畢業(yè)論文---電容測試儀的設(shè)計與制作

1、<p>　　電容測試儀的設(shè)計與制作</p><p>　　【摘要】：本次所設(shè)計的電容測試儀電路主要是由IC1NE555組成的基準(zhǔn)電路、對比電路和指示電路。測量相同容量的電容，此裝置簡單易實現(xiàn)、成本低、使用方便等優(yōu)點。電容測試儀在工業(yè)生產(chǎn)中是非常重要的，它可用于生產(chǎn)廠對某一產(chǎn)品所用電容的檢驗，可保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致，同時也便于產(chǎn)品出廠前的質(zhì)量檢驗。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：55

2、5定時器 穩(wěn)壓電路 延時電路 比較電路</p><p>　　第一章 方案的選擇與論證</p><p><b>　　1.設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）該電路能校準(zhǔn)測試電容容量（2）被測電容的容量在0.01μF至100μF范圍內(nèi)</p><p>　　（3）測量誤差小于20% （4）自制+5V穩(wěn)壓直流電源<

3、;/p><p><b>　　2.方案論證</b></p><p><b>　　方案1</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　此電路是由標(biāo)準(zhǔn)電容、電位器與被測電容組成一個四臂電橋。由NE555與R1、R2及C1組成一個脈沖振蕩器，產(chǎn)生約500Hz的脈沖

4、價值點橋的一個輸入端。調(diào)節(jié)電位器使耳機(jī)中聽到的聲音最小，電橋達(dá)到平衡。這時在電位器旋鈕刻度盤上所標(biāo)的數(shù)值便是被測電容的容量。其電路圖見圖1。</p><p><b>　　方案2</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　將一個基準(zhǔn)電容和一個被側(cè)電容分別放入基準(zhǔn)電路和對比測試電路，然后通過指示電路

5、可看出兩個電容是否相等，若LED1和LED2同時熄滅，說明兩電容相等，否則，說明兩電容不相等，可通過改變基準(zhǔn)電容進(jìn)一步測得被測電容的基本容量。其電路圖見圖2</p><p><b>　　方案確定</b></p><p>　　第一方案雖然簡單，但是其輸入不穩(wěn)定，會導(dǎo)致其測試不準(zhǔn)，誤差大；第二方案電路也簡單，不僅能測試被測電容是否與基準(zhǔn)電容相等，而且還能測出被測電容的基本

6、容量。比較之，選擇第二方案作為本次設(shè)計方案。</p><p>　　第二章 電源電路的設(shè)計</p><p><b>　　一．設(shè)計思路</b></p><p>　?。?）利用二極管的單向?qū)щ娦詫?20V交流電壓進(jìn)行整流，使其成為脈動的直流電壓，再利用電容或電感的儲能特性對脈動的直流電壓進(jìn)行濾波，以減少其脈動量。還要對濾波后的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。<

7、;/p><p>　?。?）使用可以輸出正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型的三端穩(wěn)壓器CW7812、 CW7912做出穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　二．電源電路</b></p><p>　　用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，可將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動電壓。把整流二極管當(dāng)作理想元件，即認(rèn)為它的正向?qū)娮铻榱?，而反向電阻為無窮大。220電源通過全波

8、整流降壓為15V左右的電壓通過濾波穩(wěn)壓變?yōu)?V的穩(wěn)定電源。電源電路組成框圖見圖3。電路圖見附錄二。</p><p>　　+ 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p>　　u1 u2 u3

9、 uI U0</p><p>　　_ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　三．單元電路</b></p>&l

10、t;p><b>　　1.整流與濾波電路</b></p><p>　　圖4（a）是橋式整流電路。如圖4所示，變壓器的次級只有一組線圈。但用四只二極管互相接成橋式形式，故稱為橋式整流電路。圖4（b）所示是其簡化法。</p><p>　　圖4(a) 圖4（b）</p><p>　　整流過程中，四個二極管兩兩輪流導(dǎo)通，正負(fù)半周內(nèi)都有電流流過RL

11、。例如，當(dāng)u2為正半周是（如圖中所示極性），二極管VD1和VD2因加正相電壓而導(dǎo)通，VD3和VD4因加反向電壓而截止。電流i′（如圖中實線所示）從變壓器端出發(fā)流經(jīng)二極管VD1、負(fù)載電阻RL和二極管VD2，最后流入變壓器端，并在負(fù)載RL上產(chǎn)生電壓降u0′;反之，當(dāng)u2為負(fù)半周時，二極管VD3、VD4因加正向電壓導(dǎo)通，而二極管VD1和VD2因加反向電壓而截止，電流i″(如圖中虛線所示)流經(jīng)VD3、RL和VD4，并同樣在RL上產(chǎn)生電壓降u0″

