1、電子技術課程設計評分標準項目子項目滿分得分1作品設計方案1050制作質量20完成效果202設計報告方案論證1040電路、計算，或仿真10調試、測試數據10規范性103其他工作態度510答辯5總分100電子技術課程設計任務書設計題目： 電容測量儀 學生姓名： 學號： 專業班級： 09自動化 一、設計條件1可選元件（1）雙運放芯片（），二極晶體管；（2）電阻、電容、電位器等；（3）引腳插座，排針。2可用儀器萬用表，示波器，直流穩壓電源。二、設計任務及要求1設計任務根據電路技術要求的指標，制作一個簡易電容測量裝置，完成選題電路的設計、裝配、焊接與調試。2設計要求（1）電容測量的范圍：1uf1000u

2、f，100nf1uf；（2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。包括：計算電路元件參數、選擇元件、畫出總體電路原理圖；（3）用軟件仿真整體或部分核心實驗電路，得出適當結果；（4）裝配、調試作品，按規定格式寫出課程設計報告書。三、時間安排1第9周：布置設計任務，講解設計要求、實施計劃、設計報告等要求，完成選題。2第1014周：完成資料查閱、作品設計、模擬仿真，領取元件、實際制作。3第1516周：制作并調試設計作品。4第17周：作品檢查、評價、驗收，撰寫設計報告。5第18周：抽選作品答辯，提交設計報告。指導教師簽名： 年 月 日目 錄摘要1關鍵詞11 緒論12 需求分析12.1 設計任務及要求

3、12.1.1 設計任務12.1.2 設計要求12.2 設計思想13 設計方案13.1 方案論證13.1.1 文氏橋振蕩電路2反向比例運算電路33.1.3 C/ACV轉換電路3有源濾波電路43.2 工作原理54 電路詳細設計54.1 文氏橋振蕩電路分析54.2 反向比例運算以及C/ACV轉換電路分析64.3 有源濾波電路分析75 實驗結果75.1文氏橋振蕩實驗75.2 反向比例電路實驗85.3 有源濾波實驗85.4 結果分析95.4.1 文氏橋振蕩以及反向比例運算電路分析95.4.2 有源濾波以及C/ACV電路分析96 結論106.1 設計成果106.2 設計特點106.3 存在問題及改進方法1

4、0參考文獻10致謝10附錄A 電路全圖11附錄B 元器件清單11題目摘要 本文主要通過用容抗法來完成一個電路對電容值的測量。根據參考文獻可以得出其基本設計思想是：將一個頻率一定的正弦波信號作用于被測電容Cx，利用所產生的容抗Xc實現C/ACA轉換，將Xc轉換為交流電壓；再通過測量交流電壓的值來獲得Cx的電容量。利用此方法測量范圍可自己來調節，可以測量從100nf1uf，1uf1000uf的電容值，得到最后輸出的正弦波來算得電容Cx的值，且測量結果較為準確。關鍵詞 電容測量電路；文氏橋振蕩電路；反向比例運算電路；C/ACV轉換電路；有源濾波電路。1 緒論儲存電荷的容器，是我們在實驗中常見的元器件

5、。它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質而組成的。絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容。：云母、瓷介、紙介，電解電容等。在構造上，又分為固定電容和可變電容。容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用。電容對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容對不同頻率的交流電呈現不同的容抗。電容不像電阻那樣容易測量其值的大小，有些時候我們就希望通過某種儀器來測量的值。目前測量電容的幾種基本方法有：1、電容式傳感器測量；2、振蕩頻率法；3、電抗電橋測量；4、恒流充電振蕩法等，本設計采用容抗法測量電容值。本設計電路圖簡單，清晰明了且元器件容易得到。2 需求分析2.1 設計任務及要求 設計任務根

6、據題目說給的要求設計一個電容測量裝置，能夠借用萬用表，示波器與直流穩壓裝置來準確地測量一定范圍內的電容值。 設計要求根據題目的要求采用直流穩壓源供電，運用運算放大器、晶體管。電位器電阻等元器件設計電路裝置測量100nf1000uf的電容值。2.2 設計思想在電路中接入待測電容，將電容所產生的電流量轉化為電壓量，再根據容抗法和最后電路輸出的正弦電壓計算出電容值。3 設計方案采用容抗法將正弦波信號作用與被測電容利用所產生的容抗Xc實現C/ACV轉換，將Xc轉換為交流電壓來獲得Cx的電容量。3.1 方案論證本設計先通過一個文氏橋電路自激振蕩產生一個頻率一定的正弦波，再通過反向比例電路來減小正弦波的幅

7、值，然后經過被測電容再過一個有源濾波電路，將最先產生的正弦波信號從干擾信號濾出來，得到電壓uo4是幅值與被測電容Cx容量稱正比關系的一定頻率的交流電壓，根據換算就可以算得電容的值。方案圖如3-1所示： 圖3-1 方案框圖 文氏橋振蕩電路文氏橋振蕩電路是最常見及最典型的RC橋式正弦波振蕩電路，其主要由三部分構成：RC串并聯選頻網絡，運算放大器及反饋網絡。其產生的頻率為：電路如圖3-2所示：圖3-2 文氏橋振蕩電路3.1.2 反向比例運算電路振蕩輸出的波形經過R2與反向比例運算電路的輸出端并聯輸入其放大器的反向輸入端，可得到其比例系數如下： 上式中R4為201電位器，可以調節阻值的大小來改變比例系

