河南城建学院。模。拟。
电。子。技。术。
课。程。设。计。
设计题目：电容测量电路。
专业：电气自动化技术。
班级：1223081班。
姓名：赵明军。
学号：122308144
指导老师：杨帆、徐安峰。
时间： 2010/01/11——2010/01/14
目录。一、设计题目3
二、设计任务和要求3
三、题目分析。
四、整体构思4
五、具体设计思路4
六、实验设备及原器件7
七、测试要求9
八、参考文献资料11
九、个人体会11
模拟电子技术课程设计正文。
一， 题目：
电容测量电路。
二， 设计要求：
1.设计一个电容测量电路能用于测量电容量并判断电容的好坏，含有信号产生电路，2.设计电路需要的直流稳压源。
3.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求，性能，指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
4.确定合理的总体方案，对各种方案进行比较，以电路的先进性，结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面做综合比较，并考虑器件的**，敲定可行方案。5.
设计各单元电路，总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。6.组成系统，在一定幅面的图纸上，合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
三， 题目分析：
电容测量电路的设计是为了方便准确的测量电容性能。以便我们检验电容，当我们需要一个特定的电容时，这是我们就用我们设计的电路来测量它以便于我们选择。另外它还有一个作用，它可以检验电容的好坏，对于我们对电容的判断和选用有重要意义。
四， 整体构思：
对于电容的测量，我们要有一个概括的了解，一般应借助于专门的测试仪器，通常用电桥，而用万用表仅能粗略地检查一下电容是否失效或漏电情况。
在直流稳压电源下，由文氏电路产生信号，使电容测量和有源微分电路工作，然后就可以知道电容量大小。
五，具体实现。
第一小节：直流稳压源的设计；
串联型稳压电路。
串联型稳压电源的工作原理在输入电压存在波动时，输出电压保持恒定的装置，利用稳压二极管两端电压不变的原理，使输出电压保持不变，并用多级三极管组成达令顿复合电路，组成放大器提高稳压精度。
1. 输出电压u0的计算机调节范围。
以图所示的电路为例，从分压关系求得。
ub3=r2*u0 /（r1 + r2）
而由v2，v3，及vdz1回路又可得。
ub3 = ube3-ube2 + ur = ur
ur = r2*u0 /（r1 + r2）
u0 =（r1 + r2）*ur / r2
改变r1，r2可改变u0之值，即调节电位器可达此目的，才、电位器调至最下端时，输出电压最大，电位器调至最上端时，输出电压最小。
2.最大负载电流额定值的估算。
在输出电压稳定的条件下，电路可能向负载提供最大额定电流iomax。以图为例，输出电压
uo = ub1 - 0.7v = uc3 - 0.7v
要求uo稳定，意味着流过rc的电流ir必须稳定，而 ir=ib1+ic3。当负载电流io增大时，要求ib1io/β1相应增大，为保持ir基本不变，v3集电极电流ic3应相应减小。而ic3的减小是有限度的，当ic3≈0时，v3已无法再起调节作用，所以ic3=0时，io=iomax
故。ib1≈iomax / 1≈ir
ir =（udz2 - 0.7）/rc
iomax≈β1ir=β1*（udz2-0.7）/rc
3.调整管需要考虑。
串联型稳压电路中，调整管承担了全部负载电流，为了考虑调整管的安全工作问题，一般调整管选用大功率晶体管。
1） 对icm的考虑，调整管中流过的最大集电极电流为。
icm > icmax = iomax + i’
式中，iomax为负载电流最大额定值，i‘为取样，比较放大和基准电源等环节所消耗的电流。
2） 对pcm的考虑，调整管中流过的最大集电极功耗为。
pcmax = uce1 max *ic max=(ui max - uo min)*ic max
式中，uimax是电网电压波动上升10%时，稳压电路的输入电压最大值，uomax是稳压电源的最小额定电压，ic max=io max+i‘，选管时要求：
pcm > ui max – uo min)(io max + i’)
3） 对击穿电压buce的考虑。当输出短路时，输入最大电压uimax将全加在调整管c，e间，所以 buce≥uimax
4） 采用复合调整管。
第二小节：如何检测电容功能的好坏；
一般利用万用表的欧姆挡可以简单地测量出电解电容器质量的优劣，粗略地辨别其漏电、容量衰减或失效等情况。具体方法为：
万用表选用r×1k或r×100k挡，将黑表笔接电容器的正极，红表笔接电容器的负极，若表针摆动大，且返回慢，返回位置接近∞，说明该电容器正常，且电容量大；若表针摆动虽大，但返回时，表针显示的欧姆值较小，说明该电容漏电流较大；若表针摆动很大，接近于0ω，且不返回，说明该电容器已击穿；若表针不摆动，则说明该电容器已开路失效。
该方法也适用于辨别其它类型的电容器。但如果电容器容量较小时，应选择万用表的r×10k挡测量。另外，如果需要对电容器再一次测量时，必须将其放电后才能进行。
1.固定电容器的检测。
检测10pf以下的小电容。因10pf以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表r×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。
若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
检测10pf～0 01μf固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用r×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。
可选用3dg6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察。
应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触a、b两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。c 对于0 01μf以上的固定电容，可用万用表的r×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
对于容量较小的固定电容器，可借助一个外加直流电压（不能超过被测电容的工作电压，以免击穿），把万用表调到相应直流电压挡，负表笔接直流电源负极，正表笔串连被测电容后再接电源的正极，根据表针摆动的情况判别电容器的质量，见下表。
2.电解电容器的检测
a 因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μf间的电容，可用r×1k挡测量，大于47μf的电容可用r×100挡测量。
b 将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大)，接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kω以上，否则，将不能正常工作。
在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
c 对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。
d 使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
3.可变电容器的检测
a 用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。
b 用一只手旋动转轴，另一只手轻摸动片组的外缘，不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器，是不能再继续使用的。
c 将万用表置于r×10k挡，一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，另一只手将转轴缓缓旋动几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点；如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。
第三小节：信号产生电路的设计；
rc桥式正弦波产生电路。
rc桥式正弦振荡电路如图所示。其中r1、c1和r2、c2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。 r3、rw及r4组成负反馈网络，调节rw可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。
为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。图中的两个二极管d1，d2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻r4两端的电压低，二极管d1、d2截止，负反馈系数由r3、rw及r4决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管d1、d2在正负半周轮流工作，其动态电阻与r4并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。
输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。为了维持振荡输出，必须让
1+rf/r3=3
为了保证电路起振，1+rf/r3>3
rf=rw+(r4∥rd)
当r1=r2=r，c1=c2=c时。
电路的振荡频率f=1/2πrc
起振的幅值条件rf/r3≥2
调整电阻rw （即改变了反馈r f ），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大r f ，如波形失真严重，则应适当减少r f。改变选频网络的参数c 或r，即可调节振荡频率。
一般采用改变电容c 作频率量程切换（粗调），而调节r作量程内的频率细调。
第四小节：电容测量电路的设计；
图示的电路图为五量程测量电路，其输出电压通过ac/dc（交流转直流）转换器和a/d（模拟换数字）转换器，驱动液晶显示器，即获得测量值，方框图如图2，其中ac/dc转换器、a/d转换器和液晶显示器是dt890c+数字多用表中的公用电路。
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