数电课程设计电容测试仪报告书

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1、 1 一、摘要 电容器在电子线路中得到广泛的应用， 它的容量大小对电路的性能有重要的 影响，此次我的课程设计就是用数字显示方式对电容进行测量。 数字化测量仪 器较模拟仪器具有使用方便，测量精确等优点。本次课程设计是针对数字式电阻 测试仪的设计，介绍了数字式电阻测试仪的设计方案及其基本原理，并着重介绍 了数字式电容测试仪各单元电路的设计思路，原理及整体电路的的工作原理，控 制器件的工作情况。 大多数电容可以用万用表电阻档测量其充放电情况，以判断其好坏和估测其 大小。但是对于容量较小的电容，其充放电电流很小，万用表表针几乎看不出摆 动，所以无法检测。 小容量电容表可以解决这个问题。电路采用了两个

2、555 时基电路，分别构成 时钟电路和测量电路，构成级数、锁存、译码、显示电路，显示电容的值。 555 构成多谐振荡器和单稳态触发器，由被测电容控制单稳态触发器的高电 平时间，进而控制计数时间。 2 二、设计思路 本设计中用 555 振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的 CP 脉冲也就 是标准频率。同时把待测电容 C 转换成宽度为 tw 的矩形脉冲，转换的原理是单 稳态触发器的输出脉宽 tw 与电容 C 成正比。用这个宽度的矩形脉冲作为闸门信 号控制计数器计数，合理处理计数系统电路，可以使计数器的计数值即为被测电 容值。或者把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与” ，得到计数脉冲，该 计

3、数脉冲送计数锁存译码显示系统就可以得到电容量的数据。 外部旋钮控制 量程的选择，用计数器控制电路控制总量程。 想要实现待测电容的数字式测量， 最主要的是将待测电容相关的模拟信号转 换为数字信号。我们利用的是 555 单稳态触发器来实现这点。知道 555 单稳态触 发器能实现数模转换后， 最关键的就是将待测电阻容值的模拟信号以何种方式输 入到 555 单稳态触发器中。 根据测量原理的不同， 其输入方法有很多， 如直接法、 电桥法和充放电法。各种办法都有相应的优缺点，例如充放电法及直接法均需求 得被测样两端的电压与通过被测样的电流，利用欧姆定律从而得出被测的电容， 电桥法则是利用电桥两端电位的平衡

4、来得出被测样的电容。 其中利用直接法测得 的电容（如“ 摇表” ）存在读数不精确等明显的人为因素忧，在读数较大的情况 下尤其如此；利用充放电法测得的电容值偏大；而利用电桥法测量，则存在电桥 调节费时费力等不利因素。 下面列出两种方案进行分析： 方案一： 把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换成数字量显 示。 可由 555 集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，当单稳态触发 器输出电压的脉宽为：tw=RC 31.1RC。从式中可以看出，当固定时，改 变电容 C 则输出脉宽 tw 跟着改变，由 tw 的宽度就可以求出电容的 大小。 把单稳态触发器的输出电压 Vo 取平均值，由于电容量的不同，tw 的宽度也 不同，则 Vo 的平均值也不同，由 Vo 的平均值大小可以得到电容 C 的大小。 3 如果把平均值送到 A/D 转换器，经显示器显示的数据就是电容的大小。但是 我们对 A/D 转换器的掌握程度还不够充分，设计有一些困难。 方案二： 用阻抗法测 R、L、C 有两种实现方法：永恒流源供电，然后测元件电压；永恒 压源供电，然后测元件电流。由于很难实现理