12、。由于i′和i″流過RL的電流方向是一致的，所示RL上的電壓u0為兩者之和，即u0= u0′+ u0″。橋式整流電路的波形如圖5所示，因而其輸出電壓為：</p><p><b>　　U0=0.9U2</b></p><p>　　而二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半，即：</p><p>　　URM=1.414 U2</p>&

13、lt;p><b>　　圖5</b></p><p>　　在穩(wěn)壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交壓u流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為：</p><p>　　在整流電路中，每只二極管所承受的最大反

14、向電壓為： </p><p>　　流過每只二極管的平均電流為：</p><p>　　其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)RC應(yīng)滿足：</p><p>　　其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。</p><p><b>　　2、穩(wěn)壓電路</b></p><p&

15、gt;　　由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓

16、電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。</p><p>　　①常固定電壓輸出穩(wěn)壓器</p><p>　　見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V

17、、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo ≥2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 ~ 18V時，UI的最大值UImax= 35V；當(dāng)Uo=18 ~ 24V時，UI的最大值UImax = 40V。</p><p>　?、诳烧{(diào)式三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓

18、器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)范圍為Uo=1.2 ~ 37V，最大輸出電流Iomax =1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為：UI -Uo = 3 ~ 40V</p><p>　　第三章 主電路的工作原理</p><p&

19、gt;<b>　　1.工作原理</b></p><p>　　本電路主要有三部分組成：一個基準(zhǔn)電路﹑一個測試對比電路和一個指示電路。電路中，IC1組成測試基準(zhǔn)電路，他是由NE555與R1﹑R2及C1組成的單穩(wěn)態(tài)電路，SB1是它的觸發(fā)按鈕開關(guān)，按下SB1后單穩(wěn)態(tài)電路啟動，單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)時間由Td1=1.1(R1+R2)C1決定，改變其中任何一個元件的數(shù)值，Td1隨之改變，電路的輸出狀態(tài)也會改

20、變。電路中的C1為對比測量時所用的基準(zhǔn)電容，它要根據(jù)檢測品種的需要隨時變換。使用時，按動SB1，為IC1的2腳輸入一個負(fù)向脈沖，單穩(wěn)態(tài)電路啟動，3腳輸出高電平，C1開始充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)延時狀態(tài)，充電結(jié)束后，單穩(wěn)態(tài)電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，NE555的3腳恢復(fù)低電平。</p><p>　　IC2組成被測電容測試對比電路，它是由NE555與被測電容Cx組成的另一個單穩(wěn)態(tài)電路，它的單穩(wěn)態(tài)時間由TD2=1.1R5Cx決定。它和基準(zhǔn)

21、電路共用一個啟動開關(guān)SB1，測試時按下SB1兩電路同時啟動。</p><p>　　如果被測電容Cx和基準(zhǔn)電容C1的容量完全相同，兩個單穩(wěn)態(tài)電路的Td相等，即它們的輸出狀態(tài)完全相同。則當(dāng)按下SB1后，IC1和IC2同時輸出高電平，延時結(jié)束后兩電路同時恢復(fù)低電平。這時LED1和LED2同時發(fā)光，但HTD的兩端因同時出現(xiàn)等電位，因此不會發(fā)聲。</p><p>　　如果被測電容CX的容量大于基準(zhǔn)電

22、容C1的容量，則會出現(xiàn)被測電容的Td2大于基準(zhǔn)電容的Td1。這是就會出現(xiàn)這樣的結(jié)果:當(dāng)按下SB1兩電路同時啟動并經(jīng)延時后，IC1首先由高電平恢復(fù)低電平，IC2則隨后恢復(fù)低電平。在IC1首先由高電平恢復(fù)低電平后，由于IC2仍為高電平，就會出現(xiàn)IC1由高電平恢復(fù)低電平的瞬間，IC2輸出的高電平通過VD6-HTD-VD3構(gòu)成回路，使HTD發(fā)出鐺的一聲，同時LED1首先熄滅。這種測試結(jié)果表明：被測電容Cx的容量大于基準(zhǔn)容量C1.</p&g

