《 电容测量电路 》课程设计报告Word文档下载推荐.docx

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吴悦

1009131074

题目分析，电路设计及资料整理

胡勇

1009131024

资料收集及摘要说明

肖梦奇

1009131078

资料整理及电子文档

方克文

1009131016

资料收集及总结

徐磊

1009131080

元件参数及电路调试

吴冬冬

1009131070

电路仿真

卢大卫

1009131044

方案设计及调试

付文涛

1009131020

电路设计及绘图

设计目的

1、学习电容测量电路的设计方法；

2、研究电容测量电路的设计方案。

设计要求

（1）设计一个五量程的电容测量电路；

（2）拟定设计步骤；

（3）根据设计要求和技术指标设计电路，选好元件及参数；

（4）要求绘出原理图；

（5）撰写设计报告。

第一章:

摘要…………………………………………………………………………4

第二章:

题目分析和设计构思………………………………………………………5

2.1题目分析…………………………………………………………………………5

2.2设计构思…………………………………………………………………………5

第三章:

测量电路原理………………………………………………………………5

3.1工作原理…………………………………………………………………………5

第四章:

硬件电路设计………………………………………………………………6

4.1了解功能…………………………………………………………………………6

4.2化整为零…………………………………………………………………………7

4.3功能分析…………………………………………………………………………7

4.4统观整体………………………………………………………………………11

第五章:

元件参数…………………………………………………………………12

第六章:

调试………………………………………………………………………12

6.1仿真截图………………………………………………………………………12

第七章:

课程设计心得体会………………………………………………………15

附录一：

参考文献…………………………………………………………………16

摘要

五量程电容测量电路是以集成运放为核心器件可将其分解为四个部分。

可分解为文氏桥振荡电路、反相比例运算电路、C/ACV电路、有源滤波电路。

该电路是利用容抗法测量电容量的。

起基本设计思想是：

将400Hz的正弦波信号作用于被测电容Cx,利用所产生的容抗Xc实现C/ACV转换，将Xc转换为交流电压；

再通过测量交流电压来获得Cx的电容量。

本课题小组通过小组分工到图书馆、网上查找课题参数资料；

了解电容测量电路应用及其工作原理，运用Multisim仿真软件绘制电路图并进行仿真实验；

分析仿真实验数据和记录课题实验过程；

制作打印课题实验报告。

综上所述，在测量电容量时，文氏桥振荡电路所产生400Hz正弦波电压，经过反相比例运算电路作为缓冲电路，作用于被测电容Cx；

通过C/ACV转换电路将Cx转换为交流电压信号，再经二阶带通滤波电路滤掉其他频率的干扰，输出是幅值与Cx成比例的400Hz正弦波电压。

电容测量电路的输出电压作为AC/DC转换电路的输入信号，转换为直流电压；

再由A/D转换电路转换为数字信号，并驱动液晶显示器，显示出被测电容的容量值。

电路有如下特点：

（1）在C\ACV转换电路中，电容挡愈大，反馈电阻值愈小，使得各挡转换系数的最大数值均相等，从而限制了整个电路的最大输出电压幅值，也就限制了A\D转换电路的最大输入电压，其值为200mV；

（2）电路中所有集成运放的输入均为交流信号，因而其温漂不会影响电路的测量精度，也就需要对电容挡手动调零。

电路中仅有一个电位器Rw1用于校准电容挡，一般一经调好就不再变动。

（3）二极管D9和D10用于A2输出电压的限幅，二极管D11和D12用于限制A3净输入电压幅值，以保护运放。

此外，尽管电容挡不允许带电测量，但是若发生误操作，则二极管可为被测电容提供放电回路，从而在一定程度上保护壳测量电路。

重点：

电容测量电路；

Multisim仿真软件。

第二章：

题目分析和设计构思

2.1题目分析

电容测量电路的设计是为了方便准确的测量电容性能。

以便我们检验电容，当我们需要一个特定的电容时，这是我们就用我们设计的电路来测量它以便于我们选择。

另外它还有一个作用，它可以检验电容的好坏，对于我们对电容的判断和选用有重要意义。

2.2设计构思

对于电容的测量，我们要有一个概括的了解，一般应借助于专门的测试仪器，通常用电桥，而用万用表仅能粗略地检查一下电容是否失效或漏电情况。

在直流稳压电源下，由文氏电路产生信号，使电容测量和有源微分电路工作，然后就可以知道电容量大小。

2.3整体构思：

整体构思对于电容的测量，我们要有一个概括的了解，一般应借助于专门的测试仪器，通常用电桥，而用万用表仅能粗略地检查一下电容是否失效或漏电情况。

在直流稳压电源下，由文氏电路产生信号，使电容测量和有源微分电路工作，然后就可以知道电容量大小。

测量电路原理

3.1工作原理：

本电路由文氏桥振荡电路、反向比例运算电路、C/ACV转换电路、带通滤波器四个部分组成。

由文氏桥振荡电路输出固定频率的正弦波，经过反向比例运算电路作为缓冲电路，作用于被测电容Cx，通过C/ACV电路转换交流电压信号，再通过带通滤波器输出固定频率的交流信号，因此输出交流电压的幅值正比于电容Cx容量。

