電容表設計報告

但通 唐鋼 蔣焱

一.設計要求

1.被測電容范圍：1000PF～10uF;

2.測試誤差<10%;

3.電容值用三位數碼管顯示。

二.方案選擇及電路的工作原理

本設計中用555振蕩器產生一定周期的矩形脈沖作為計數器的cp脈沖也就是標準頻率。同時把待測電容c轉換成寬度為tp的窄脈沖，轉換的原理是單穩態觸發器的輸出脈寬tp與電容c成正比。把此脈沖作為閘門時間和標準頻率脈沖相“與”，得到計數脈沖，該計數脈沖送計數——譯碼顯示系統就可以得到電容量的數據。外部旋鈕控制量程的選擇。用計數器控制電路總量程。

三.單元電路設計計算與元器件的選擇

1.用555定時器構成的多諧振蕩器。

2.用555多諧振蕩器構成單穩態觸發電路。

3.同步十進制計數器74LS161構成計時器。

4.計數電路。

5.控制電路。

四.設計的具體實現

1.系統概述

（1）將待測電容構成單穩態電路，在一定條件下，則單穩態電路的暫穩態時間與電容值成正比。

（2）用這個暫穩態時間作為一個時間窗（Tc），在這個時間窗內，對標準脈沖信號進行計數，從而測出時間窗的寬度，進而得到電容值。

Tc=K·C

時間窗中脈沖個數：N=Tc×f=Kf×Cnum

選擇電阻R使Kf=1，則N=Cnum

例如：

C=0.11μF，Cnum=11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?C=11 μF， ? Cnum=11

Tc=K·C=K·Cnum×10-8F（秒） ? ? ? ? ? Tc=K·C=K·Cnum× 10-6F（秒）

時間窗中脈沖個數：

N=Tc×f=K·10-8？f×Cnum=Cnum ? ? ?N=Tc×f=K·10-6·f×Cnum=Cnum

即K·10-8·f=1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?即 ? K·10-6·f=1

所以改變量程時，要改變K（R） 或 f就可以，在這次課程設計中我們選擇的是改變R。

2.單元電路設計、仿真與分析

（1）時鐘（555多諧振蕩器）+計數器（3位十進制）+譯碼+顯示（可借用實驗箱上的）

（2）時間窗口用555多諧振蕩器實現單穩電路，實現計數窗口，脈寬tp≈1.1RC（C為被測電容）

（3）控制電路的作用：向單穩發出窄脈沖觸發信號，向計數器發出窄脈沖清零信號，應該先清零計數器，清零結束后再觸發單穩時間窗。

（4）啟動測量可以用手動按鈕來實現，但要有防抖電路。

（5）量程調節可以用開關換接單穩上的電阻值完成。

（6）小數點利用試驗箱上的數碼顯示器上的 h，應配合量程選擇點亮哪一位。

（7）可能用到的將信號的沿轉換成窄脈沖的電路：

3.電路的安裝與調試

（1）用555定時器構成的多諧振蕩器

其基本電路圖如下：

555定時器組成的多諧振蕩器（即標準脈沖產生電路），振蕩器的頻率計算公式為：f=1.43/（（R1+R2）*C），因此，我們可以計算出各個參數通過計算以及后來實際的調試，確定了R1取12千歐姆，R2取4千歐姆，電容C1取0.1uF，C2取0.01uF.這樣我們得到了比較穩定的脈沖。

（2）用555多諧振蕩器構成單穩態觸發電路

其基本電路圖如下：

輸出波形為：

通過向2腳輸入窄脈沖，觸發時間窗，實現計數窗口，脈寬tp≈1.1RC（C為待測電容）。得：

當量程為大量程時（1uF—100uF）：

K·10-6·f=1，

K=1.1R，R3=10^6/（1.1÷f）≈1.8k

當量程為小量程時（0.01uF—1）：

K·10^-8？f=1，

K=1.1R，R3=10^8/（1.1÷f）≈180K

五.心得體會及建議

通過這個課程設計，不僅加深了我對原本所學知識的認識和理解，而且又讓我學習到了許多新的知識，在設計仿真中，我遇到的許多的困難和挫折，比如設計完之后卻不能運行，不懂自己錯在哪里。但是，當我查閱許多資料后才發現，原來是自己對元件的認識不夠深刻。課程設計很辛苦，也很累。但是我收獲到了課堂上學不到的東西，比如獨立思考并解決問題，出現誤差時的處亂不驚。我學會了去分析問題出現的原因，以及從哪里著手解決問題。總的來說，這次課程設計學習使我對各種電路有了個大概的了解，讓我學會了一些電腦軟件的使用，加深了我對專業的理解，培養了我的學習興趣，為以后的學習打下了好的開端。

參考文獻：

[1]康花光·《電子技術基礎》·北京高等教育出版社？2006.

[2]王立欣·《電子技術實驗與課程設計》·哈爾濱工業大學出版社？2003.

[3]金唯香·《電子科學與技術》·湖南大學出版社·2004.

作者簡介：

但通（1996-），男，漢族，四川省宜賓市，本科，應用物理學。

唐鋼（1996-），男，漢族，四川省南充市，本科，應用物理學。

蔣焱（1995-），男，漢族，四川省瀘州市，本科，應用物理學。