8、數，穩定Uo2輸出的波形，一般波形穩定后就不再調動R4了。同時該電路還有隔離振蕩電路和被測電容，使電路更加穩定。電路如圖3-3所示：圖3-3 反向比例運算電路3.1.3 C/ACV轉換電路電路輸入的電抗便為被測電容的容抗，公式如下：轉換系數為：其中Rf可根據被測電容的不同值來選擇不同檔位的電阻來測量。當Uo2的幅值一定的時候，Uo3與被測電容量Cx成正比。這樣，電容量就轉換成電壓量，可以通過計算得出被測電容的值了。電路如圖3-4所示:圖3-4 C/ACV轉換電路3.1.4 有源濾波電路根據需求將有源濾波電路加入，能夠濾除輸入電壓中間夾雜的干擾頻率，得到想要的電壓頻率。電路如圖3-5所示：圖3-

9、5 有源濾波電路 上圖中的中心頻率所以，能過通過U4的頻率為U3中的頻率幅值與濾波電路中的相同頻率的交流電壓值，根據U4的最后輸出來算得電容值。3.2 工作原理 從整個電路來看可以得到，該電路最先通過文氏橋振蕩產生的正弦波作用于電容上，將電容量轉化為交流電壓量，再通過濾波電路出去干擾信號后得到電壓值U4，經過公式就能夠計算出被測電容。整體電路如圖3-6所示：圖3-6 整體電路4 電路詳細設計4.1 文氏橋振蕩電路分析其中在試驗中R10=R11=39.2k，C5=C3=0.01uf可以得到的頻率，根據公式，實際試驗中測得。如圖4-1所示為XX電路：圖4-1 文氏橋振蕩電路為保證空能夠產生自激振蕩

10、， 。4.2 反向比例運算以及C/ACV轉換電路分析自激振蕩產生的正弦波經過反向比例運算器后得到幅值的降低，再經過被測電容以及C/ACV轉換電路把電容的容抗轉換成電壓量。圖4-2 反向比例運算電路4.3 有源濾波電路分析通過的選擇，把干擾頻率濾去。在實際試驗中，測得U4的=315Hz，所以U4只允許U3中頻率約為315Hz的頻率通過。圖4-3 有源濾波電路5 實驗結果5.1 文氏橋振蕩實驗Uo1產生的波形如下電路產生的正弦波信號測試結果如表5-1所示。表5-1 Uo1測量結果測量次數1234平均Uo1/v5.325.385.405.365.375.2 反向比例電路實驗Uo2產生的波形如下測試結

11、果如表5-2所示。表5-2 Uo2測量結果測量次數1234平均Uo2/mv55.352.356.154.654.65.3 有源濾波實驗Uo4產生波形如下（Uo3與Uo4的波形一致），下圖為被測電容是470nf的Uo4波形：測試結果如表5-3所示。表5-3 Uo4測量結果被測電容CxRf值/Uo4/V/Hz計算得Cx值470nf68 K3.68312.5488nf4.7uf10K4.82313.44.5uf5.4 結果分析 文氏橋振蕩以及反向比例運算電路分析當橋式電路能夠產生自激振蕩以及自激振蕩產生了正弦波后，其是否失真與電路中的元器件參數有關。在剛開始使用=電路的時候可能要調節R9與R5的值的

12、大小使Uo1產生穩定是輸出波形。另外，產生的振蕩在整個電路中應該保持頻率不變。其中理想的自激振蕩頻率值與實際實驗中測量的值存在一定的偏差，其中可能是因為外界頻率干擾以及雙運放芯片跟電路中元器件受溫度的影響導致的參數變化。在實驗中，不同的運算放大器芯片產生的效果不同，因為每種芯片中的內部參數各不一樣，所以在以后設計中要注意使用相應的芯片，不能隨意用其他芯片替換。 有源濾波以及C/ACV電路分析電容的容抗經過電路轉換成交流電壓量，在C/ACV轉換電路中選擇適當的Rf值來測量電容值，得到交合適的電壓輸出值，計算公式如下：因為Uo3的波形在最后的濾波電路中能夠被其選擇濾出來，濾波選擇公式如下:所以再通過濾波電路后的選頻得到最后需求的波形。6 結論6.1 設計成果在本設計中將Rf設置成多個可供選擇的電位器來適應被測電容的范圍，得到根偉理想的Uo4輸出波形；在電路中很容易測量交流電壓量，而不是電容的容抗，所以根據換算公式，將電容值換算出來，能夠達到實驗要求。6.2 設計特點設計方法簡單，能夠測量的電容范圍較廣，思路清晰。6.3 存在問題及改進方法因為電路需要根據公式換算而不是直接將交流電壓量通過轉換直接顯示出數值，不夠直觀，相對麻煩一點；由于要靠示波器等設備測量多次數值，所以導致存在一定的誤差。可以在Uo4輸出后接A/D轉換器以及液晶顯示器，更直觀的得出電容值