电容测试仪课程设计VIP

电容测试仪课程设计一、内容概述在本实验中，用两个555芯片和一个324芯片设计了一个电容测试仪，该测试仪分为四个测量范围，可以测量1.0-10.0 uf的电容值。芯片324中的放大器构成集成电路模块。整个电路实现了通过数字电压表的DC齿轮直接读取电容值的功能。关键词：555芯片、324芯片、电容测试仪二。设计任务本课题要求用LM555设计一个测量电容的电路。电容器的电容值通过数字电压表的DC档直接显示。三。技术指标1.熟悉电路的工作原理。2.电容测量范围：1.0纳米至10.0纳米3.它可以逐步测量。4.电源电压在12V电源范围内选择。四.设计要求1.根据技术指标，通过分析计算，确定电路形式和元件参数。2.画出电路原理图。元件和电路图的标准化3.所设计的电路首先由计算机模拟。4.555计时电路通过参考手册获得设备参数。V.实验要求1.根据技术指标确定试验项目、试验方法和程序。2.确定实验中使用的仪器。3.制作一个表格来记录数据。4.完成实验。六、电路工作原理集成定时器555电路是一个数模混合的中型集成电路。输入信号从引脚6和引脚2输入，输出信号输出到引脚3。引脚4是复位端。当它为0，555并输出低电平时，引脚4通常开路或连接到Vcc。引脚5是控制电压端子。当它与输入电压外部连接时，也就是说，比较器的参考电平被改变，从而实现输出的另一种控制。当它不与外部电压相连时，通常与滤波电容相连，以消除外部干扰并确保参考电平的稳定性。当芯片中的三极管导通时，它将为连接到引脚7的电容提供低电阻放电路径。整个电路分为三部分：第一部分：555定时器构成一个多谐振荡器。5端口连接到一个10nf电容进行滤波。将端口6和端口2连接在一起，作为输入信号Vi的输入。当电路通电时，Vc(即端口6和端口2)处于低电平，电路输出(即端口3)处于高电平，因为电容器C1没有被充电。555芯片内的三极管关闭，Vcc通过电阻(R1R2)给电容C1充电，电路进入瞬态。在瞬态稳态期间，随着电容器C1的充电，Vc电势持续增加。当Vccc时，电路输出(即3个端口)反转到低电平，电路自动反转一次。同时，555芯片中的三极管导通，电容C1放电，电路进入另一个瞬态。在这个瞬态稳态期间，随着电容器C1的放电，Vc电势逐渐降低。当Vc降至Vccc时，电路输出(即3个端口)变为高电平，电路自动再次导通。此后，电容器C1的充电过程被重复，从而重复形成多谐振荡器振荡。工作波形如图1所示。t复写的副本复写的副本00VOttw2tw1图1自激多谐振荡器的工作波形根据以上分析，当电容器充电时，瞬态的持续时间为tw1=0.7(R1R2)C1当电容器放电时，瞬态稳态持续时间为tw2=0.7R2C1因此，电路输出的矩形脉冲的周期为T=tw1 tw2=0.7(R1 2R2)C1振荡频率为f=1.44/(R1 2 R2) C1第二部分：555定时器构成单稳态触发器。4个端口连接到高Vcc。两个端口作为输入触发端，Vi的下降沿触发，芯片中三极管的集电极输出端7通过一个量程转换电阻连接到Vcc，构成一个反相器。逆变器输出7将测量电容Cx接地，7个端口和6个端口连接在一起。这样，就构成了一个整体单稳态触发器，其工作波形如图2所示。视觉识别系统0t风险投资0t复写的副本复写的副本Vo0图2单稳态触发器的工作波形最初，输入信号Vi=Vcc，因此输出为高电平。电源Vcc通过电阻对被测电容充电当Vi输入信号的下降沿到达时，Vi=0，使输出为高电平。电路被触发翻转一次。同时，电路进入瞬态。由于Cx充电，6端口电位逐渐上升。当它大于cc时，电路的输出处于低电平，它将再次自动翻转，结束瞬态。同时，待测电容将很快放电至0，电路将恢复稳定状态。从上面的分析可以看出，瞬态的持续时间主要取决于外部测量范围电阻和要测量的电容，并且不难发现输出脉冲的宽度tw如下tw=RCln因此，tw越宽，输出的平均电流值越大，反之亦然，输出的平均电流值越小。第三部分，积分器由一个放大器组成，由单稳态触发器输出的脉冲信号输入积分器。输出电压值和脉冲电压之间的关系如下通过积分，输出电压为稳定值，并选择合适的电阻值，使得待测电容值的大小可以直接从数字电压表的DC文件中读出。七.电路原理图该电容测试电路的示意图如图3所示。图3电容测试仪电路八、模拟试验和模拟数据测量1.0 nF和10.0 nF之间的电容，并选择470K。测量10.0 nF和100.0 nF之间的电容，并选择47k。测量100.0nf1000.0nf的电容值，选择4.7k文件；测量1.0uf10.0uf之间的电容，并选择470。注：在实际模拟测试中，由于四针开关的连接，数据不准确，所以四针开关没有连接，但由量程电阻直接测量的并联电容与小于4点时连接的电容相同。