电容测量电路

辽宁工业大学

电子技术基础课程设计（论文）

题目：电容测量电路

院（系）：电子与信息工程学院

专业班级：通信工程

学号： 110405043

学生姓名：张海鹏

指导教师：（签字）

起止时间：2012.07.02—2012.07.15

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程

摘要

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、A V/DC电路、有源滤波电路。该电路是利用容抗法测量电容量的。其基本设计思想是：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A V/DC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。

关键词：电容；文氏电桥电路；反比例运算电路；A V/DC电路；有缘滤波电路。

目录

第1章电容测量电路设计方案论证 (1)

1.1电容测量电路设计的应用意义 (1)

1.2电容测量电路设计的要求及技术指标 (1)

1.3总体设计方案论证 (1)

第2章电容测量电路各单元电路设计 (3)

2.1正弦波振荡电路 (3)

2.2反相比例运算电路 (4)

2.3AV/DC转换电路 (5)

2.4带通滤波电路 (6)

第3章电容测量电路整体电路设计 (7)

3.1整体电路及原理 (7)

3.2参数计算与选择 (8)

3.3电路的仿真结果 (9)

第4章设计总结 (10)

参考文献 (11)

附录 (12)

第1章电容测量电路设计方案论证

1.1电容测量电路设计的应用意义

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，这时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。

1.2电容测量电路设计的要求及技术指标

要求及技术指标：1.能用于测量电容量

2. 含有信号产生电路

3. 具有判断电容功能好坏的功能

4．设计电路需要的直流稳压源

1.3总体设计方案论证

一．方案论证

方案一：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。测量电路如图所示。

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两大小。

方案二：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AV/DC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。

因方案一无法测出电容数值，通过比较，本设计选用方案二。

二．总体设计方案框图

本电路由文氏桥振荡电路、反相比例运算电路、AV/DC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AV/DC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。

图1.3 总体设计方案框图

第2章 电容测量电路各单元电路设计

2.1 正弦波振荡电路

图2.1 正弦波振荡电路 振荡频率的表达式：

1

1121

C R f π=

≈ 406.0Hz （1）

反馈放大倍数：

3

4

31R R R A F +=

≈3.10＞3 （2）

2.2反相比例运算电路

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。

图2.2 反比例运算电路

2.3 AV/DC 转换电路

电路的输入电抗为被测电容的容抗，即

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。

X C fC

j C j X X

πω21

1==图2.3 AV/DC 转换电路

2.4 带通滤波电路

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。

11(121

19

1718100R R R C f +=

π图2.4 带通滤波电路

第3章电容测量电路整体电路设计

3.1整体电路及原理

图3.1 整体电路图

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；通过AV/DC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。（注：图中5vms，400Hz电源产生信号为代替正弦波振荡电路所产生的信号）