调节R3再重复上述步骤，经多次调整直到符合要求为止。 * * *