电容测量电路实训报告

8
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；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。
X CX

1 jCX

1 j2fCX
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。
电容量程
2n 20n 200n 2u 20u
不同量程时 C/ACV 转换电路的反馈电阻 Rf
Rf 表达式
Rf 值
R5+R9+R8+R7+R6
1MΩ
R5+R9+R8+R7
100KΩ
R5+R9+R8
9
第五章：元件参数
运放 A62 R TL062 R1 LM358 R2 LM358 R3
R4 R5 R6 R7
参数 电阻
39.2KΩ R8 1.91KΩ R9 4.11KΩ R10 10KΩ R11 100Ω R12 100Ω Rw 900KΩ 90KΩ
参数
电容
4
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。
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。
9KΩ
C
900Ω C1
76.8KΩ C2
11KΩ
167KΩ
(0-200)Ω
参数
0.01uf 0.01uf 0.01uf
二极管 参数
D1
1N4148
D2
1N4148
D3
1N4148
D4
1N4148
6.1 仿真截图
第六章：仿真
10
U0
Uo1
11
U02
U03
12
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、 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解 了。而且还可以记住很多东西。 比如一些电路的原理，平时看课本，这次看了， 下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践 是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之前 的课程设计对我们的作用是非常大的。 4、经过五天的实习，从查找资料的过程中，在共同协作的努力时，我感受很深， 学到了在书本中学不到的知识，也认识到自己存在哪些方面的欠缺。在此期间我 们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心 情，点点滴滴无不令我回味无长。我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需
1
第一章: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。
13
要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导 致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个 人都知道，否则一个人的错误就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习 成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝 贵的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知 识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结 论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计 的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会 遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所 学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 5、这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在 老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的 知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次 表示忠心的感谢！
3
文氏桥 振荡电路
反向比例 运算电路
C/ACV
Cx
转换电路
带通 Uo
滤波器
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。
10KΩ
R5+R9
1KΩ
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。
（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。
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。
第三章: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。
4.3 功能分析 4.3.1 文氏桥振荡电路
5
振荡频率的表达式
f0 2
1 R11R12C8C9
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。
6
4.3.3 C/ACV 转换电路 电路的输入电抗为被测电容的容抗，即
7
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
f0

1 2C10
1 (1 1) R18 R17 R19
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。
4.1 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；再通 过测量交流电压来获得 Cx 的电容量。
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。