大电容测量仪模拟信号部分电路设计
- 格式：docx
- 大小：198.01 KB
- 文档页数：5
大电容测量仪模拟信号部分电路设计
1.方案论述
方案一：把待测电容量转化成脉冲的宽窄，图一为其组成框图。
根据电容放电规律，利用充放电开关、电压比较器和与门构成的电路可以把待测电容量转化为脉冲的宽窄。
只要把此脉冲和频率固定不变的方波相遇，便可得到计数脉冲，将它送给计数器，便可实现对电容的测量。
设计包括方波发生电路、充放电开关电路、电压比较器及衰减整形电路。
这样的电路设计使得电容的测量更加精确，更方便后续电路的测量。
方案二：把电容量转化为直流电压量，图二为其族正框图。
把三角波输入给微分电路（把电容作为微分电路的一部分），在电路参数合适的条件下，输出幅度与Cx成正比，再经过峰值检测电路或精密整流电路及滤波电路，可得到与Cx成正比的直流电压Vx，这样电容量就被转化为直流电压量，从而很容易被后续电路测量。
据以上所示，综合考虑以上两方案，虽然方案一比较简单，但是所用到的原理和其中使用的电子元件涉及到梳子电路所学课程，目前还很难将其涉及到的知识全面掌握。
方案二所用知识均为本学期模拟电路所学内容，实验结果简单直观，方便后续电路测量，因此我选择方案二。
2.电路工作原理及说明
此电路由三部分组成：三角波发生器、含被测电容的微分电路、整流电路、滤波电路。
电路框图如图二所示。
2.1三角波发生器
在方波电路中，将方波电压作为积分运算电路的输入，其输出就得到三角波电路如图三所示：
图三三角波发生器
2.2含被测电容的微分电路
微分电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。
而对恒定部分则没有输出。
输出的尖脉冲波形的宽度与R*C 有关（即电路的时间常数），R*C越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。
电容C上的电压开始因充电而增加。
而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。
电路如图四所示：
图四含被测电容的微分电路
2.3整流电路
整流电路将交流电转换为直流电。
本次课设电路我用的是精密整流电路。
该电路的功能是将微弱的交流电压转换成直流电压。
整流电路的输出保留输入电压的形状，而仅仅改变输入电压的相位。
电路如图五所示：
图五精密整流电路
分析组成的反向求和运算电路可知：
本电路实现了全波整流的功能。
无论是正的信号转换为负的还是负的信号转换为正的。
2.4滤波电路
有源滤波电路是对于信号的频率具有选择性的电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而组织其他频率信号通过。
电路如图六所示：
图六滤波电路
3.电路性能指标的测试
3.1分别选取700pf和100pf的电容作为测试电容，测试电路如图七所示
图七电路测试仿真图
3.2三角波发生器测试结果波形图
测试电容为100uf时发生器测试波形图如图八所示，测试电容为700pf时三角波发生器测试波形如图九所示
3.3微分电路测试结果
测试电容为100uf时微分电路测试波形图如图十所示，测试电容为700pf 时微分电路测试波形图如图十一所示。
