电容测试系统的文献综述

1、数字电容测试仪的文献综述1. 设计背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围 也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。 因此，设计可靠，安全, 便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和 精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。由于测量电容方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555定时 器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用555定时器将被测参数转化为频 率，这里我们将RLC的测量电路产生

2、的频率送入 STC89C52RC的计数端端口， 通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。2. 电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电容测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广 泛。电容测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。传统的测量电容方 法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高， 但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善， 电 容的数字化测量常采用恒流法和比较法。在我国1997年05月21日中国航空工业总公司研究出一种电阻、电容、电 感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的

3、电阻、电容、电感元件实行等电位隔离，其特征在于，（1）将一个运算放大器的输出端与其反相输入端直 接连接，形成一个电压跟随器；（2）将基准精密电阻（R）的一端与被隔离的在线 元件（Z； x）的一端通过导线连接，基准精密电阻 （R）的另一端与信号源（VJ i）或者地连接，被隔离的在线元件（Z； x）的另一端通过导线与地或者信号源 （V ； i）连接，基准精密电阻（R）与被隔离的在线元件（Zl x）连接的一端同时 与运算放大器的同相输入端连接；（3）通过导线将运算放大器的输出端与线路板 上所有的隔离点（C）连接，隔离点（C）的确定方法是：在线路板上凡是与被隔离 的在线元件（Z； x）靠近信号源（V

4、； i）的一端（A）相连的电阻、电容、电感元 件的另一端均为隔离端（C）。中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。 尽管本土测试测量产业得到了快速 发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。 实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为：1. 测试在整个产品流程中的地位偏低。 由丁人们的传统观念的影响，在产品 的制造流程中，研发始终处丁核心位置，而测试则处丁从届和辅助位置。关丁这 一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。 这种错误观念上的原因， 造成整个社会对测试的重视度不

5、够， 从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏， 造 成相关的基础科学研究比较薄弱， 这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。 实际 上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。2. 面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只 是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系 和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但 无法满足目前整体解方案流行年代的需求。 所以，为了快速缩小与国外先进公司 之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长， 为

6、这一过渡提供了根本动力，应 该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。3. 缺乏标准件的材料配套体系。由丁历史的原因，中国仪器配套行业的企业 多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展， 从而导致 仪器的材料配套行业的技术水平较低。 虽然目前已有较大的改观，但距离整个产 业的要求还有一定距离。所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。 还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处 理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶

7、段，重新回到了快速发展的轨道， 尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发 方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小， 对国外电子仪器巨头的垄断造成了 一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了 新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展， 都 在为该产业提供前所未有的动力和机遇。 从中国电子信息产业统计年鉴中可以看 出，中国的测试测量仪器每年都以超过 30%以上的速度在快速增长。在此快速增 长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业， 也催生出了一批批可靠性和 稳定性较高的产品。3.原理本电容测试仪主要是测试电容

8、器的容量， 所以首先要将容量值变 换成与其成正比的脉冲宽度；再用该脉冲控制闸门电路，对标准的时 钟脉冲进行计数，控制脉冲宽则记录的数值大，脉冲窄则记录的数值 小；从而反映电容量的大小；然后，通过译码显示电路显示出电容量 的数值。图2-1为本电容测试仪组成部分框图，包括直流电源模块、控制 器模块、时钟脉冲发生器模块和数显模块（即计数、译码和显示模块）。图2-1 电容测试仪框图直流电源模块工作原理：该电路由桥式整流电路及LM317等器件 组成。220V交流电压经过整流输出28V直流电压，然后经过集成芯 片LM317输出，通过滑动变阻器可以调节输出电压大小。电压可调范围为 1.25V-15V。控制器

