1、 2011 2012 學(xué)年 第 二 學(xué)期 電容測(cè)量電路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目： 電容測(cè)量電路 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 10通信(2)班 組 員： 吳悅 肖夢(mèng)奇 方克文 胡勇 吳冬冬 徐磊 付文濤 盧大衛(wèi) 指導(dǎo)教師： 電氣工程系2012年5月20日1、任務(wù)書課題名稱電容測(cè)量電路指導(dǎo)教師（職稱）王銀花 執(zhí)行時(shí)間20112012 學(xué)年第 二 學(xué)期 第14 周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù)吳悅1009131074題目分析，電路設(shè)計(jì)及資料整理胡勇1009131024資料收集及摘要說明肖夢(mèng)奇1009131078資料整理及電子文檔方克文1009131016資料收集及總結(jié)徐磊1009131080元件參數(shù)及

2、電路調(diào)試吳冬冬1009131070電路仿真盧大衛(wèi)1009131044方案設(shè)計(jì)及調(diào)試付文濤1009131020電路設(shè)計(jì)及繪圖設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)電容測(cè)量電路的設(shè)計(jì)方法；2、研究電容測(cè)量電路的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)五量程的電容測(cè)量電路；（2）擬定設(shè)計(jì)步驟； （3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)電路，選好元件及參數(shù)；（4）要求繪出原理圖； （5）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。目錄第一章:摘要4第二章:題目分析和設(shè)計(jì)構(gòu)思52.1題目分析52.2設(shè)計(jì)構(gòu)思5第三章:測(cè)量電路原理53.1工作原理5第四章:硬件電路設(shè)計(jì)64.1了解功能64.2化整為零74.3功能分析74.4統(tǒng)觀整體 11第五章:元件參數(shù) 12第六章:調(diào)試

3、126.1仿真截圖 12第七章:課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 15附錄一：參考文獻(xiàn) 16第一章:摘要 五量程電容測(cè)量電路是以集成運(yùn)放為核心器件可將其分解為四個(gè)部分?？煞纸鉃槲氖蠘蛘袷庪娐?、反相比例運(yùn)算電路、C/ACV電路、有源濾波電路。該電路是利用容抗法測(cè)量電容量的。起基本設(shè)計(jì)思想是：將400Hz的正弦波信號(hào)作用于被測(cè)電容Cx,利用所產(chǎn)生的容抗Xc實(shí)現(xiàn)C/ACV轉(zhuǎn)換，將Xc轉(zhuǎn)換為交流電壓；再通過測(cè)量交流電壓來獲得Cx的電容量。本課題小組通過小組分工到圖書館、網(wǎng)上查找課題參數(shù)資料；了解電容測(cè)量電路應(yīng)用及其工作原理，運(yùn)用Multisim仿真軟件繪制電路圖并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；分析仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和記錄課題實(shí)驗(yàn)過程；制作

4、打印課題實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 綜上所述，在測(cè)量電容量時(shí)，文氏橋振蕩電路所產(chǎn)生400Hz正弦波電壓，經(jīng)過反相比例運(yùn)算電路作為緩沖電路，作用于被測(cè)電容Cx；通過C/ACV轉(zhuǎn)換電路將Cx轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，再經(jīng)二階帶通濾波電路濾掉其他頻率的干擾，輸出是幅值與Cx成比例的400Hz正弦波電壓。 電容測(cè)量電路的輸出電壓作為AC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換為直流電壓；再由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，顯示出被測(cè)電容的容量值。 電路有如下特點(diǎn)：（1） 在CACV轉(zhuǎn)換電路中，電容擋愈大，反饋電阻值愈小，使得各擋轉(zhuǎn)換系數(shù)的最大數(shù)值均相等，從而限制了整個(gè)電路的最大輸出電壓幅值，也就限制了AD轉(zhuǎn)換電路的最

5、大輸入電壓，其值為200mV； （2） 電路中所有集成運(yùn)放的輸入均為交流信號(hào)，因而其溫漂不會(huì)影響電路的測(cè)量精度，也就需要對(duì)電容擋手動(dòng)調(diào)零。電路中僅有一個(gè)電位器Rw1用于校準(zhǔn)電容擋，一般一經(jīng)調(diào)好就不再變動(dòng)。（3） 二極管D9和D10用于A2輸出電壓的限幅，二極管D11和D12用于限制A3凈輸入電壓幅值，以保護(hù)運(yùn)放。此外，盡管電容擋不允許帶電測(cè)量，但是若發(fā)生誤操作，則二極管可為被測(cè)電容提供放電回路，從而在一定程度上保護(hù)殼測(cè)量電路。重點(diǎn)：電容測(cè)量電路；Multisim仿真軟件。第二章：題目分析和設(shè)計(jì)構(gòu)思2.1 題目分析電容測(cè)量電路的設(shè)計(jì)是為了方便準(zhǔn)確的測(cè)量電容性能。以便我們檢驗(yàn)電容，當(dāng)我們需要一個(gè)特

