1、毕业论文文献综述 电子信息工程 电容测试仪设计 摘要：本文主要介绍了电容的概念，研究电容测试仪的目的以及电容测试仪的设计方法。 关键词：电容；测试仪； 目前，随着电子工业时代的发展，电子组件的急剧增加，电子的应用范围也越来越广 ,在应用中我们常常要用到容量大小不一的电容。因此，要测试电容的大小，设计一个可靠，简单的电容测试仪。 一、电容的定义 ： 电容是是一种能够储存电能的装置。由两块金属片中间隔着一块绝缘体就构成一个简单的电容。电容的符号是 C。很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当 整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等 【】 。
2、电容器的主要作用有： (1)隔直流通交流 电容器对直流电流有隔断的作用，而对交流电则可以通过。交流频率越高，通过电流的能力就越强。因为电容的两级板之间，隔着绝缘体，所以不通直流电流；又因为交流电流的大小 方向不断的变化，使电容器不断的充放电，从而是电路中总是有电流。 (2)容抗作用 容抗是指电容对所通过的交流电产生阻碍作用。电容的容量越大，产生的容抗就越小，交流电就越容易通过电容。交流电的频率越高，电容的容抗就越小，反之则越大。由 于直流电的频率为零，容抗呈现无穷大，因此直流电不能通过电容。 （ 3）延时作用 电容器有充电、放电的一个过程，即电容内的电荷有一个增和减的过程，而且这个过程是有规律
3、的逐渐变化。因此，电容能在电路中起到延时的作用 【】 。 二、电容的种类： 电容器的分类方式，各种分类方式都有自己的特点。 按照原理可以分为：无极性可变电容，无极性固定电容。有极性电容。 按照外观可分为：圆柱形电容器，圆片形电容器，圆管形电容器，有引线电容器和无引线电容器等。 按照介质材料分：纸质电容器，漆膜电容器，云母电容器，陶瓷电容器，有机薄膜电 容器，金属氧化膜电容器，电解质电容器，玻璃釉电容器，聚苯乙烯电容器，聚丙烯电容器，涤纶电容器等。 按照用途分：高频旁路电容器，低频旁路电容器，滤波电容器，调谐电容器，高频耦合电容器，低频耦合电容器，小型电容器等。 三、电容的型号命名方法： 国产的
4、电容型号由四部分组成。依次分别代表名称、材料、分类和型号。 第一部分：名称，用字母表示，电容器用 C。 第二部分：材料，用字母表示。 第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。 第四部分：序号，用字母表示。用字母表示产品的材料： A-钽电解、 B-聚苯乙烯等非极性薄 膜、C-高频陶瓷、 D-铝电解、 E-合金电解、 H-复合介质、 I-玻璃釉、 J 金属化纸、 L-涤纶等极性有机薄膜、 N-铌电解、 O-玻璃膜、 Q-漆膜、 T-低频陶瓷、 V-云母纸、 Y-云母、 Z-纸介 3。 四、各种测试方法 电容的测试发展已经很久，方法众多，电容测试的常用方法有传统谐振法和电桥法，单片机和555
5、 振荡，电容的充放电等方法。 方法一：谐振法 利用谐振的定义来测量电容。根据公式LCw 10 来测量 xC 。但是不能严格保证 0ww 。优点是频率范围宽，能从几百千赫到几百兆赫，适合实验室使用小电容测量 4 。 方法二：电桥法 用电桥方法来测电容可分为西林电桥测电容和惠斯通电桥测电容。这里所说的电桥为西林电桥。 根据交流电桥的平衡条件，利用公式 3241 ZZZZ 来测量 XC 和 xR 的值，若 22 RZ jCRZ333 1 以及 jCZ 44 1不计电容的损耗，则有公式： 23341/11 RjCRjCjCR xX 。 化简公式，可得： 423 CRRCx 西林电桥电路图如图 (1)所
