简单的电容测量仪设计

电子技术课程设计评分标准

电子技术课程设计

任务书

设计题目：电容测量仪

学生姓名：学号：专业班级： 09自动化

一、设计条件

1．可选元件

（1）双运放芯片（），二极晶体管；

（2）电阻、电容、电位器等；

（3）引脚插座，排针。

2．可用仪器

万用表，示波器，直流稳压电源。

二、设计任务及要求

1．设计任务

根据电路技术要求的指标，制作一个简易电容测量装置，完成选题电路的设计、装

配、焊接与调试。

2．设计要求

（1）电容测量的范围：1uf~1000uf，100nf~1uf；

（2）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；

（3）用软件仿真整体或部分核心实验电路，得出适当结果；

（4）装配、调试作品，按规定格式写出课程设计报告书。

三、时间安排

1．第9周：布置设计任务，讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求，完成选题。

2．第10～14周：完成资料查阅、作品设计、模拟仿真，领取元件、实际制作。

3．第15～16周：制作并调试设计作品。

4．第17周：作品检查、评价、验收，撰写设计报告。

5．第18周：抽选作品答辩，提交设计报告。

指导教师签名：年月日

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1 绪论 (1)

2 需求分析 (1)

2.1 设计任务及要求 (1)

2.1.1 设计任务 (1)

2.1.2 设计要求 (1)

2.2 设计思想 (1)

3 设计方案 (1)

3.1 方案论证 (1)

3.1.1 文氏桥振荡电路 (2)

3.1.2 反向比例运算电路 (3)

3.1.3 C/ACV转换电路 (3)

3.1.4 有源滤波电路 (4)

3.2 工作原理 (5)

4 电路详细设计 (5)

4.1 文氏桥振荡电路分析 (5)

4.2 反向比例运算以及C/ACV转换电路分析 (6)

4.3 有源滤波电路分析 (7)

5 实验结果 (7)

5.1 文氏桥振荡实验 (7)

5.2 反向比例电路实验 (8)

5.3 有源滤波实验 (8)

5.4 结果分析 (9)

5.4.1 文氏桥振荡以及反向比例运算电路分析 (9)

5.4.2 有源滤波以及C/ACV电路分析 (9)

6 结论 (10)

6.1 设计成果 (10)

6.2 设计特点 (10)

6.3 存在问题及改进方法 (10)

参考文献 (10)

致谢 (10)

附录A 电路全图 (11)

附录B 元器件清单 (11)

题目

摘要

本文主要通过用容抗法来完成一个电路对电容值的测量。根据参考文献可以得出其基本设计思想是：将一个频率一定的正弦波信号作用于被测电容C x，利用所产生的容抗X c实现C/ACA转换，将X c转换为交流电压；再通过测量交流电压的值来获得C x的电容量。利用此方法测量范围可自己来调节，可以测量从100nf~1uf，1uf~1000uf的电容值，得到最后输出的正弦波来算得电容C x的值，且测量结果较为准确。

关键词

电容测量电路；文氏桥振荡电路；反向比例运算电路；C/ACV转换电路；有源滤波电路。

1 绪论

储存电荷的容器，是我们在实验中常见的元器件。它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的。绝缘材料不同，可制成各种各样的电容。：云母、瓷介、纸介，电解电容等。在构造上，又分为固定电容和可变电容。容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有隔直流作用。电容对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容对不同频率的交流电呈现不同的容抗。电容不像电阻那样容易测量其值的大小，有些时候我们就希望通过某种仪器来测量的值。

目前测量电容的几种基本方法有：1、电容式传感器测量；2、振荡频率法；3、电抗电桥测量；4、恒流充电振荡法等，本设计采用容抗法测量电容值。本设计电路图简单，清晰明了且元器件容易得到。

2 需求分析

2.1 设计任务及要求

2.1.1 设计任务

根据题目说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。

2.1.2 设计要求

根据题目的要求采用直流稳压源供电，运用运算放大器、晶体管。电位器电阻等元器件设计电路装置测量100nf~1000uf的电容值。

2.2 设计思想

在电路中接入待测电容，将电容所产生的电流量转化为电压量，再根据容抗法和最后电路输出的正弦电压计算出电容值。

3 设计方案

采用容抗法将正弦波信号作用与被测电容利用所产生的容抗Xc实现C/ACV转换，将Xc 转换为交流电压来获得Cx的电容量。

3.1 方案论证

本设计先通过一个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，将最先产生的正弦波信号从干扰信号滤出来，得到电压u o4是幅值与被测电容Cx容量称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。

方案图如3-1所示：

图3-1 方案框图

3.1.1 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。

其产生的频率为：

3

5111021

C C R R fo π=

电路如图3-2所示：