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文檔簡介
1、<p> 電容測試儀的設(shè)計與制作</p><p> 【摘要】:本次所設(shè)計的電容測試儀電路主要是由IC1NE555組成的基準(zhǔn)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(xiàn)、成本低、使用方便等優(yōu)點。電容測試儀在工業(yè)生產(chǎn)中是非常重要的,它可用于生產(chǎn)廠對某一產(chǎn)品所用電容的檢驗,可保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致,同時也便于產(chǎn)品出廠前的質(zhì)量檢驗。</p><p> 【關(guān)鍵詞】:55
2、5定時器 穩(wěn)壓電路 延時電路 比較電路</p><p> 第一章 方案的選擇與論證</p><p><b> 1.設(shè)計要求</b></p><p> (1)該電路能校準(zhǔn)測試電容容量(2)被測電容的容量在0.01μF至100μF范圍內(nèi)</p><p> ?。?)測量誤差小于20% (4)自制+5V穩(wěn)壓直流電源<
3、;/p><p><b> 2.方案論證</b></p><p><b> 方案1</b></p><p><b> 圖1</b></p><p> 此電路是由標(biāo)準(zhǔn)電容、電位器與被測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(chǎn)生約500Hz的脈沖
4、價值點橋的一個輸入端。調(diào)節(jié)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(biāo)的數(shù)值便是被測電容的容量。其電路圖見圖1。</p><p><b> 方案2</b></p><p><b> 圖2</b></p><p> 將一個基準(zhǔn)電容和一個被側(cè)電容分別放入基準(zhǔn)電路和對比測試電路,然后通過指示電路
5、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(zhǔn)電容進一步測得被測電容的基本容量。其電路圖見圖2</p><p><b> 方案確定</b></p><p> 第一方案雖然簡單,但是其輸入不穩(wěn)定,會導(dǎo)致其測試不準(zhǔn),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(zhǔn)電容相等,而且還能測出被測電容的基本
6、容量。比較之,選擇第二方案作為本次設(shè)計方案。</p><p> 第二章 電源電路的設(shè)計</p><p><b> 一.設(shè)計思路</b></p><p> (1)利用二極管的單向?qū)щ娦詫?20V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(wěn)壓。<
7、;/p><p> ?。?)使用可以輸出正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型的三端穩(wěn)壓器CW7812、 CW7912做出穩(wěn)壓電路。</p><p><b> 二.電源電路</b></p><p> 用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路,可將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動電壓。把整流二極管當(dāng)作理想元件,即認(rèn)為它的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。220電源通過全波
8、整流降壓為15V左右的電壓通過濾波穩(wěn)壓變?yōu)?V的穩(wěn)定電源。電源電路組成框圖見圖3。電路圖見附錄二。</p><p> + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p> u1 u2 u3
9、 uI U0</p><p> _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p><p><b> 圖3</b></p><p><b> 三.單元電路</b></p>&l
10、t;p><b> 1.整流與濾波電路</b></p><p> 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。</p><p> 圖4(a) 圖4(b)</p><p> 整流過程中,四個二極管兩兩輪流導(dǎo)通,正負(fù)半周內(nèi)都有電流流過RL
11、。例如,當(dāng)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(dǎo)通,VD3和VD4因加反向電壓而截止。電流i′(如圖中實線所示)從變壓器端出發(fā)流經(jīng)二極管VD1、負(fù)載電阻RL和二極管VD2,最后流入變壓器端,并在負(fù)載RL上產(chǎn)生電壓降u0′;反之,當(dāng)u2為負(fù)半周時,二極管VD3、VD4因加正向電壓導(dǎo)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(jīng)VD3、RL和VD4,并同樣在RL上產(chǎn)生電壓降u0″
12、。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:</p><p><b> U0=0.9U2</b></p><p> 而二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半,即:</p><p> URM=1.414 U2</p>&
13、lt;p><b> 圖5</b></p><p> 在穩(wěn)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(guān)系為:</p><p> 在整流電路中,每只二極管所承受的最大反
