三位数字电容表 - 图文

电子线路课程设计报告

设计课题： 三位数字电容表

专业班级：新能源科学与工程 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 2015.7.11-7.15

常熟理工学院 物理与电子工程学院

题目 三位数字电容表

一、设计任务与要求

1.使用交流220V单相供电，经整流变压产生直流电，供给整个电路工作。 2.电容表测量范围1～999?F，使用3 位数码管显示。

3.电路设有启动按钮、复位按钮。按启动按钮后，电路开始测试，测试结束后，显示待测电容值。按复位按钮，电路复位，显示值清零，准备下一次测试。 参考原理框图

图1 原理框图表示

参考原理：采用间接法测量电容的容量。电容器的充电时间和其容量大小有关，容量大的电容需要的充电时间长；容量小的电容需要的充电时间短。当选定固定电阻后，充电时间就与电容容量大小成正比。利用电容这一特性，将被测电容的充电时间作为门控信号，将基准脉冲发生电路所提供的脉宽作为测量尺度，在被测电容充电时间的同时，将控制闸门打开，让计数与显示电路统计并显示输入计数器脉冲的个数，电容充电结束的同时将控制闸门关闭，计数器显示的脉冲个数即为被测电容的容量。

二、方案设计与论证

1．因为电容器的充电时间和其容量大小有关，所以可以将待测电容放入电路中，通过测量电容充电时间来测量电容值，用555定时器组成单稳态触发器，所以单稳态的高电平持续时间就是电容充电时间。

2． 用555定时器组成多谐振荡器产生标准脉冲，作为单稳态发生电路所提供的脉宽的测量标准测量尺度。

3．用计数器对一个脉宽时间内的脉冲个数计数，计数器显示的脉冲个数即为被测电容的容量。 4．基本原理计算公式

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c?Tct

三、单元电路设计与参数计算

1.使用交流220V单相供电，经整流变压产生直流电5V

图2 直流电5V

2.555定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡器的工作原理：

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称作多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。

由555定时器构成的多谐振荡器如图1（a）所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并联后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压Uc为低电平，小于(1/3)Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压Uc按指数规律上升，当Uc上升到（2/3）Vcc时，输出Uo为低电平，放电管VT导通，把Uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间Tph

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的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=0.7（R1＋R2）C。 由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第个暂稳态，其维持时间Tpl的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放＝0.7R2C随着C的放电，Uc下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时，输出Uo为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。

根据Uc的波形图可以确定振荡周期为 T=Tpl+Tph Tph对应充电时间 Tph=0.7（R1+R2）C Tpl对应放电时间 Tpl=0.7R2C

振荡周期 T=Tpl+Tph=0.7（R1+2R2）C 振荡频率 f=1/T

图3 555多谐振荡器

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