第四章：

硬件电路设计

图示的电路图为五量程测量电路，其输出电压通过AC/DC（交流转直流）转换器和A/D（模拟换数字）转换器，驱动液晶显示器，即获得测量值，方框图如图2，其中AC/DC转换器、A/D转换器和液晶显示器是DT890C+数字多用表中的公用电路。

对图1的解析。

4.1了解功能

在DT890+型数字多用表中，是利用容抗法测量电路。

基本思想是：

将400HZ的正弦波信号作用于被测电容C实现C/ACV转换，将Xc转换为交流电压；

测量范围分为2nF，20nF,200nF,2μF,20F五档，测量准确度为±

2.5%。

分辨率取决于A/D转换器的位数，当采用TSC106时，最高分辨率为1pF。

五量程电容测量电路

电容测量电路及其输出电压转换电路方框图

4.2化整为零

观察图所示电路，以集成运放为核心器件可将其分解为四个部分，A1,C8,C9,R11,R12,R13,R14组成文氏桥振荡电路；

A2和R65，R15，Rw1组成反向比例运算电路；

A2的输出电压在被测电容Cx上产生电流，通过A3及其有关元件组成的电路将电容量转换成交流电压，故组成C/ACV电路；

A4和R17，R18，R19，C10，C11组成有源滤波电路，根据整个电路的功能，该滤波电路应只允许400Hz正弦波信号通过，而滤掉其他频率的干扰，故为带通滤波电路。

4.3功能分析

4.3.1文氏桥振荡电路

振荡频率的表达式

4.3.2反向比例运算电路

比例系数为Au=--（R4+Rw）/R3

式中Rw为电容档的较准电位器，调节Rw可以改变比例系数。

该电路还起缓冲作用，隔离振荡电路和被测电容。

4.3.3C/ACV转换电路

电路的输入电抗为被测电容的容抗，即

当电容量程不同时，电容的反馈电阻Rf将不同，转换关系也将不同。

不同量程时C/ACV转换电路的反馈电阻Rf

电容量程

Rf表达式

Rf值

2n

R5+R9+R8+R7+R6

1MΩ

20n

R5+R9+R8+R7

100KΩ

200n

R5+R9+R8

10KΩ

2u

R5+R9

1KΩ

20u

R5

100Ω

从表中可以看出，电容量每增大10倍，反馈电阻阻值减小10倍。

因此，不难发现，在各电容挡，电路的转换系数的最大数值均相等，也就限制了A/D转换电路的最大输入电压。

当400Hz正弦波信号Uo2幅值一定时，电容档确定，因而Uo3与被测电容容量Cx成正比。

4.3.4有源滤波电路

从测量的需要出发，该电路应为带通滤波电路。

为了便于识别电路，将其变成一个多路反馈无限增益电路。

经推导可得中心频率为

有源滤波电路只允许U03中400Hz信号通过，而滤去其他频率的干扰。

可见，输出电压U04是幅值与被测电容Cx容量成正比关系的400Hz交流电压。

4.4统观整体

根据上述四个部分的关系，可得下图所示的方框图：

在测量电容量时，文氏桥振荡电路所产生400Hz正弦波电压，经过反相比例运算电路作为缓冲电路，作用于被测电容Cx；

电容测量电路的输出电压作为AC/DC转换电路的输入信号，转换为直流电压；

第五章：

元件参数

运放

参数

电阻

电容

二极管

A1

TL062

R

39.2KΩ

R8

9KΩ

C

0.01uf

D1

1N4148

A2

R1

1.91KΩ

R9

900Ω

C1

D2

A3

LM358

R2

4.11KΩ

R10

76.8KΩ

C2

D3

A4

R3

R11

11KΩ

D4

R4

R12

167KΩ

Rw

（0-200）Ω

R6

900KΩ

R7

90KΩ

第六章：

仿真

6.1仿真截图

U0

Uo1

U02

U03

第七章：

课程设计心得及体会

本次课程设计,我通过图书与网上的关于此课题的资料，经过整理筛选后，取其中我需要的，建立了一个大概的模型，然后通过这个学期所学的模电知识逐步扩展,形成了这个网络，由于毕竟学的知识不深,时间比较紧迫，难免会有漏洞。

通过这次课程设计，我觉得它很好的把这学期所学的知识，有效的整合了起来，对所学的指导的初步应用有了大概的了解，这对于以后的工作有很大的帮助。

1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

2、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

3、平