电容测试器 课设论文.doc

数字电容测试器 指导老师： 班 级： 姓 名： 时间：2013年11月24日  1课程设计目的 3 2设计内容及要求 3 3 器件选择 3 4 设计原理 4 5 方案及原理图设计 4 5.1 总体方案的设计 4 5.2 555定时器组成的时基电路 4 5.3 555定时器组成的单稳态触发电路 5 5.4 TL431组成的恒流源 6 5.5 触发电路 7 5.6 计数和显示电路 7 6 元器件参数设计及选择 8 6.1测量范围：100pF—99900pF； 8 6.2测量范围：1uF-999uF； 8 7 电路总体原理图设计 9 8 电路图仿真 9 9 组装调试及实验结果 10 9.1 调试硬件 10 9.2 调试波形 10 9.3 实验结果 10 10.总结 11 1课程设计目的 在日常的电路工程或者是电路试验中，电容是一个最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的准确度要求也是很高的。在实际操作中，对电容的测量存在许多麻烦，数值的表现也不够直观。为此，我们查阅资料，根据所学的知识，设计了一个数字电容测试仪，只要接入被测电容，打开开关以后，就能直接在屏幕上显示出电容的大小，方便在以后的实验中对电容的使用。 2设计内容及要求 ⑴ 测量范围：100pF—99900pF； 扩程：1uF-999uF； ⑵ 用三个数码管显示； ⑶ 测量精度要求±10； 3 器件选择 555定时器 2片 集成芯片74LS00 1片 集成芯片CD4033 3片 集成芯片TL431 1片 集成芯片CD4052 1片 LED数码管 3个 学生电源 1个 导线、电容 若干 4 设计原理 5 方案及原理图设计 5.1 总体方案的设计 利用单稳态触发器和电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即严格控制脉冲宽度 Tx 与 Cx成正比．只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示 ．如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字 N便是 Cx的大小。之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。 另外由于555定时器和电容本身的硬件关系，当电容Cx的取值到微法时，555定时器组成的单稳态触发电路由于电容不是线性的充电，这样就会导致单稳态触发电路的单稳态时间的精度和稳定度就会下降，所以我们采用了恒流源给电容Cx充电，增强了单稳态时间的精度和稳定度。 5.2 555定时器组成的时基电路 多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于 ，Uo输出高电平，V1截止，电源通过R1、R2 给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要 ， 输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。当电容C上的电压UC略微超过 时(即U6和U2均大于等于 时)， RS触发器置 0，使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电，UC下降，但只要， Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于 时，RS触发器置 1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。 高电平时间： ≈ 0.7(R1+R2)C 低电平时间 : ≈ 0.7R2C 振荡周期: T=+ ≈0.7(R1+2R2)C 占空系数： D=/ T= (R1+R2 )/(R1+2R2） 当R2＞＞R1时， 占空系数近似为50％ 其工作波形所示。 555多谐振荡电路 5.3 555定时器组成的单稳态触发电路 单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。图中R，C为外接定时元件，输的触发信号ui接在低电平触发端（2脚）。稳态时，输出uo为低电平，即无触发器信号（ui为高电平）时，电路处于稳定状态——输出低电平。在ui负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3）Vcc，触发信号，输出uo为高电平，放电管VT截止，电路进入暂稳态，定时开始。在暂稳态期间，电源＋VccR→C→地，对电容充电，充电时间常数T＝RC，uc按指数规律上升。当电容