数显电容测试仪,各单元电路工作原理详解.doc

各部分电路详解3.1.1 容量测量原理要用数字电路来测量电容的容量可以把容量转换成相对应脉冲宽度，次脉冲用来控制一个电子开关，让固定频率的脉冲通过电子开关送往显示电路，即可达到测量显示的目的。如测量一个1pF的电容，将电容接入一个单稳态电路（如图3-2所示），此为NE555的典型应用。此电路的暂稳态时间即脉宽T=1.191010310-12=1.00110-6=1S基准频率取1MHz，其周期也是1S，也就是说1S的暂稳态时间即脉宽控制的电子开关能通过一个脉冲到达显示电路，即显示1pF。电子开关的开启由基准脉冲控制。测量其它量程电容容量的方法以此类推，只是测量电阻不同而已。本表分为三个量程，即第一档0pF99999pF，第二档0.001F99.999F，第三档0.1F9999.9F。3.2 电源电路电源电路给控制电路及其它电路提供电源，电源设计是电路设计很重要关节，它的稳定与否涉及到电路否能稳定工作。由于本系统所用的一系列芯片的电源都是直流电源，而现实中用的都是交流电，故要把交流电整流成直流电，本设计运用的是桥式整流法把交流电整流成直流电，用LM7812实现稳压输出，从而满足系统的要求。系统所用直流电源由三端集成稳压器LM7812组成的串联型直流稳压电源提供，如图3-4所示：设计中选用了LM7812三端集成稳压器，提供+12直流电压，输出功率为15W。在整流之后采用了大容量的电解电容进行滤波，以减小输出电压纹波。但由于电解电容器在高频下工作存在电感特性，对于来自电源侧的高频干扰不能抑制,因此在整流电路后加入高频电容，可以进一步改善纹波。这些电容应选用频率特性好的陶瓷电容或炭电容。通过电容滤波可以提高稳压器的稳定性和改变瞬态响应。稳压器的容量和调整范围留有充足的裕量。稳压器的输入电压应比输出电压大一些，取大于等于3V，由多抽头变压器T提供。三端稳压器全都加上了散热器，以增强工作的稳定性。3.3 测量电路测量电路是由、及周围电路组成。是MC14060，其10、11脚的内部电路和外面的阻容元件及晶振组成振荡电路，从9脚输出稳定的1MHz稳定的基准脉冲，送到电子开关的输入端，经电子开关的控制再送入显示电路，另一路经MC14060本身分频后，再经即MC14040分频和选择，（选择的频率越低，两次测量的间隔时间越长，4脚约为8秒，2脚约为4秒，3脚约为2秒，5脚约为1秒。）得到一频率极低的脉冲，此脉冲一路是作为显示电路的清零，另一路经RC微分后在脉冲的下降沿形成一负脉冲触发测量电路的工作。是时基集成电路NE555接成典型单稳电路，2脚由负脉冲触发后就把电路中的测量电阻对CX和（为效正电容）充电时间转换为相应的宽度脉冲从3脚输出，再用此脉冲去控制电子开关的开启时间，让相应数量的基准脉冲通过，送达显示电路进行计数、译码即可显示电容的容量。本电路中主要具有放大分频整形的功能，根据题目要求，放大电路由两个电路组成，一个是放大10MHz以上的信号;另一个是放大10MHz以下的信号。10MHz以上的信号从输入，先经过电容的隔离后在（uPC1651）中对其进行信号放大，再经过微波分频电路（AD829）进行100倍分频，从2脚输出的信号送入放大整形电路。 而10MHz以下的信号从输入，经电容隔离后送放大整形电路对其进行放大整形，而共同的放大器是由三级CMOS反相器（HEF4069UB）的13串联而成。放大倍数M/200倍，已经能让30mV以上的信号放大到限幅状态。而晶振频率的测量可以通过与的6脚组成一个振荡器，其振荡频率经选择后送入计数显示晶振的工作频率。