23、t;<p>　　反之，當(dāng)被測電容Cx的容量小于基準(zhǔn)電容C1時，IC2的輸出端比IC1首先恢復(fù)低電平。輸出電路會出現(xiàn)由VD4-HTD-VD5構(gòu)成回路，在IC2恢復(fù)低電平的瞬間發(fā)出擋的一聲，同時LED2首先熄滅。</p><p><b>　　2.電路原理圖</b></p><p><b>　　電路原理圖見附錄一</b></p>

24、;<p>　　第四章 電路的組裝與調(diào)試</p><p><b>　　1.電路的組裝</b></p><p>　　組裝該電路時由于不了解NE555定時器的作用和各個引腳的功能，通過上網(wǎng)和去圖書館查資料的方法了解了該電容測試儀的原理。插上面包板后電路就可以正常運行了。</p><p><b>　　2.電路的調(diào)試</b&

25、gt;</p><p>　　在組裝好電路后發(fā)現(xiàn)NE555定時器兩輸出端的電壓是一樣的，此時的現(xiàn)象應(yīng)該是兩個燈同時亮同時滅。但現(xiàn)象不是這樣的，經(jīng)過老師的檢查發(fā)現(xiàn)該555定時器是壞的，結(jié)果換了一個元件現(xiàn)象就出來了。當(dāng)發(fā)光二集管亮?xí)r：2腳電壓為4V ，3腳電壓為2.9V，且輸出脈沖波， 6、7腳均為2V，當(dāng)發(fā)光二集管不亮?xí)r：2腳電壓為4V，3腳電壓為0.6V ，6、7腳均為0V。再觀察Cx大于C1的情況，現(xiàn)象應(yīng)該是LE

26、D1先滅，LED2亮，此時喇叭響一聲。但發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象為燈是亮的，喇叭不響。再測一下發(fā)現(xiàn)經(jīng)過喇叭之間的電流過大導(dǎo)致喇叭不響。將喇叭用發(fā)光二極管代替以后現(xiàn)象就正確了。</p><p><b>　　3.電源的調(diào)試</b></p><p>　　在組裝好電源后，測出其輸出電壓為3.2V，但理論值應(yīng)該是5V，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)變壓器是好的，接下來就檢查穩(wěn)壓器的問題發(fā)現(xiàn)該穩(wěn)壓器的3端輸出電

27、壓不正確，換個穩(wěn)壓器后現(xiàn)象就正常了。再用萬用表測出該電路經(jīng)過整流后的電壓和經(jīng)過濾波后的電壓看是否符合條件，換上好的元器件后輸出電壓就正確了。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計中，不僅提高了我的動手能力，還是我對電路的設(shè)計有了基本的了解，對單穩(wěn)態(tài)電路有了更深的認(rèn)識。</p><p>　　在設(shè)計中采用

28、了分塊化的設(shè)計，這樣有助于檢查和調(diào)試。本次設(shè)計主要用到了數(shù)字電子的相關(guān)知識，主要書集有《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》和《555集成電路應(yīng)用精粹》，我又通過查一些其它相關(guān)資料，對數(shù)字電子有了進(jìn)一步的了解。經(jīng)過此次的鍛煉為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了較好的基礎(chǔ)。</p><p>　　經(jīng)過一個多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大專生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及一

29、起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成本次畢業(yè)設(shè)計時相當(dāng)困難的。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計讓我明白了一件事：做一件事情，不必過于在乎最終的結(jié)果，可貴的是過程中的收獲。只要我努力了就會有收獲。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間一個月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，也就是說我們3年的大學(xué)生活就要結(jié)束了，我們即將走向社會，為創(chuàng)造我們的美好未來而努力工作。而這一

30、個月的畢業(yè)設(shè)計讓我增加了不少的實踐經(jīng)驗，為我不久進(jìn)入社會打下良好的基礎(chǔ)，我現(xiàn)、在充滿信心，我相信我會成功！</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計中我由衷的感謝指導(dǎo)老師***老師辛勤的指導(dǎo)和耐心的幫助。使我將所學(xué)知識運用到實踐操作當(dāng)中，并給我提出了許多寶貴的意見。還要感謝在此次畢業(yè)設(shè)計過程中給我提供幫助的各位老師！最后我要感謝我的搭檔與我共同完成本次畢業(yè)設(shè)計并取得圓滿成功。</p><p>&

31、lt;b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　【1】廖先蕓：《電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練》，北京，高等教育出版社，2005.6</p><p>　　【2】周良權(quán)：《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京，高等教育出版社，2002.12 </p><p>　　【3】楊毅德：《模擬電路》，重慶，重慶大學(xué)出版社，2004.5 </p><p>