14、向電壓為: </p><p> 流過每只二極管的平均電流為:</p><p> 其中:R為整流濾波電路的負(fù)載電阻,它為電容C提供放電通路,放電時間常數(shù)RC應(yīng)滿足:</p><p> 其中:T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。</p><p><b> 2、穩(wěn)壓電路</b></p><p&
15、gt; 由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)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(wěn)定不變,還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度)發(fā)生變化時,能使輸出直流電壓不受影響,而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。</p><p> 集成穩(wěn)壓器的類型很多,在小功率穩(wěn)壓
16、電源中,普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式,此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。</p><p> ?、俪9潭妷狠敵龇€(wěn)壓器</p><p> 見的有CW78(LM78)系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器;CW79(LM79)系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)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(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值,有5V
17、、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時,要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo ≥2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 ~ 18V時,UI的最大值UImax= 35V;當(dāng)Uo=18 ~ 24V時,UI的最大值UImax = 40V。</p><p> ?、诳烧{(diào)式三端集成穩(wěn)壓器</p><p> 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓
18、器,有輸出正電壓的CW317系列(LM317)三端穩(wěn)壓器;有輸出負(fù)電壓的CW337系列(LM337)三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中,穩(wěn)壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)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</p><p> 第三章 主電路的工作原理</p><p&
19、gt;<b> 1.工作原理</b></p><p> 本電路主要有三部分組成:一個基準(zhǔn)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(zhǔn)電路,他是由NE555與R1﹑R2及C1組成的單穩(wěn)態(tài)電路,SB1是它的觸發(fā)按鈕開關(guān),按下SB1后單穩(wěn)態(tài)電路啟動,單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)時間由Td1=1.1(R1+R2)C1決定,改變其中任何一個元件的數(shù)值,Td1隨之改變,電路的輸出狀態(tài)也會改
20、變。電路中的C1為對比測量時所用的基準(zhǔn)電容,它要根據(jù)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(fù)向脈沖,單穩(wěn)態(tài)電路啟動,3腳輸出高電平,C1開始充電,電路進入暫穩(wěn)延時狀態(tài),充電結(jié)束后,單穩(wěn)態(tài)電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài),NE555的3腳恢復(fù)低電平。</p><p> 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(wěn)態(tài)電路,它的單穩(wěn)態(tài)時間由TD2=1.1R5Cx決定。它和基準(zhǔn)
21、電路共用一個啟動開關(guān)SB1,測試時按下SB1兩電路同時啟動。</p><p> 如果被測電容Cx和基準(zhǔn)電容C1的容量完全相同,兩個單穩(wěn)態(tài)電路的Td相等,即它們的輸出狀態(tài)完全相同。則當(dāng)按下SB1后,IC1和IC2同時輸出高電平,延時結(jié)束后兩電路同時恢復(fù)低電平。這時LED1和LED2同時發(fā)光,但HTD的兩端因同時出現(xiàn)等電位,因此不會發(fā)聲。</p><p> 如果被測電容CX的容量大于基準(zhǔn)電
22、容C1的容量,則會出現(xiàn)被測電容的Td2大于基準(zhǔn)電容的Td1。這是就會出現(xiàn)這樣的結(jié)果:當(dāng)按下SB1兩電路同時啟動并經(jīng)延時后,IC1首先由高電平恢復(fù)低電平,IC2則隨后恢復(fù)低電平。在IC1首先由高電平恢復(fù)低電平后,由于IC2仍為高電平,就會出現(xiàn)IC1由高電平恢復(fù)低電平的瞬間,IC2輸出的高電平通過VD6-HTD-VD3構(gòu)成回路,使HTD發(fā)出鐺的一聲,同時LED1首先熄滅。這種測試結(jié)果表明:被測電容Cx的容量大于基準(zhǔn)容量C1.</p&g
