1、電容測試儀的設計與制作作者：谷明先【摘要】：本次所設計的電容測試儀電路主要是由IC1NE555組成的基準電路、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、成本低、使用方便等優點。電容測試儀在工業生產中是非常重要的，它可用于生產廠對某一產品所用電容的檢驗，可保證產品質量的一致，同時也便于產品出廠前的質量檢驗。【關鍵詞】：555定時器 穩壓電路 延時電路 比較電路第一章 方案的選擇與論證1.設計要求（1）該電路能校準測試電容容量（2）被測電容的容量在0.01F至100F范圍內（3）測量誤差小于20% （4）自制+5V穩壓直流電源2.方案論證方案1 圖1此電路是由標準電容、電位器與被測

2、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，產生約500Hz的脈沖價值點橋的一個輸入端。調節電位器使耳機中聽到的聲音最小，電橋達到平衡。這時在電位器旋鈕刻度盤上所標的數值便是被測電容的容量。其電路圖見圖1。方案2圖2將一個基準電容和一個被側電容分別放入基準電路和對比測試電路，然后通過指示電路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，可通過改變基準電容進一步測得被測電容的基本容量。其電路圖見圖2方案確定 第一方案雖然簡單，但是其輸入不穩定，會導致其測試不準，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電容

3、相等，而且還能測出被測電容的基本容量。比較之，選擇第二方案作為本次設計方案。第二章 電源電路的設計一設計思路（1）利用二極管的單向導電性對220V交流電壓進行整流，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行濾波，以減少其脈動量。還要對濾波后的直流電壓進行穩壓。（2）使用可以輸出正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型的三端穩壓器CW7812、 CW7912做出穩壓電路。二電源電路 用二極管的單向導電性組成整流電路，可將交流電壓變為單向脈動電壓。把整流二極管當作理想元件，即認為它的正向導通電阻為零，而反向電阻為無窮大。220電源通過全波整流降壓為15V左右的電壓通過濾波穩壓變為

4、5V的穩定電源。電源電路組成框圖見圖3。電路圖見附錄二。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _圖3三單元電路1.整流與濾波電路圖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。圖4(a) 圖4（b）整流過程中，四個二極管兩兩輪流導通，正負半周內都有電流流過RL。例如，當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

5、出發流經二極管VD1、負載電阻RL和二極管VD2，最后流入變壓器端，并在負載RL上產生電壓降u0;反之，當u2為負半周時，二極管VD3、VD4因加正向電壓導通，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VD3、RL和VD4，并同樣在RL上產生電壓降u0。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：U0=0.9U2而二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半，即：URM=1.414 U2 圖5在穩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

6、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的關系為： 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過每只二極管的平均電流為： 其中：R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數RC應滿足：其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。2、穩壓電路由于輸入電壓u1發生波動、負載和溫度發生變化時，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定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流

7、電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。集成穩壓器的類型很多，在小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。常固定電壓輸出穩壓器見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負電壓輸出集成穩壓器。三端是指穩壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數字表示輸出電壓的穩定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩壓器使用時，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo

8、的電壓差UI - Uo 2V。穩壓器的靜態電流Io = 8mA。當Uo = 5 18V時，UI的最大值UImax= 35V；當Uo=18 24V時，UI的最大值UImax = 40V。 可調式三端集成穩壓器可調式三端集成穩壓器是指輸出電壓可以連續調節的穩壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩壓器；有輸出負電壓的CW337系列（LM337）三端穩壓器。在可調式三端集成穩壓器中，穩壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調節端。穩壓器輸出電壓的可調范圍為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第三章 主電路的工

9、作原理1.工作原理 本電路主要有三部分組成：一個基準電路一個測試對比電路和一個指示電路。電路中，IC1組成測試基準電路，他是由NE555與R1R2及C1組成的單穩態電路，SB1是它的觸發按鈕開關，按下SB1后單穩態電路啟動，單穩態電路的暫穩態時間由Td1=1.1(R1+R2)C1決定，改變其中任何一個元件的數值，Td1隨之改變，電路的輸出狀態也會改變。電路中的C1為對比測量時所用的基準電容，它要根據檢測品種的需要隨時變換。使用時，按動SB1，為IC1的2腳輸入一個負向脈沖，單穩態電路啟動，3腳輸出高電平，C1開始充電，電路進入暫穩延時狀態，充電結束后，單穩態電路恢復穩態，NE555的3腳恢復低

