課程設(shè)計---大電容測量儀模擬信號部分電路設(shè)計

1、<p>　　大電容測量儀模擬信號部分電路設(shè)計</p><p><b>　　1、方案論述</b></p><p>　　方案一：把待測電容量轉(zhuǎn)化成脈沖的寬窄，圖一喂其組成框圖。根據(jù)電容充放電規(guī)律，利用充放電開關(guān)、電壓比較器和郁悶構(gòu)成的電路可以把待測電容量轉(zhuǎn)化為脈沖的寬窄。只要把此脈沖和頻率固定不變的方波相與，便可得到計數(shù)脈沖，將它送給計數(shù)器便可實現(xiàn)對電容的測量。

2、設(shè)計包括方波發(fā)生電路，充放電開關(guān)電路，電壓比較器及衰減整形電路。這樣的電路設(shè)計使得電容的測量更加精確，更方便后續(xù)電路的測量。</p><p>　　圖一 方案一的設(shè)計框圖</p><p>　　方案二：把電容量轉(zhuǎn)化為直流電壓量，圖二為其族正框圖。吧三角波輸入給微分電路（吧電容作為微分電路的一部分），在電路參數(shù)合適的條件下，輸出幅度與成正比，再經(jīng)過峰值檢測電路或精密整流電路及濾波電路，科技得到與

3、成正比的直流電壓，這樣電容量就被轉(zhuǎn)化為直流電壓量，從而很容易被后續(xù)電路測量。</p><p>　　圖二 方案二的設(shè)計框圖</p><p>　　據(jù)以上所示，綜合考慮以上兩方案，雖然方案一比較簡單，但是所用到的原理和其中使用的電子原件涉及到數(shù)字電路所學(xué)課程，目前還很難將其涉及到的知識全面的掌握。方案二所用知識均為本學(xué)期模擬電路所學(xué)內(nèi)容，實驗結(jié)果簡單直觀，方便后續(xù)電路測量，因此我選擇方案二。&l

4、t;/p><p>　　2、電路工作原理及說明</p><p>　　此電路由三部分組成：三角波發(fā)生器、含被測電容的微分電路、整流電路、濾波電路。電路框圖如圖二所示。</p><p><b>　　2.1三角波發(fā)生器</b></p><p>　　在方波電路中，，將方波電壓作為積分運算電路的輸入，其輸出就得到三角波電壓。電路如圖三所

5、示：</p><p><b>　　圖三 三角波發(fā)生器</b></p><p>　　2.2含被測電容的微分電路</p><p>　　微分電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)（即電路的時間常數(shù)），R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。電容C上的電壓開

6、始因充電而增加。而流過電容C的電流則隨著充電電壓的上升而下降。電路如圖四所示：</p><p>　　圖四 含被測電容的微分電路</p><p><b>　　2.3整流電路</b></p><p>　　整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，。本次可設(shè)電路我用的是精密整流電路。該電路的功能是將微弱的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。整流電路的輸出保留輸入電壓的形狀，

7、而僅僅改變輸入電壓的相位。電路如圖五所示：</p><p><b>　　圖五 精密整流電路</b></p><p>　　分析由U5所組成的反向求和運算電路可知，輸出電壓</p><p>　　當(dāng)時，二極管D1截止，；</p><p>　　當(dāng)時，二級管D1導(dǎo)通，；</p><p><b>　

8、　所以</b></p><p>　　本電路就實現(xiàn)了全波整流的功能。無論是正的信號還是負的信號轉(zhuǎn)換為正的。</p><p><b>　　2.4濾波電路</b></p><p>　　有源濾波電路是對于信號的頻率具有選擇性的電路，它的功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而組織其他頻率信號通過。電路如圖六所示。</p><

9、p><b>　　圖六 濾波電路</b></p><p>　　3、電路性能指標(biāo)的測試</p><p>　　3.1分別選取700ｐｆ和100µｆ的電容作為測試電容，測試電路如圖七所示</p><p>　　圖七 電路測試仿真圖</p><p>　　3.2三角波發(fā)生器測試結(jié)果波形圖</p><

10、p>　　測試電容為100µｆ時三角波發(fā)生器測試波形圖如圖八所示，測試電容為700 ｐｆ時三角波發(fā)生器測試波形圖如圖九所示。</p><p>　　圖八 測試電容為100µｆ時三角波發(fā)生器測試波形圖</p><p>　　圖九 測試電容為700ｐｆ時三角波發(fā)生器測試波形圖</p><p>　　3.3微分電路測試結(jié)果</p>&l

11、t;p>　　測試電容為100µｆ時微分電路測試波形圖如圖十所示，測試電容為700ｐｆ時微分電路測試波形圖如圖十一所示。</p><p>　　圖十 測試電容為100µｆ時微分電路測試波形圖</p><p>　　圖十一測試電容為700ｐｆ時微分電路測試波形圖</p><p>　　3.4整流電路測試結(jié)果</p><p>　

12、　測試電容為100µｆ時整流測試波形圖如圖十二所示，測試電容為700ｐｆ時整流測試波形圖如圖十三所示。</p><p>　　圖十二 測試電容為100µｆ時整流測試波形圖</p><p>　　圖十三 測試電容為700ｐｆ時整流測試波形圖</p><p>　　3.5濾波之后電路測試結(jié)果</p><p>　　測試電容為100&#

13、181;ｆ時濾波之后測試波形圖如圖十四所示，測試電容為700ｐｆ時濾波后測試波形圖如圖十五所示。</p><p>　　圖十四 測試電容為100µｆ時濾波之后測試波形圖</p><p>　　圖十五 測試電容為700ｐｆ時濾波后測試波形圖</p><p>　　3.6 試驗結(jié)果處理與分析</p><p>　　有仿真結(jié)果可以看出，帶側(cè)電容量

14、的大小確實可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷旱拇笮?，直流電壓的大小很容易被后虛電路所測量，本實驗達到了預(yù)期的效果。</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計電路綜合了三角波發(fā)生器，含被測電容的微分電路，整流電路，濾波電路等模塊，從測試結(jié)果可以看出，電路的各項性能指標(biāo)均達到了課程設(shè)計任務(wù)書中的要求，而且電路比較簡單，容易實現(xiàn)。</p>&l

15、t;p><b>　　5.性價比</b></p><p>　　本次課程設(shè)計所使用的實驗器材均比較普遍，而且市場價位不高，成本較低，可用于實驗室等地，本設(shè)計的性價比還是比較高。</p><p><b>　　附錄Ⅰ 元器件清單</b></p><p>　　附錄Ⅱ 整體電路原理圖</p><p>&l

16、t;b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.孫梅生主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計. [M]北京：高等教育出版社，1997年8月</p><p>　　2.李秀人主編. 電子技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo). [M]北京：國防工業(yè)出版社，2006年9月</p><p>　　3.孫肖子主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). [M]西安：電子科大出版社，2005年7月</p

17、><p>　　4. 童詩白，華成英主編者. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). [M]北京：高等教育出版社，2006年。</p><p>　　5. 楊剛，周群主編. 電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐. [M]北京：電子工業(yè)出版社， 2007年6月，P78~81。</p><p>　　6．吳運昌,模擬集成電路原理與應(yīng)用，華南理工大學(xué)出版社，1995。</p><p>　　7．徐