整形电路是由的4-5和R29、R30组成施密特触发器，它能将模拟信号变成边沿陡直的方波脉冲，进功能转换开关送到计数电路，用CMOS反相器组成放大器具有输入阻抗高，功耗小，简单可靠，无需调试等特点。3.4量程及符号转换电路量程转换电路是由、和周围电路组成，是时基电路NE555接成单稳态电路，按一下轻触开关AN，3脚就输出一个脉冲；是分频计数集成电路MC14017，它接成三分频方式，三个脉冲循环一次，它对送来的脉冲计数分频，得电瞬间电路被清零，（集成电路的3脚）出现高电平，相应的继电器J1吸合，JK1导通把R32接入测量电路，同时也在控制的5脚为高电平。如这时也没有清零脉冲输出，那么的6脚也会是高电平，根据与门电路积得关系，的4脚会输出高电平，这时导通，通过二极管的编码后，单位电路显示pF字样。按一下AN后，MC14017的出现高电平，相应的继电器吸合，转到下一量程，单位电路显示F，数码管的第一个小数点也会被点亮，完成容量的显示。电子计数器的内部时间基准由石英晶体振荡器提供。测频时，标准时间信号经过放大整形和一系列分频，用做控制门电路的时基信号，时基信号经过门控电路形成门控信号。整个电路的工作方式是：在1位时，得电瞬时电路自动清零，3脚()为低电平，计数器被清零。的3脚输出的脉冲上升沿使的3脚变为高电平，如此时放大分频整形电路有信号输出，计数电路将开始记录脉冲个数，经输出两个脉冲后（每个脉冲周期是0.5秒）再输出的7个脉冲将使的7、10、1、5、6、9、11（-）分别出现高电平，这些脚经二极管-隔离后接在计数器的锁存控制端上，使计数器显示刚才记录的脉冲个数，完成一次测量。是防止计数电路在的-电平跳变时漏计待测脉冲个数。计数器的工作时间关系是：清零（0.5秒）计数（1秒）锁存（4.5秒）。在2位时，是方波信号输出与校正功能。的5脚将输出1024Hz的方波，经隔离后由CZ1输出信号。此信号的峰值电压是15V，但电流较小不能直接驱动扬声器，只能做信号源使用，此时计数电路显示的数字即为信号的频率数、以方便核对的振荡频率是否正好为32768Hz，如不是，调节使计数电路显示1024Hz，那的3脚就能输出精确的2Hz脉冲。即完成校正功能。在3位是测量晶振的功能。此时插在上的待测晶振与的6脚组成振荡器，其振荡频率经选择后送计数电路显示晶振的工作频率。此振荡器在1000KHz10MHz均能起振，对测量两脚、三脚的晶振非常方便。3.5 计数显示电路显示电路是由、数码管及电阻电容组成。、是MC14543，其功能是把8421码转换成七段显示的十进制码，驱动共阴极数码管。其5、3、2、4脚是8421码A、B、C、D的输入端，9至15脚七段数码ag的输出端。、是MC14553它是一片三位8421码计数器，利用分时控制可以使用一只译码器显示三位数字，其9、7、6、5脚是8421码A、B、C、D的输出端，1、2、15脚是三位数码显示的扫描输出端，12脚是脉冲输入端，14脚是溢出端3、4脚是外接振荡电容端。（各集成电路的引脚功能详见下面介绍）数码管是共阴0.5寸红色5只、绿色两只。5只红的作为电容容量显示，2只绿的作单位显示，单位显示是指用数码管经二极管编码后显示（pF或者F），并控制小数点的点亮，连接方法见电路图（如图3-11）计数显示电路的工作过程为：当有脉冲输入后，的2脚、的10脚和的10脚的闸门信号同时开启，允许计数，并将计数值送入和的13脚来进行锁存，这里锁存的主要目的是由于人眼有一定的视觉暂留，在10ms之内，人眼无法察觉其变化。为了克服其不足，所以要采用对其数字进行锁存。当计数器对其数字计数后，要想送入显示器显示，先由直接控制进行显示，如果超过一定值，通过的5脚