6、示 5。 图（ 1）西林电容电桥实验图 电桥法精度高，适合做精密电容测量但是不具备自动平衡措施，电路复杂而且激励频率低于 100KHZ。 方法三：电容的在线测试高频近似法 电路如图 2 所示。 图 2 高频近似法测电容电路图 xC 为被测电容， iV 为基准的正弦信号电压源。根据运放的“虚短”和零输出电阻特性，可以消除 1Z 和 2Z 对电路的影响。 xZ 为电容 xC 和 xR 的并联阻抗。由图 2 公式得xii ZRVV 0，提高正弦发生器 iV 的频率 f，使 xC 的容抗xC1 xR ，则可以忽略 xR ，使并联阻抗 xZ 近似等于 xC 的容抗。 由公式 xxxx CRCZ 1112
7、2 Xii CRVV 10 00 2 VfRVVRVCiIIIX （ 3） 其中 iV ， iR ，频率 f 已知，测的 0V ，可有公式（ 3）求 xC 6。 方法四：利用单片机的方法来测量电容 利用 555 定时器构成多谐振荡器。 555 多谐振荡器产生一个脉冲，单片机用来计数，记录一秒钟 555 构成的多谐振荡器产生的脉冲个数，根据相关公式可以计 算出电容的值 7。 方法五：阻抗法测电容 这里所说的阻抗法是分离虚部阻抗法测电容。原理是用正弦电流源激励被测的和电阻串联的电容，测出在这个复数阻抗上产生的电压，然后将电压送给模拟信号处理的电路处理，分离出与这个复数阻抗有关的电压。这个电压经刻度
8、标定，可得到与被测电容成正比的电压，再经模数转换器 A/D和数字显示装置，以数字显示纯电容的量值 8。原理图如图所示。 图 3 阻抗法测电容原理图 这种方法可以消除与电容串联的电阻对测量精度的影响，可以快速的测的电容的数值，也是一种高精度的快速测量电容的方法。 方 法六：充放电法 本设计方法跟单片机的方法来测量电容的方法差不多。它是用 2 个 555 定时器来构成电路，一个 555 定时器组成多谐振荡器，通过电容放电产生的脉冲波作为计数波，另一个 555 定时器组成单稳态电路，多谐的输出作为单稳态的输入，输出外加反相器作为控制脉波。计数波脉冲用 74290 来计数，用 LED 数码管显示 。
9、五 总结 经过以上方法的论证和选择，我选择了方法六来研究电容测试仪。选出了把测试电容的模拟量转化为数字量，这种数字量比较容易处理，使仪表实现智能化，避免由于传统的指针读数引起的误差。因为这种方法比较 容易实现而且还可以扩展量程，更重要的是该方法设计出来的电容测试仪比较准确。 参考文献 1 电容 EB/OL， 2010-10-25 . http:/ 2 张新德，李刚等 .通用元器件初学初用技术手册 J.北京：机械工业出版社， 2005，8. 3 丁文霞，陆岷，刘安芝等 .电子技术基础实验 与课程设计 M.北京：电子工业出版社， 2005,2. 4 夏桂书 .一种数字式电容测试仪的设计 J.实验科
10、学与技术， 2003， 6， 1:107 108 5 徐崇，丁春天等 .西林电桥测电容的方法研究 J.大学物理实验， 2010， 4， 23（ 2）：47 49 6 庄绍雄，张迎春 .单片机控制的电阻电容在线测试仪 J.电子测量与仪器学报，1993， 12， 7（ 4）： 40 46 7 基于单片机的电阻、电容、电感测试仪 EB/OL， 2010-10-25 http:/ 8 李心刚 .分离虚步阻抗法测电容 J.江汉石油学院学报， 1989， 6， 11（ 2）： 89 97 9 数字式电容测试仪 EB/OL.2010-10-23 http:/ 10H.Baumgrtner,U.Hornung,H.-D.Lie,Neubiberg and E.Ederle,Mnchen. Numerical calculation of the current through a vibrating capacitorJ. Archlv fr Elektrotechnik,1993,76:265 271 11 孙肖子主编 .现代电子线路和技术实验简明教程 M.北京：高等教育出版社， 2009年 2 月
