電容測量方案

文中針對電容和電感的測量，簡單介紹了關于LC振蕩電路測量電容和電感的設計原理。同時通過實驗證明該方案能進行高頻電感和電容的測量。測量的精度能達到應有要求。測量原理采用LC振蕩器的振蕩原理，LC振蕩器選擇L或是C參數(shù)為固定值。通過LC的組合,振蕩器起振，當測量電容時電感固定，測量電感時電容固定。通過LC振蕩器的頻率計算公式F気 ⑴其中，，可以計算出待測的電容或電感數(shù)值。電路工作原理2.1電路框圖設計如圖1所示?？驁D包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機部分、顯示部分和鍵盤部分。此系統(tǒng)由STC89C51單片機作為控制核心，輸入切換部分采用雙刀雙擲繼電器完成待測電容或電感的線路切換，振蕩電路工作在放大諧振狀態(tài)，頻率有高頻管9018的集電極輸出，由于頻率較高，所以需經(jīng)過信號分頻，再者由于輸出的電壓幅度大，此處無需再加一級驅動，以74LS393數(shù)字分頻芯片，把分頻端級聯(lián)實現(xiàn)100分頻，最終信號進入單片機，由單片機計算出頻率，經(jīng)過算法設計，實現(xiàn)未知電容或電感參數(shù)的測定。圖1給出了系統(tǒng)的總體框架圖。pLCD顯示田1電路pLCD顯示田1電路意體桓圖訟“MCV輸入切換電路rw2.2輸入切換電路輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實現(xiàn)，主要負責電容和電感的輸入切換，當連接上電容時系統(tǒng)通過繼電器K2,如圖2所示。連接單片機，K2的固定端直接連接單片機的引腳103和104,常開節(jié)點連接待測電容或電感的引腳兩端，并且初始設置兩個引腳一個為邏輯高電平5V,—個為邏輯低電平0V,當給K2通電，固定端和常閉端連接，由于I03和104分別為5V和0V。電容對直流是開路，所以I03和104電平維持原來的狀態(tài)。若為電感，由于電感對直流相當于導線，那么5V的I0會被0V的拉低。兩個I0都為0V。由此得出沒有短路在一起時，單片機判斷為電容，從而選擇測量電容的方法，此時通過單片機對101腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1,開關撥到上，上為與電容C2并聯(lián)，如圖2所示。而短路在一起時，單片機判斷為電感，單片機選擇測量電感的方法，此時通過單片機對101腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1開關撥到下，即與電感L并聯(lián)。振蕩電路采用LC振蕩電路，振蕩的頻率由L和C確定。振蕩管采用9018，Rb1和Rb2為基極偏置，Rc為限流電阻，電容C1、C2和電感L構成正反饋選頻網(wǎng)絡，反饋信號取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過程中，當測量電感時，輸入電路自動把待測電感Lx并聯(lián)到L的兩端。當測量電容時，輸入電路自動把要測量的電容Cx并聯(lián)到C1的兩端。2.4分頻電路原理分頻電路采用74LS393數(shù)字分頻芯片，分頻端級聯(lián)實現(xiàn)100分頻，高頻管9018的集

電極輸出振蕩信號，之后把振蕩器輸出的信號100分頻，頻率將降到單片機測量的范圍之

內(nèi)。2.5單片機實現(xiàn)電容和電感的計算當把待測的電容或電感接入時，系統(tǒng)自動進行判斷，根據(jù)判斷結果確定算法。當判斷到是電容時，系統(tǒng)計入電容的計算方式，電容的計算方式采用公式”竺l/2<n iy<C,+CJ+1/C,JJ (2)根據(jù)測量得到頻率和已知的L和C2,從而計算出Cx的值。當判斷為電感時，系統(tǒng)進入電感的計算方式，電感的計算方式采用公式/-i/2iry(T7(i/f-+T77jTl7(i/c,+]/c2>>⑶根據(jù)測量到的頻率和已知的C1、C2、L計算出Lx的值。算法設計系統(tǒng)上電初始化并且清屏，單片機初始化完成后，進入鍵盤掃描程序，當要進行電容或電感測量時，選擇測量按鍵，系統(tǒng)進行自動判斷并進行電容或電感的測量。當判斷為電容時，系統(tǒng)選擇電容的計算方法。當判斷為電感時，系統(tǒng)選擇電感的計算方法。計算完成后在液晶屏上顯示測量結果。下面是具體的程序流程圖，如圖3所示。自亟握擇戰(zhàn)?方岡3缺)C^D用」WM.屯 4實際測量數(shù)據(jù)及其分析自亟握擇戰(zhàn)?方岡3缺)C^D用」WM.屯 4實際測量數(shù)據(jù)及其分析出盤狛描]計1P也聯(lián)|計算電窖集示輸曲Mb清加4.1提高測量精度的方法采用該系統(tǒng)進行電容和電感的測量，由于元器的熱穩(wěn)定性和外界對電路的干擾影響，測

量的結果會有所跳動，是因為三極管的結電容隨著溫度的變化而變化，從而影響測量結果，

這也是電容三點式振蕩電路不穩(wěn)定的關鍵原因。基于以上原因，在測量過程中可以采用多次

測量求平均值的方法提高測量精度。4.2實際測量電路的固定參數(shù)如下：Rb1=10kQ,Rb2=10kQ,Rc=4kQ,Re=4.7kQ,Cb=1|jF,Ce=0.1|jF,選擇不同的電容分別測試3次，得到表1。選擇不同的電感分別測試3次，得到表2。由表得出測量值與標稱值幾乎接近,表明系統(tǒng)設計方案的正確性,滿足一般的實驗室和工程設計用到的電子元器件參數(shù)測試精度要求。表J電售團;■Q.O10{>0.IX)0o.oao2.20903.30004.70QQIQ.OCX)9001500.120-02.30003.30004r7?>0^800()0.0140o.looao.moZ.500Q3.^00<WQID.50000.嬪00.LIO0Cl44401.206n3.10064.5ttlG1HOOA□D14T0.11CQ0.4WU2.33333.27334.720010.03》30,00470.430DC.DiflCOlIM3o_aw7(k0300a_tB31瑕2電Q.IXJ1&o.100o2,2000EC.OCDD31.000047.HOCQHKJlUOOOQ.W1?0?110Q?-9WQ3決蒯。零.&W0W,WQ0o.coia0.09602.3COOICiOOOO34.500048.2000^e.ocaaG.W110.13UD2.2H>0J.700035x200tf47.WQKM-OOOOa.floiiIL112B5.276?V.ES6133￡333tt.81X1(?犧3?1i0.W010.01200.0757U,U330.8333^2CT0位％if75結束語本系統(tǒng)采用單片機和振蕩器起振的組合,計算電容和電感值。系統(tǒng)擁有比較智能的測量方法和簡易的操作方法。單