表1模拟数据测量范围Cx(理论)Rx(齿轮)模拟测量相对误差1nf10nf3.3nf(和4.0nf)470K3.244nf(4nf)0.77%1nf10nf6.8nf470k6.744nf0.82%10nf100nf22nf(和40.0nf)47K21.55nf(40nf)0.73%10nf100nf55nf47k54.65nf0.64%100nf1uf220nf(和400.0nf)4.7k215.3牛米(400.0牛米)0.76%100nF1uf660nf4.7k653.9nf0.92%1uf10uf3.33uf(和4.0uf)4703.267uf(4.0uf)0.86%1uf10uf5uf4704.962uf0.76%图4多谐振荡器的输出波形图5单稳态触发器的输出波形九、实际测试和实际数据在测量该电路中的电容时，由于电路本身设计的缺陷，每个档位的第一个电容值数值低于4的测量不准确(例如，当测量范围在10.0nf至100.0nf之间时，10.0 nF至40.0 nF之间的电容值不准确)，需要并联一个大电容进行精确测量。因此，为了在实际中不知道电容值的情况下准确定位测量齿轮和电容值，我采用了以下方法：待测电容接入电路后，首先选择最小的齿轮进行测量，如果电容为全偏置，则切换到第一个齿轮，直到它不是全偏置，这证明它就是该齿轮的电容。如果测得的电压值低于6或约为6，(因为值约为1的一些电容值等于约6，而值低于4的其他电容测量值不大于6。因此，如果选择该数字作为重新测量并联电容的分界点)，则并联一个电容器，使其值不超过10且大于6。测量值减去并联电容值即为待测电容值。如果该值不小于6，将尽可能多地读取测得的电容值。由于每个档位低于4的值不能精确测量，理论上我想选择电压值显示为6时的电容值，将测得的电容并联，以便准确判断电阻是否为测量范围内的电容，从而决定是否换到较大的档位进行测量。然而，由于实际电容值的限制，为每个档位选择的并联电容值如下所示：1.0nf10.0nf:并联6.8nf电容；10.0nf100.0nf: 66nf并联电容；100.0nf1000.0nf: 660nf并联电容；1.0uf10.0uf:并联5.0uf电容。插入面包板后，通过连接470 k、47 k和4.7，无法精确测量电容表2测量数据特征测量范围Cx(理论)货摊c(实际测量值)错误1nf10nf1.0nf(和6.8nf)562K1.05nf(6.8nf)0.64%1nF10nf3.3nf(和6.8nf)562k3.51nf(6.8nf)2.08%1nf10nf6.8nf562k6.81nf0.15%齿轮上限10nf100nf10nf(和66nf)51.5K10.5nf(66nf)0.66%10nf100nf22nf(和66nf)51.5K22.4nf(66nf)0.45%10nf100nf55nf51.5K53.9nf2.00%齿轮上限100nf1uf100nf (660nf)5.44K111nf(660nf)1.44%100nF1uf220nf(和660nf)5.44K238nf(660nf)2.05%100nF1uf470nf5.44K480nf2.13%100nF1uf550nf5.44K562nf2.18%100nF1uf660nf5.44K665nf0.76%齿轮上限1uf10uf1uf(和5uf)6351.19uf(5uf)3.17%1uf10uf3.33uf(和5uf)6353.49uf(5uf)1.92%1uf10uf5uf6355.03uf0.60%该文件的上限1uf10uf10uf6359.66uf3.4%由于在较高的档位上不能准确测量每个档位的电容上限值，所以我将每个档位的电容上限值放在较高的档位上进行测量。在检查过程中，老师首先让我测试某个电容器的值，它满足精度要求。然后老师将一个未知的电容连接到电路的相应位置。第一次，由于紧张，我忘记了在测量准确之前小电容应该与一个电容并联的原则，导致测量数据不准确。后来，老师给了我另一个电容器，并从以前的经验中吸取了教训。我从最小范围开始仔细地测量，然后一个一个地排除。我了解到这个电容器的电容值大约在100纳法和1000纳法之间。然后我测量了一下，电压表在这个范围内只显示了大约三个，证明它也需要一个电容来精确测量。所以我增加了两个330纳米电容，相当于并联了一个660纳米电容。电压表显示为9.94伏，证明测得的电容值为994纳法，减去并联电容值，即最终测得的电容值为334纳法。取下待测电容，读取其值330nf，误差为0.40%，满足精度要求，测试成功。十、主要仪器名称和型号设备和部件的名称模型量直流稳压电源DF1731A数字示波器TDS2002A万用表FLUKE15B一个面包板许多XI。实验总结在本次测试中，我完成了电容测试仪的设计，实验结果满足精度要求，并成功测试了未知电容值。我第一次插面包板时，由于粗心大意，忘记将一个电容连接到第二个555芯片的5个端口，导致如何调整电阻，无法准确测量电容值。后来，在检查了电路，发现了错误并进行纠正后，实验进行得很顺利，但由于测量数据量很大，还是花了很多时间。由于使用了滑动变阻器，数据测量变得更加精确，但是老师说滑动变阻器在使用过程中可能会改变其电阻值，使得测量不准确。因此，最好的方法是测量滑动变阻器的调整电阻值，并用最接近的色环电阻来代替，这一点我将在以后的实验过程中予以注意。在实验之前，我仔细检查了电线是否导电，所以没有因为插入电路板时电线开路而