9、模块原理：控制电路的主要功能是根据被测电容 Cx的容 量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度。 实现的方法有多种，如采用 多谐振荡器，利用Cx作为震荡电容从而影响振荡周期，产生出对应的控制脉冲；再如采用单稳态电路，由 Cx影响暂态的时间，从而形 成对应宽度的控制脉冲。这里着重介绍由单稳态电路组成的控制电 路。当被测电路Cx接到电路中之后，只要按一下开关K,电源电压Vdd 经微分电路Ci、R2和反相器送给555定时器的触发端2一个负脉冲信 号，使单稳态电路由稳态变为暂态，其输出端3由低电平变为高电平。 该高电平控制闸门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数。暂态的时间，然后单稳态又回到稳态，其输出端3变

10、为低电平，从而封锁闸门、 停止计数。可见，控制脉冲宽度 Tw与成正比，如果&固定不变，则 计数时钟脉冲的个数将与 Cx的容量值成正比。因此，可以达到测电 容量的要求。时钟脉冲发生器模块：时钟脉冲电路主要由555定时器作为多谐 振荡触发器，多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采用电阻、 电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节滑动变阻 器，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。 电源通过滑动变阻器和固定电阻对 0.1uF的电容充电，放电时候通过 555定时器的DIS端（7引脚）进行放电，以此循环作为基准的频率 输出，与单稳态电路相结合生成特定的电容频率。数

11、显模块：三只译码器CD451宾现译码功能，将计数器的BCD? 转换为可直接驱动发光二级管数码显示器的 7段码。CD451输出信号 均为高电平有效，我们的数码显示器选用共阴极 LEL»码管。计数器CD451IE个输入端，CLK,E,MR待测信号输入CLK计数频 率。当阈为高电平时，计数器正常工作，当E为低电平时，计数器不 再计数，输出原来的计数结果。当MRS电平时，计数器清零，计数结 果归零。译码器CD451宿4个数据输入端，7个数据输出端，A-G LE锁存 端控制译码器输出数据的滞留功能：当计数器清零时，译码器输入端 数据也随即归零，只有在此时将上一刻的数据锁存起来， 才能达到设 计

12、预期的效果。L啾存端高电平有效。LE为高电平时，输出端输出的 结果一直不变，为上一刻数据。LE®存端为低电平时，译码器正常工 作，转换来白计数器的BC昭为可以直接驱动数码管的7段码，驱动显 示管显示输出结果。3. 结论经过在 mulitism10.0 软件的仿真，用 Protel99SE软件做的pcb 电路板，经过对腐蚀电路板的制作以及在实验室的元件安装、调试和故障分析及其排除，终于制作出一台完整的电容测试仪。由于本身的 局限性，只能大概测试电容的容量，当然也是由于电容有的也不大准 确，应该算是一台比较好的测试仪。在这个制作过程中，学习到的东 西远远不止于这上面用到的知识，让白己温习

13、了大学课程学到的很多 知识，圆满完成了大学的学业！参考文献1 Mark N. Hartenstein. Microelectronic Circuits and Devices.2nd.Prentice-Hall Inc, NewJersey.19962 Jonathan Corbet , Alessandro Rubini , Greg Kroah Hartman. Linux device driver (3rd edition)M. O ' Reilly & Associates Inc, 2005.3 康华光.电子技术基础：模拟部分.第5版.北京：高等教育出版社，200

14、04 阎石.数字电子技术基础.第5版.北京：高等教育出版社，20065 谢嘉奎.电子线路：线性部分.第4版.北京：高等教育出版社，19996 童诗白.模拟电子技术基础.第3版.北京：高等教育出版社，20017 李良荣.现代电子设计技术.北京：机械工业出版社，20048 郑家龙.集成电子技术基础教程.北京：高等教育出版社，20029 瞿安连.应用电子技术.北京：科学出版社，200310 潘永雄沙河.电子线路CAD实用教程.西安：电子科学大学出版社，200711 周春阳.电子工艺实习.北京：北京大学出版社，200612 杨志忠.数字电子技术M.北京：育出版社，200013 张永瑞.电子测量技术基础M.西安：电子科技大学出版社，200214 罗胜钦.数字集成系统芯片M.北京：希望电子出版社，2002