简易电容测试电路(经典)详解

VCC R4 34 10K _LIN Key = C R5 1k A2 50%
RST DIS THR TRI VCC OUT
VCC
5V
35R10 10k
33 2 C4 10nF
CON GND
555_VIRTUAL
R11 10k
C5 100nF 0
单稳态电路
译码数码管显 示
多谐振荡器
提供合适的基
准电压
单元电路设计及说明（电容数字测量仪基本原理）
在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进 行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱 动电路。本实验是自激多谐振荡器，它是不 需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类 是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需 要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽 度的矩形脉冲波；有施密特触发器(整形电 路)，它对外加输入的正弦波等波形进行整 形，使电路输出矩形脉冲波。
23 25 26 27 28 29 30
13 12 11 10 9 15 14
OA OB OC OD OE OF OG
U6 VCC
4511BD_5V
4511BD_5V
~EL ~BI ~LT
~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
13 12 11 10 9 15 14
U7 VCC 5V
闸门电路：NE555构成的单稳态电路 （触发时间为一秒）
右图是人工启动单稳， 定时电阻定时电容位 置分别为图中的Rt和 Ct，也就是电路的结 构特点是：“RT6.2-CT”。
以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路 工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）
vI t
0
vC
2VCC /3
0
t
vo t
DA DB DC DD
7 1 2 6
5 4 3
7 1 2 6
VCC 13 14 15 16 20 17 18 19
3 4 5 6
1A 1B 1C 1D
CP1
EN1 MR1
5V
2 7
1
2 7
EN1 MR1
VCC
12
0
连续触发电路：NE555电路组成的多 谐振荡器

连续触发电路：NE555电路组成的多谐 振荡器

根据电路图a，即T=0.7（R1+2R2） C1……………………………………….(2) (1)/(2)得到计数N，N=Tw/T=1.1RCx/0.7(R1+2R2)C。当Cx=1uF 时，计数N为Cx以uF为单位的倍数。而电路中出现的档位操作是用来调 节单稳态电路出现高电平的时间，也是切换电容的单位的操作。
THR
27 1
TRI CON GND
74LS00D C1 0.1uF-POL Cx
C3 10uF 0
555_VIRTUAL
1.0uF
系统组成框图
它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路 中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容 配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。第二个555定 时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放 电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形， 使其占空比q与C 成正比，显然经过衰减电路取出 合适的脉宽的直流电压Vo。然后由MC14433通过A/D 转换，同时由MC1403提供合适的基准电压，再通过 七段锁存译码驱动器CD4511译码和MC1413的达林顿 反向驱动从LED显示器上读出电容。
寡人猪八戒 制作
简易电容测试电路
要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值， 且可以换档操作。用两个数码管作为显示原件。测 试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值， 且响应时间不超过2秒。
方案论证
电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。 在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器 输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。当C上充 得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低 电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密 特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。如此往复 振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理， 最后送出显示信号通过LED显示。 本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡 器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换 成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成 数字量并显示，从而实现电容测量。
电容数字测量仪基本原理
在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时， 其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成 正比。如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频 率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲 的宽度成正比了。 电容测量的基本原理是：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器转换成数字量 进行显示。电容数字测量仪可由多种方法设计。如 由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器 等电路。
VCC 5V VCC
R2 50% 1K _LIN Key = A 39 R12 470 40 R8 R9 100k 1.0M 30
R1 10k
31 A1 J2
VCC RST DIS OUT
U1A 42 74LS00D 36 R3 41 1k J1 Key = B 0 32 U2B
计数单元：（双十进制BCD计数器） 显示电路：（CD4511驱动共阴数码管）
4511BCD—7段锁存 /译码/驱动器
4518双BCD码计数器 （十进制）
R6 1k 22Fra bibliotekR7 1k 24
CK
CA
U4
A B C D E F G A B C D E F G H
U5
37 36 35 34 33 32 31
电容数字测量仪基本原理
这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从 式(1)可以看到，当R固定时，改变电容c则输出脉 宽TW跟着改变，由Tw 的宽度可以求出电容的大小。 把单稳态触发器的输出电压V o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的平均值大小也就可以得到电容C的大小。 如果把这个Vo的平均值送到3 位A／D转换器，经显 示器显示的数据就是电容量的大小。由于单稳态触 发器的输出脉冲宽度Tw与电容C成正比，还可利用 数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准脉 冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数锁存-译码显示系统就可以得到电容量的数据。