大电容测量仪模拟信号部分电路设计

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1、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

2、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

3、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

4、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1.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

5、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。