实验二十简易电容测量仪器的设计2017秋季学期

Ao
Ao / 2
fL
fH
通过的f0选择，把干扰频率滤去。所以A4只允许A3中频
率约为500Hz的频率通过。
实验内容
（4） C/ACV转换电路的调试
保持上述构建的电路，构建A3电路部分。
R9
CX
9
22k
Vo 2
10
A3
4
8
LM324
11
Vo 3
& V R AV 3 o 3 9 & 1 V X CX o2
R7
R8
R6
Vo1
22k
6
5
A2
4
7
LM324
11
Vo 2
R7 R8 A2 R6
实验内容
（3）带通滤波器电路的调试
单独构建A4部分带通滤波器电路，使用扫频仪测量电路的 频带及中心频率f0，与理论值进行比较。也可通过点频法测量 （利用函数信号发生器输入幅度一定频率变化的正弦信号）。 作出幅频特性曲线，即波特图。
R1
C1
3
2
4 A1 LM324
11
1
C2
R2
R5
Vo1
其产生的频率为： 1 f 0 2 RC 设计频率选择500Hz。 则， R R1 R2 32k C C1 C2 0.01 F
R4
D1
D2
R3
实验内容
（2）反相比例运算电路的调试
搭建原理图中的A2部分反相比例运算电路部分，再与上一 级A1部分连接上，调节电位器R8使输出的幅度Vo2=1V。
AV 3
& V o3 j 2 f 0 R9CX 2 f 0 R9CX & V
o2
实验原理—有源滤波电路
根据需求将有源滤波电路加入，能够滤除输入电压中间
夹杂的干扰频率，得到想要的电压频率。电路如下图所 示，其传输系数为 R R C
& V R10 R11 o AS & C C4 R R R CC V i 1 SR10 R11 3 S 2 10 11 12 3 4 R10 R11 R10 R11
C3 C4 0.01 F R10 75k , R11 10k , R12 115k
通过的f0选择，把干扰频率滤去。所以A4只允许A3中频
率约为500Hz的频率通过。
实验内容
（1）文氏电桥电路的调试
逐步构建单元电路，先搭建原理图中的A1部分文氏电桥电路，用 示波器观察输出信号，通过示波器读出波形的频率和幅值，与通过计 算的理论值进行比较。
4
8
LM324
11
Vo 3
实验原理—C/ACV转换电路（续）
转换系数为：
& V R9 o3 AV 3 & 1 Vo 2 X CX R9 j 2 f 0C X j 2 f 0 R9C X
其中R9可根据被测电容的不同值来选择不同档位的电阻来
测量。当Vo2的幅值一定的时候，Vo3与被测电容量Cx成正 比。这样，电容量就转换成电压量，可以通过计算得出被 测电容的值了。
实验二十
简易电容测量仪的设计
实验目的
1
掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤， 培养综合设计与调试能力。 掌握电容测量仪的原理及设计方法。 学会电容测量仪性能指标测试方法。
2
3
设计思想
容抗法测量电容量 其基本设计思想是，将某一频率的正弦波信号 作用于被测电容Cx ，通过C/ACV转换电路，将被 测电容Cx转换为交流电压信号，再经过带通滤波器 滤去干扰频率，最后通过测量交流电压的输出幅度 来获得被测电容Cx的电容量。
Vo1
C2
11
R2
R5
D1
D2
R3
实验原理—反向比例运算电路
为了隔离振荡电路与被测电容，这里设计了反向比例运算
电路作为缓冲电路。电路如下图所示，可得到其比例系数 如下： R7 R8 A2 R6 R7 上式中R 为电位器，可
8
以调节阻值的大小来改 变比例系数，稳定Vo2输 出的波形，一般波形稳 定后就不再调动R8了。
被测电容 正弦波 振荡器 反相比例 运算电路 C/ACV转 换电路 带通滤 波器
CX
Vo
实验原理—文氏桥振荡电路
文氏桥振荡电路是最常见及最典型的RC桥式正弦波振
荡电路，其主要由三部分构成：RC串并联选频网络， 运算放大器及反馈网络。
R1
C1
其产生的频率为：
1
3
2
A1
R4
4
LM324
1 f 0 2 RC
Vo1
R8
R6
22k
6
5
A2
47LM32411Vo 2实验原理—C/ACV转换电路
此电路是有源RC反相微分电路，Cx为被测电容，R9为反
馈电阻。 电路输入的电抗便为被测电容的容抗，公式如 下： 1 1 X CX jCX j 2 f 0CX
R9
CX
9
22k
Vo 2
10
A3
选取一些合适的电容值进行测量，并将测量值与标称值
C4
S
10
12
3
R12
R11 R10
C3
13
12
A4
4
14
LM324
11
Vo 4
实验原理—有源滤波电路（续）
由此可知，中心频率为
1 f0 2 1 1 1 ( ) R12C3C4 R10 R11
由于前面波形发生电路我们调整的中心频率在500Hz，为
达到理想的滤波效果，我们要将带通滤波器的中心频率设 定在500Hz，应该设计参数如下：
R9 j 2 f 0C X
j 2 f 0 R9C X
实验内容
（5） 总调试
将上述的电路进行系统联接，整个电路的输出端用毫伏
表进行测量。
在被测电容Cx的插口位置接入0.1F ，电容为标称电容
（假设0.1F 的电容为标称值，其等级高于要测量的电 容），调整电位器R9，使毫伏表指针指在100mV。即表 头的现实单位为F 。 进行比较。
C4
R12
R11 R10
1 f0 2
1 1 1 ( ) R12C3C4 R10 R11
C3
13
12
A4
4
14
LM324
取，C3 C4 0.01 F
Vo 4
R10 75k , R12 115k
R11 10k
11
实验内容
有源带通滤波器的幅频特性曲线
设计任务
根据题目所给的要求设计一个电容测量装置，能 够借用万用表，示波器与直流稳压装置来准确地 测量一定范围内的电容值。
设计要求
选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。包括：计
算电路元件参数、选择元件、画出总体电路原理图； 装配、调试，按规定格式写出设计报告书。
实验原理
先通过文氏桥电路自激振荡产生一个频率一定的正弦波， 再通过反向比例电路来减小正弦波的幅值，然后经过被测电 容再过一个有源滤波电路，将开始文氏桥电路产生的正弦波 信号从干扰信号滤出来，得到电压幅值是与被测电容Cx容量 成正比关系的一定频率的交流电压，根据换算就可以算得电 容的值。设计原理框图如下图所示。