电容C的测量标准

1、word电容C的测量一、 实验目的设计一个能够测量电容器件参数的测量电路。该测量电路应具有如下功能。（1） 电容C测量仪的量程范围如下：1nF-1uF;（2） 电容C测量仪的量程范围如下：10pF-1000uF;二、实验原理实验主要器件为555定时器1、555电路的结构组成和工作原理(1)电路组成及其引脚(2)555的工作原理它由比拟器C1和C2、SR锁存器和集电极开路的放电三极管TD三局部组成。vI1是比拟器C1的输入端也称阈值端，用TH标注，vI2是比拟器C2的输入端也称触发端，用标注。C1和C2的参考电压VR1和VR2由三个3k电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=，VR2

2、=。是置零输入端。只要在端加上低电平，输出端vO便立即被置成低电平。不受其他输入端状态的影响。正常工作是必须是RD处于高电平。图中的数码为器件引脚的编号。由上图可知，当vI1VR1、vI2VR2时，比拟器C1的输出vC2=0、比拟器C2的输出vC2=1，SR锁存器被置0，TD导通，同时vO为低电平。当vI1VR1、vI2VR2时，vC1=1、vC2=1,锁存器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。当vI1VR1、vI2VR2时，vC1=1、vC2=0，故锁存器被置1，vO为高电平，同时TD截止。当vI1VR1、vI2VR2时，vC1=0、vC2=0，锁存器处于Q=Q=1的状态，vO处

3、于高电平，同时TD截止。输入输出vI1vI2vOTD状态0××低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止2、555电路构成多谐振荡器 电路组成： 8 476 7555 32 1 5R1R2UcC+VDDUo0.01µFtUo0t2t1tUc0T(a) (b)图1 用CC7555构成的多谐振荡器及工作波形 工作原理：设电容的初始电压Uc 0，t0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端Vth Vtl 0 <，=1,=0,， R -S触发器置1，定时器输出U0 = 1，此时= 0，定时器内部放电三极管截止，电源Vcc 经R1 ，R2 向电容C充电，UC逐

4、渐升高。当UC 上升到 时，=1,R -S触发顺保持状态不变。所以 0<t<t1 期间，定时器输出Uo 为高电平1。t = t1时刻，UC 上升到 ，=0 ，=1 ，R -S触发器复0，定时器输出U0= 0。t1< t < t2期间，= 1，放电三极管T导通，电容C通过R2 放电。UC 按指数规律下降，当UC <时, =1，=1，R-S触发器的状态不变，U0 的状态仍为低电平。t = t2时刻，UC下降到 ，R-S 触发器的= 1，= 0，触发器处于 1，定时器输出U0= 1。此时电源再次向电容C 放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出U0

5、= 1，电容放电时，U0 = 0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。由图b可知，振荡周期T = T1 + T2。T1 为电容充电时间，T2 为电容放电时间。充电时间: T1 = ln 2 ( R 1+ R 2)C 0.7( R1 +R 2)C 放电时间: T2 = ln 2 R2C0.7R2C矩形波的振荡周期: T = T1+ T2 = ln 2( R1 + 2 R 2)C 0.7( R 1+2 R2 )C因此改变R1 、R2 和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期

6、来衡量外，还有一个参数：占空比 q，q=脉宽TW/周期 T，TW指输出一个周期内高电平所占的时间 。图(b)所示电路输出矩形波的占空比:由上所知，只要测出T1，T2，T中任何一个值，就可以间接计算出待测电容值。三、实验分析为使振荡频率保持在10100kHz这一段555的起振频率范围，同时使得输出的波形尽可能不失真，需要选择适宜的R1和R2的值。考虑到题目要求的电容测量范围10pF-1000uF，将测量范围划分成3个范围：10pF-1nF；1nF-1uF；1uF-1000uF。根据最正确频率范围和频率计算公式，在第一个量程选择R1=5M，R2=2M；第二个量程选择R1=51k，R2=22k;第三个量程选择R1=51，R2=22；电容C的测量由RC震荡电路实现，本设计采用555定时器构成多谐振荡器。4、 仿真电路及其仿真结果1.仿真电路图：2.仿真波形：1取C=100pF ：由波形得：T=630.6us 101pF误差=(101-100) / 100=0.012取C=10nF：由波形得:T=680.2us10.33nF误差=10.33-10) /10=0.0333取C=10uF：由波形得：T=3.4ms11.56uF误差=11.56-10/10=0.156五、实际电路测得波形(1)C=10n