电容测试仪的设计.pdf

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电容测试仪的设计李晓虹（武汉工程职业技术学院湖北武汉：

）摘要针对常用数字万用表电容档测量范围较窄，设计了一款电容测试仪，解决了实验中常用较大容量值电容检测的问题，提高了实验的效率。

关键词电容测试仪；电容；容量中图分类号：

文献标识码：

文章编号：

（）收稿日期：

作者简介：

李晓虹（），女，副教授：

电容是电子设备中最基础也是最重要的元件之一，基本上在所有的电子设备中都可以见到它的身影。

作为一种最基本的电子元器件，在许多情况下需要对电容进行测量，然而目前武汉工程职业技术学院电工电子实验室常用的万用表存在下面几种情况：

有的数字万用表没有电容档，无法测量电容值；有的数字万用表设有电容测量功能，通常其电容档的测量值最大为，测量范围较窄；而用指针式万用表电阻档，只能判断电容的好坏，不能测量电容的容量。

所以设计一台简易电容测试仪，在一个较大的范围内测量并显示电容器的容量值是很有必要的。

电容测试仪的功能和框图该电容测试仪的功能是测试电容器的容量，用三位数字显示测量结果，量程为，测量时间不大于，电源电压。

电容测试仪整机框图如图所示。

首先将被测电容的容量值变换成与其成正比的脉冲宽度；再用该脉冲控制控制门电路，对标准的时钟脉冲进行计数，控制脉冲宽则记录的数值大，脉冲窄则记录的数值小，从而反映电容量的大小；最后，通过译码显示电路显示出电容器的容量值。

电容测试仪整机电路图及工作原理电容测试仪整机电路如图所示。

其中：

、：

、：

、：

是集成电路芯片内部四个功能相同的输入与非门；：

、：

是集成电路芯片内部两个功能相同的码同步加法计数器，同理：

是集成电路芯片中的一个计数器；、是集成电路芯片七段显示译码器。

图电容测试仪整机框图时钟脉冲产生电路由定时器、电容、电阻、组成时钟脉冲产生电路，电路接通电源后在的端产生了连续的时钟脉冲，周期（），频率，波形如图（）所示。

控制脉冲产生电路由定时器和电阻、电容、反相器：

（由一个与非门连接而成）组成单稳态控制脉冲产生电路。

当被测电容接入电路后，按一下按钮即给的端一个负脉冲，使的端输出一个脉宽为的正脉冲，波形如图（）所示。

该控制脉冲的宽度与成正比，若固定不变，则在宽度内的计数时钟脉冲的个数与的容量值成正比，由此达到测量电容容量的目的。

图电容测试仪整机电路图由于要求的变化范围是，且测量的时间不大于，即最大时（），不超过，由可求得，而实际硬件电路为了方便调试可选用一个的电位器。

控制门电路图控制门电路与波形控制门电路如图（）所示，输出为：

工作原理：

（）计数控制脉冲由的端输出一个单脉冲经反相器：

（由一个与非门连接而成）由的端输出计数控制脉冲，波形如图（）所示。

送至的清零端端和的锁存端端，当为低电平时，正常计数，同时正常译码并驱动数码管显示计数器送来的信号；当为高电平时，计数器清零，同时锁存，使数码管保持原显示不变。

（）计数脉冲由的端输出一个频率为的时钟脉冲，由的端输出一个单脉冲，此、信号经与非门：

、反相器：

（由一个与非门连接而成）由的端输出计数脉冲，波形如图（）所示，给计数器提供计数时钟脉冲。

三位数字计数译码显示电路该单元电路由计数器、七段显示译码器和共阴数码管、限流电阻组成。

（）计数器三个计数器：

、：

、：

分别是计数范围为的三位计数器的百位、十位、个位，计数脉冲接入个位计数器：

的端（端），计数控制脉冲接入三个计数器的端。

当为低电平时，计数器正常计数；当为高电平时，计数器清零。

（）显示译码电路每个计数器的四个输出端、分别与相对应的七段显示译码器的四个输入端、相连，的灯测试端和熄灭控制端接高电平。

的输出端经限流电阻分别与相对应的共阴数码管武汉工程职业技术学院学报的输入端相连，由限流电阻决定数码管的工作电流的大小，从而调节数码管的亮度。

计数控制脉冲接入三个的锁存端端，当端为低电平时，处于正常译码显示状态，输出端随输入端而变化，驱动共阴数码管显示数码；当端为高电平时锁存器锁定，输出端保持不变，使数码管锁存显示计数器最终所计数值，该数值即为所测电容的容量值。

仿真结果软件是英国公司推出的一款功能较为全面的电子设计自动化工具软件，由电子系统仿真平台软件和布线编辑软件构成。

使用的仿真平台设计绘制出电容测试仪整机电路并进行系统调试和仿真，反复调试后确定选择（其它参数见图），设置不同的值，该电容测试仪仿真测量结果见表。

由表可见，仿真测量的容量值与被测电容的容量值一致，图即时的仿真测量结果图。

电路设计达到了要求。

表时电容测试仪仿真测量结果被测电容（）测量容量值（）硬件电路制作与测试按照仿真成功的电路图及参数实际连接电容测试仪的硬件电路，由于是制作仪表，所选电阻、电容等元件必须是高精度的，因此用万用表选择实际值与标称值相同或非常接近的元件。

为了方便实际电路的调试，采用一个的电位器作为，接入电路前先将其值调到。

正确连接电路无误后，用一个标称值为的电容作为进行调试，该电容先用型数字万用表（最高测量电容容量值的档位为）测得其实际容量值为，接入电路后反复微调电位器直至使数码管锁存显示。

然后用该电容测试仪测量实验室常用电解电容的容量值，测量结果见表。

表电容测试仪实测电容被测电容标称容量（）额定电压（）万用表测容量值（）电容测试仪测容量值（）由表可见，以下的电容测试仪所测容量值与万用表测量值一致，以上的电容测试仪所测容量值与标称容量值十分接近，电容测试仪制作完成。

结论设计的电容测试仪达到了规定的技术要求。

这种将仿真软件引入进行综合性的电子电路设计的方法，使得前期设计既直观生动，又降低了设计成本；在仿真成功的基础上，进一步制作出硬件电路，使得设计的效率显著提高。

参考文献任为民电子技术基础课程设计北京：

中央广播电视大学出版社，周润景，张丽娜基于的电路及单片机系统设计与仿真北京：

北京航空航天大学出版社，：

，：

；（责任编辑：

栗晓）李晓虹：

电容测试仪的设计