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中南林业科技大学涉外学院 数字电容测量电路 目录 实验目的 实验内容 设计方案 系统设计 4.1.电容恒定充电电路 4.2.比较器电路 4.3.555多谐振荡器 4.4.七位二进制计数器4024与LED灯显示 五、性能与调试分析 六、总结 七、参考文献 实验目的 1）.识别电阻，电容等电子元件器件及性能指标。 2）.了解555定时器，4024，LM358，74LS04集成块的使用。 3）.理解数字电容测量电路各个部件的原理。 4）.清楚焊接电子元件的注意事项,熟练操作焊接电子器件。 5）.明白电路的调试以及电路的性能分析 实验内容 本实验通过对电容器加以均匀充电，利用充电的时间来确定电容的电量，即C IT/U。电容充电时间由555定时器产生的定时脉冲时间乘上电容器电压到达指定的电压值的时间确定。最后由4024计数器计算脉冲个数，再用LED灯显示所测电容的数值。根据本实验的设定，R1选取82K,被测电容为1UF，每0.04秒产生一个脉冲，则每1UF产生一个计数值，7个LED灯可以产生0000000-1111111（0-127）个状态，即读取的LED值则为所测电容的容量。 设计方案 电容器的一个重要特征是能够充电，当充电电流恒定不变时，电容电压将随充电过程的进行其电压均匀增加，在充电电流恒定的情况下，充到一定的电压所用的时间将与电容器电容成正比，电容量越大，充电时间越长，电容量越小，充电时间越短。由Q CU得IT CU则 C IT/U，可见，可以通过充电时间的长短来测量电容。 电容器均匀充电电路用于给电容充以均匀的电压，利用电容充到一定电压所用的时间长短来测量电容比较器把电容两端的电压与一个经一定电阻分压确定的比较电压进行比较，在电容两端的电压小于设定的比较电压时表示电路处于测试阶段，当电容两端的电压大于设定的比较电压时表示电路处于准备阶段 555多谐振荡为控制信号产生电路，在电容电压小于设定比较电压期间，其产生的脉冲个数是与电容C正比，通过数据设计，可使一个脉冲对应一个电容单位。 二进制计数器电路用于计数输入的脉冲个数来确定电容的大小。LED 显示电路用于显示计数的值，选取7个LED灯可以产生2的7次方即128 个状态，根据LED的熄灭自接读取电容的容值。 系统设计 根据设计方案的要求，取555多谐振荡器的振荡频率为f 25HZ,即周期为T 0.04S，确定电阻电容值以电容增加1UF正好产生一个脉冲。选取4024七段二进制计数器。系统设计电路全图如图A所示： 图A 4.1.电容恒定充电电路 电路的关键是有一个对电容器充电的恒定电流电路。当S1，S2断开时，运放UIA的同相输入端电位等于反相输入端的电位为：VCC*R3/ R2+R3 ，按本电路所确定的电阻阻值，在运放UIA的同相输入端产生一2.245V，也就是反相输入端的电压。所以被测电容C的充电电流等于R1的电流，即从右到左的电流为2.245/82 0.0274mA。因此，在运放UIA的输出端的电位从开始充电时起的2.245V逐渐增加。电路如图B所示: 图B 4.2.比较器电路 UIB构成比较器，比较电压为3.33V，比较电压的大小是由电阻R4、R5决定的，也可以选用其它电阻而改变比较电压，只是注意到比较电压必须大于运入UIA输出端初始电压，而且不能太接近。变化电压就是UIA的输出电压（从2.245V逐渐增加）到比较电压。在初始状态时，Un 0，所以Ur 0，使得发光二极管D1亮。开始测量后，Un 1，所以Ur 1，使得发光二极管D2亮。但当变化电压增加到3.33V时，比较器输出0，使得Ur 0，使得发光二极管D1亮。可见： 发光二极管D1亮时，表示电路处于准备阶段或表示测量过程结束，发光二极管D2亮时，表示电路处于测量阶段。电路如图C所示： 图C4.3.555多谐振荡器 555多谐振荡器控制信号产生电路。在初始状态时Ur 0,振荡器不工作，开始测量后。Ur 1，振荡器工作，当变化电压增加到3.33V时，Ur 0，振荡器立即停止工作，所以振荡器是在变化电压从2.245V变化到3.33V期间工作。此期间产生的脉冲个数是与电容成正比的。数据设计合理，可以使得1个脉冲数对应1个电容单位。电路设计图如上。由本电路图设计，1个脉冲对应容量1uF，这样计数器输端输出的数字就是直接可以读出的电容器的电容量。设计多谐振荡器频率为f 25HZ，即周期为T 0.04秒。由关系式f 1.43/ 2R7+R8 C1 确定R9、R10、C2的值。以上电路选用R9 240K，R10 100K，C2 104，下面确定R1的值，被测电容就是1uF，此时就只能产生一个脉冲，即电容在测量过程中的时间为0.04秒，所充电压为：3.33V-2.245V 1.088V。因电容Q CU，即IT CU即0.04