23、t;<p> 反之,當(dāng)被測電容Cx的容量小于基準(zhǔn)電容C1時,IC2的輸出端比IC1首先恢復(fù)低電平。輸出電路會出現(xiàn)由VD4-HTD-VD5構(gòu)成回路,在IC2恢復(fù)低電平的瞬間發(fā)出擋的一聲,同時LED2首先熄滅。</p><p><b> 2.電路原理圖</b></p><p><b> 電路原理圖見附錄一</b></p>
24、;<p> 第四章 電路的組裝與調(diào)試</p><p><b> 1.電路的組裝</b></p><p> 組裝該電路時由于不了解NE555定時器的作用和各個引腳的功能,通過上網(wǎng)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。</p><p><b> 2.電路的調(diào)試</b&
25、gt;</p><p> 在組裝好電路后發(fā)現(xiàn)NE555定時器兩輸出端的電壓是一樣的,此時的現(xiàn)象應(yīng)該是兩個燈同時亮同時滅。但現(xiàn)象不是這樣的,經(jīng)過老師的檢查發(fā)現(xiàn)該555定時器是壞的,結(jié)果換了一個元件現(xiàn)象就出來了。當(dāng)發(fā)光二集管亮?xí)r: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(dāng)發(fā)光二集管不亮?xí)r: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(xiàn)象應(yīng)該是LE
26、D1先滅,LED2亮,此時喇叭響一聲。但發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象為燈是亮的,喇叭不響。再測一下發(fā)現(xiàn)經(jīng)過喇叭之間的電流過大導(dǎo)致喇叭不響。將喇叭用發(fā)光二極管代替以后現(xiàn)象就正確了。</p><p><b> 3.電源的調(diào)試</b></p><p> 在組裝好電源后,測出其輸出電壓為3.2V,但理論值應(yīng)該是5V,經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)變壓器是好的,接下來就檢查穩(wěn)壓器的問題發(fā)現(xiàn)該穩(wěn)壓器的3端輸出電
27、壓不正確,換個穩(wěn)壓器后現(xiàn)象就正常了。再用萬用表測出該電路經(jīng)過整流后的電壓和經(jīng)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。</p><p><b> 心得體會</b></p><p> 在本次畢業(yè)設(shè)計中,不僅提高了我的動手能力,還是我對電路的設(shè)計有了基本的了解,對單穩(wěn)態(tài)電路有了更深的認(rèn)識。</p><p> 在設(shè)計中采用
28、了分塊化的設(shè)計,這樣有助于檢查和調(diào)試。本次設(shè)計主要用到了數(shù)字電子的相關(guān)知識,主要書集有《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》和《555集成電路應(yīng)用精粹》,我又通過查一些其它相關(guān)資料,對數(shù)字電子有了進一步的了解。經(jīng)過此次的鍛煉為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了較好的基礎(chǔ)。</p><p> 經(jīng)過一個多月的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,作為一個大專生的畢業(yè)設(shè)計,由于經(jīng)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(dǎo),以及一
29、起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持,想要完成本次畢業(yè)設(shè)計時相當(dāng)困難的。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計讓我明白了一件事:做一件事情,不必過于在乎最終的結(jié)果,可貴的是過程中的收獲。只要我努力了就會有收獲。</p><p><b> 致謝</b></p><p> 時光飛逝,轉(zhuǎn)眼間一個月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了,也就是說我們3年的大學(xué)生活就要結(jié)束了,我們即將走向社會,為創(chuàng)造我們的美好未來而努力工作。而這一
30、個月的畢業(yè)設(shè)計讓我增加了不少的實踐經(jīng)驗,為我不久進入社會打下良好的基礎(chǔ),我現(xiàn)、在充滿信心,我相信我會成功!</p><p> 在這次畢業(yè)設(shè)計中我由衷的感謝指導(dǎo)老師***老師辛勤的指導(dǎo)和耐心的幫助。使我將所學(xué)知識運用到實踐操作當(dāng)中,并給我提出了許多寶貴的意見。還要感謝在此次畢業(yè)設(shè)計過程中給我提供幫助的各位老師!最后我要感謝我的搭檔與我共同完成本次畢業(yè)設(shè)計并取得圓滿成功。</p><p>&
31、lt;b> [參考文獻]</b></p><p> 【1】廖先蕓:《電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練》,北京,高等教育出版社,2005.6</p><p> 【2】周良權(quán):《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》,北京,高等教育出版社,2002.12 </p><p> 【3】楊毅德:《模擬電路》,重慶,重慶大學(xué)出版社,2004.5 </p><p>
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