10、電平。IC2組成被測電容測試對比電路，它是由NE555與被測電容Cx組成的另一個單穩態電路，它的單穩態時間由TD2=1.1R5Cx決定。它和基準電路共用一個啟動開關SB1，測試時按下SB1兩電路同時啟動。如果被測電容Cx和基準電容C1的容量完全相同，兩個單穩態電路的Td相等，即它們的輸出狀態完全相同。則當按下SB1后，IC1和IC2同時輸出高電平，延時結束后兩電路同時恢復低電平。這時LED1和LED2同時發光，但HTD的兩端因同時出現等電位，因此不會發聲。如果被測電容CX的容量大于基準電容C1的容量，則會出現被測電容的Td2大于基準電容的Td1。這是就會出現這樣的結果:當按下SB1兩電路同時啟

11、動并經延時后，IC1首先由高電平恢復低電平，IC2則隨后恢復低電平。在IC1首先由高電平恢復低電平后，由于IC2仍為高電平，就會出現IC1由高電平恢復低電平的瞬間，IC2輸出的高電平通過VD6-HTD-VD3構成回路，使HTD發出鐺的一聲，同時LED1首先熄滅。這種測試結果表明：被測電容Cx的容量大于基準容量C1.反之，當被測電容Cx的容量小于基準電容C1時，IC2的輸出端比IC1首先恢復低電平。輸出電路會出現由VD4-HTD-VD5構成回路，在IC2恢復低電平的瞬間發出擋的一聲，同時LED2首先熄滅。2.電路原理圖電路原理圖見附錄一第四章 電路的組裝與調試1.電路的組裝 組裝該電路時由于不了

12、解NE555定時器的作用和各個引腳的功能，通過上網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。2.電路的調試 在組裝好電路后發現NE555定時器兩輸出端的電壓是一樣的，此時的現象應該是兩個燈同時亮同時滅。但現象不是這樣的，經過老師的檢查發現該555定時器是壞的，結果換了一個元件現象就出來了。當發光二集管亮時：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，當發光二集管不亮時：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，現象應該是LED1先滅，LED2亮，此時喇叭響一聲。但發現現象為燈是亮的，喇叭

13、不響。再測一下發現經過喇叭之間的電流過大導致喇叭不響。將喇叭用發光二極管代替以后現象就正確了。3.電源的調試 在組裝好電源后，測出其輸出電壓為3.2V，但理論值應該是5V，經過檢查后發現變壓器是好的，接下來就檢查穩壓器的問題發現該穩壓器的3端輸出電壓不正確，換個穩壓器后現象就正常了。再用萬用表測出該電路經過整流后的電壓和經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。 心得體會在本次畢業設計中，不僅提高了我的動手能力，還是我對電路的設計有了基本的了解，對單穩態電路有了更深的認識。在設計中采用了分塊化的設計，這樣有助于檢查和調試。本次設計主要用到了數字電子的相關知識，主要書集有

14、數字電子技術基礎和555集成電路應用精粹，我又通過查一些其它相關資料，對數字電子有了進一步的了解。經過此次的鍛煉為今后的學習和工作奠定了較好的基礎。經過一個多月的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個大專生的畢業設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，想要完成本次畢業設計時相當困難的。經過畢業設計讓我明白了一件事：做一件事情，不必過于在乎最終的結果，可貴的是過程中的收獲。只要我努力了就會有收獲。致謝時光飛逝，轉眼間一個月的畢業設計就要結束了，也就是說我們3年的大學生活就要結束了，我們即將走向社會，為創造我們的美好未來而努力工作。而這一個月的畢業設計讓我增加了不少的實踐經驗，為我不久進入社會打下良好的基礎，我現、在充滿信心，我相信我會成功！在這次畢業設計中我由衷的感謝指導老師陳慕銘老師辛勤的指導和耐心的幫助。使我將所學知識運用到實踐操作當中，并給我提出了許多寶貴的意見。還要感謝在此次