电容测试仪低频课程设计.doc

电容测试仪设计 姓名：xxx 学号：xxxxxxxxx 电容测试仪设计 前 言 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“存储电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结果和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫做戒指。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器存储电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不成用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）等，它们的关系是： 1F=106μF=109nF=1012pF。 电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课设就是对电容器容量的测量。 摘要：LM555是使用几位广泛的一种通用集成电路。LM555系列功能强大、使用灵活、适用范围宽、可用来生产时间延迟和多种脉冲信号，因此被广泛用于各种电子产品中。本设计利用LM555构成设计一个多谐振荡器，由于其输出脉宽tw与电容C成正比，把电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，在利用积分器，将电容的容量通过数字电压表的直流档直接显示，从而构成一个简易的电容器容量的测量电路。 关键词：无稳态多谐震荡器、单稳态输出脉冲、积分器 二、设计任务 本课题要求利用LM555设计一个测量电容器容量的电路，电容的容量值通过数字电压表的直流档直接显示。 三、技术指标 1．熟悉电路的工作原理。 2．电容测量范围：1.0nF~10.0μF。 3．可以分档测量。 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器件参数。 2．画出电路原理图。（元器件标准化，电路图规范化） 3．设计的电路先通过计算机仿真。 4．555定时电路通过查阅手册获得器件参数。 五、实验要求 1．根据技术指标确定测试项目、测试方法和步骤。 2．确定实验所用仪器。 3．作出记录数据的表格。 4．完成实验。 六、电路工作原理 集成定时器555电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，输入信号自引脚6和引脚2输入，输出信号至引脚3输出。引脚4是复位端，当其为0，555输出低电平，平时4端开路或接Vcc。引脚5是控制电压端，当其外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一滤波电容，以消除外界来的干扰，并确保参考电平的稳定。当芯片内部三极管导通时，将给接于引脚7的电容提供低阻放电通路。 整个电路分为三个部分： 第一部分：555定时器构成多谐振荡器。5端口连接10nf电容，起滤波作用。将端口6和端口2连在一起，作为输入信号Vi的输入端。在电路接通电源时，由于电容C1还未充电，所以Vc(即6端口和2端口)为低电平，电路输出(即3端口)为高电平。555芯片内部的三极管截止，Vcc通过电阻(R1+R2)对电容C1充电，电路进入暂稳态。 在暂稳态期间，随着电容C1的充电，Vc电位不断升高，当Vc≥cc时，电路输出(即3端口)反转为低电平，电路发生一次自动翻转。 与此同时，555芯片内部的三极管导通，电容C1放电，电路进入另一暂稳态。在这一暂稳态期间，随着电容C1的放电，使Vc电位逐步下降。当Vc下降至Vc≤cc时，使电路输出(即3端口)翻转为高电平，电路又一次自动发生翻转。此后，重复上述电容C1的充电过程，如此反复，形成多谐振荡。其工作波形如图一所示。 图1 自激多谐振荡器工作波形 由上述分析，在电容充电时，暂稳态的持续时间为 tw1=0.7(R1+R2)C1 在电容放电时，暂稳态持续时间为 tw2=0.7R2C1 因此，电路输出矩形脉冲的周期为 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端口接高电平Vcc。以2端口做输入触发端，Vi的下降沿触发，将芯片内部三极管的集电极输出7端通过换量程的电阻接Vcc，构成反相器。反相器输出端7接待测电容Cx到地，同时7端口和6端口连接在一起。这样，构成积分型单稳态触发器，其工作波形如图2所示。 图2 单稳态触发器工作波形 开始，输入信号Vi=Vcc，所以输出高电平。电源Vcc通过调量程的电阻对待测电容充电，使6端口电位上升。当其充电至大于cc时