6、定的電容時(shí)，這是我們就用我們?cè)O(shè)計(jì)的電路來測(cè)量它以便于我們選擇。另外它還有一個(gè)作用，它可以檢驗(yàn)電容的好壞，對(duì)于我們對(duì)電容的判斷和選用有重要意義。2.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思對(duì)于電容的測(cè)量，我們要有一個(gè)概括的了解，一般應(yīng)借助于專門的測(cè)試儀器，通常用電橋，而用萬用表僅能粗略地檢查一下電容是否失效或漏電情況。 在直流穩(wěn)壓電源下，由文氏電路產(chǎn)生信號(hào)，使電容測(cè)量和有源微分電路工作，然后就可以知道電容量大小。2.3 整體構(gòu)思： 整體構(gòu)思對(duì)于電容的測(cè)量，我們要有一個(gè)概括的了解，一般應(yīng)借助于專門的測(cè)試儀器，通常用電橋，而用萬用表僅能粗略地檢查一下電容是否失效或漏電情況。在直流穩(wěn)壓電源下，由文氏電路產(chǎn)生信號(hào)，使電容測(cè)量和有源

7、微分電路工作， 然后就可以知道電容量大小。第三章:測(cè)量電路原理3.1 工作原理：本電路由文氏橋振蕩電路、反向比例運(yùn)算電路、C/ACV轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波器四個(gè)部分組成。由文氏橋振蕩電路輸出固定頻率的正弦波，經(jīng)過反向比例運(yùn)算電路作為緩沖電路，作用于被測(cè)電容Cx，通過C/ACV電路轉(zhuǎn)換交流電壓信號(hào)，再通過帶通濾波器輸出固定頻率的交流信號(hào)，因此輸出交流電壓的幅值正比于電容Cx容量。文氏橋振蕩電路反向比例運(yùn)算電路Cx C/ACV轉(zhuǎn)換電路 帶通 濾波器 Uo第四章：硬件電路設(shè)計(jì) 圖示的電路圖為五量程測(cè)量電路，其輸出電壓通過AC/DC（交流轉(zhuǎn)直流）轉(zhuǎn)換器和A/D（模擬換數(shù)字）轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，即獲得測(cè)

8、量值，方框圖如圖2，其中AC/DC轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器是DT890C+數(shù)字多用表中的公用電路。對(duì)圖1的解析。4.1了解功能在DT890+型數(shù)字多用表中，是利用容抗法測(cè)量電路。基本思想是：將400HZ的正弦波信號(hào)作用于被測(cè)電容C實(shí)現(xiàn)C/ACV轉(zhuǎn)換，將Xc轉(zhuǎn)換為交流電壓；再通過測(cè)量交流電壓來獲得Cx的電容量。 測(cè)量范圍分為2nF，20nF,200nF,2F,20F五檔，測(cè)量準(zhǔn)確度為±2.5%。分辨率取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，當(dāng)采用TSC106時(shí)，最高分辨率為1pF。五量程電容測(cè)量電路電容測(cè)量電路及其輸出電壓轉(zhuǎn)換電路方框圖4.2 化整為零觀察圖所示電路，以集成運(yùn)放為核心器件可將

9、其分解為四個(gè)部分， A1,C8,C9,R11,R12,R13,R14 組成文氏橋振蕩電路；A2 和 R65，R15，Rw1 組成 反向比例運(yùn)算電路；A2 的輸出電壓在被測(cè)電容 Cx 上產(chǎn)生電流，通過 A3 及其有 關(guān)元件組成的電路將電容量轉(zhuǎn)換成交流電壓，故組成 C/ACV 電路；A4 和 R17， R18，R19，C10，C11 組成有源濾波電路，根據(jù)整個(gè)電路的功能，該濾波電路應(yīng) 只允許 400Hz 正弦波信號(hào)通過，而濾掉其他頻率的干擾，故為帶通濾波電路。4.3 功能分析4.3.1 文氏橋振蕩電路振蕩頻率的表達(dá)式4.3.2 反向比例運(yùn)算電路比例系數(shù)為 Au= -（R4+Rw）/ R3式中Rw為

