数字电容测试仪课程设计报告

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1、 数字电容测试仪 第 1 页 1 绪论 1.1 选题背景 电阻、电容、电感是电工领域中最基本的物理量。对于从事电气技术的工作者、生 产人员，电容测量仪是不可缺少的常用仪表。任何一种仪器、仪表在保证一定的技术指 标的前提下，结构简单、使用方便、工作可靠、价格低廉是评价其优劣的一项综合指标。 各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称 其为电容，用字母 C 表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器” 。尽管电容器品 种繁多， 但它们的基本结构和原理是相同的。 两片相距很近的金属中间被某物质 （固体、 气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质

2、叫做介质。 电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解 电容和瓷片电容。 由于电容元件本身的储能特性，因此它被广泛地应用于整流，滤波，耦合，振荡等 电路中，几乎成为现代整机产品中不可或缺的分立元器件。因此，无论是对电容生产厂 商或整机设计维修工程师来讲，通过电容测量仪准确地了解电容元件的参数特性都非常 有必要，尤其是模拟电路和射频电路设计工程师。 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。 1.2 设计要求 1.2.1 基本部分 (1) 被测电容的容量在 0.01F 至 100F

3、 范围内。 (2) 设计测量量程。 (3) 用 3 位数码管显示测量结果，测量误差小于 20%。 1.2.2 发挥部分（选做） (1) 另增一个测量量程，使被测电容的容量扩大到 100PF 至 100F 范围内。 (2) 测量误差小于 10%。 数字电容测试仪 第 2 页 2 系统概述 2.1 方案的选择及可行性分析 数字式电容测量仪的作用是以十进制数码的方式来显示被测电容的大小，从而判断 电容器质量的优劣及电容参数。由给出的指标设计，它的设计要点可分为俩部分：一部 分是数码管显示，另一部分就是要将 Cx值进行转换。 能满足上述设计功能的方案很多，我们共总结出下面四种参考方案： 方案一：把电容

4、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。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。由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适 用的测量范围很窄。 方案三：像测量 R 一样，测量电容 C 的最经典方法是电桥法，如图 2.1 所示。只是电容 C 要用交流电桥测量。电桥的平衡条件是： Z1*Zn*expj（1+n）