10、電容檔的較準(zhǔn)電位器，調(diào)節(jié)Rw可以改變比例系數(shù)。該電路還起緩沖作用，隔離振蕩電路和被測(cè)電容。 4.3.3 C/ACV轉(zhuǎn)換電路電路的輸入電抗為被測(cè)電容的容抗，即 當(dāng)電容量程不同時(shí)，電容的反饋電阻Rf將不同，轉(zhuǎn)換關(guān)系也將不同。 不同量程時(shí)C/ACV轉(zhuǎn)換電路的反饋電阻Rf電容量程Rf表達(dá)式 Rf值2n R5+R9+R8+R7+R6 1M 20nR5+R9+R8+R7100K200nR5+R9+R810K2uR5+R91K20uR5100從表中可以看出，電容量每增大10倍，反饋電阻阻值減小10倍。因此，不難發(fā)現(xiàn)，在各電容擋，電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)的最大數(shù)值均相等，也就限制了A/D轉(zhuǎn)換電路的最大輸入電壓。當(dāng)400

11、Hz正弦波信號(hào)Uo2幅值一定時(shí)，電容檔確定，因而Uo3與被測(cè)電容容量Cx成正比。4.3.4 有源濾波電路從測(cè)量的需要出發(fā)，該電路應(yīng)為帶通濾波電路。為了便于識(shí)別電路，將其變成一個(gè)多路反饋無限增益電路。經(jīng)推導(dǎo)可得中心頻率為有源濾波電路只允許U03中400Hz信號(hào)通過，而濾去其他頻率的干擾?？梢?，輸出電壓U04是幅值與被測(cè)電容Cx容量成正比關(guān)系的400Hz交流電壓。4.4 統(tǒng)觀整體根據(jù)上述四個(gè)部分的關(guān)系，可得下圖所示的方框圖：在測(cè)量電容量時(shí)，文氏橋振蕩電路所產(chǎn)生400Hz正弦波電壓，經(jīng)過反相比例運(yùn)算電路作為緩沖電路，作用于被測(cè)電容Cx；通過C/ACV轉(zhuǎn)換電路將Cx轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，再經(jīng)二階帶通濾波

12、電路濾掉其他頻率的干擾，輸出是幅值與Cx成比例的400Hz正弦波電壓。電容測(cè)量電路的輸出電壓作為AC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換為直流電壓；再由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，顯示出被測(cè)電容的容量值。第五章：元件參數(shù)運(yùn)放參數(shù)電阻參數(shù)電阻參數(shù)電容參數(shù)二極管參數(shù)A1TL062R39.2KR89KC0.01ufD11N4148A2TL062R11.91KR9900C10.01ufD21N4148A3LM358R24.11KR1076.8KC20.01ufD31N4148A4LM358R310KR1111KD41N4148R4100R12167KR5100Rw(0-200) R690

13、0KR790K第六章：仿真6.1仿真截圖U0Uo1U02U03第七章：課程設(shè)計(jì)心得及體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì),我通過圖書與網(wǎng)上的關(guān)于此課題的資料，經(jīng)過整理篩選后，取其中我需要的，建立了一個(gè)大概的模型，然后通過這個(gè)學(xué)期所學(xué)的模電知識(shí)逐步擴(kuò)展,形成了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，由于畢竟學(xué)的知識(shí)不深 ,時(shí)間比較緊迫，難免會(huì)有漏洞。通過這次課程設(shè)計(jì)，我覺得它很好的把這學(xué)期所學(xué)的知識(shí)，有效的整合了起來，對(duì)所學(xué)的指導(dǎo)的初步應(yīng)用有了大概的了解，這對(duì)于以后的工作有很大的幫助。1、通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。2、我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太 多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好

14、的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有 限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電 路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。 3、 平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。 比如一些電路的原理，平時(shí)看課本，這次看了， 下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐 是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之前 的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。 4、經(jīng)過五天的實(shí)習(xí)，從查找資料的過程中，在共同協(xié)作的努力時(shí)，我感受很深， 學(xué)到了在書本中學(xué)不到的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到自己存在哪些方面的欠

15、缺。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心 情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí) 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì) 的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