电容测量方案

文中针对电容和电感的测量，简单介绍了关于LC振荡电路测量电容和电感的设计原理。同时通过实验证明该方案能进行高频电感和电容的测量。测量的精度能达到应有要求。测量原理采用LC振荡器的振荡原理，LC振荡器选择L或是C参数为固定值。通过LC的组合,振荡器起振，当测量电容时电感固定，测量电感时电容固定。通过LC振荡器的频率计算公式F気 ⑴其中，，可以计算出待测的电容或电感数值。电路工作原理2.1电路框图设计如图1所示。框图包括输入切换部分、振荡部分、分频部分、单片机部分、显示部分和键盘部分。此系统由STC89C51单片机作为控制核心，输入切换部分采用双刀双掷继电器完成待测电容或电感的线路切换，振荡电路工作在放大谐振状态，频率有高频管9018的集电极输出，由于频率较高，所以需经过信号分频，再者由于输出的电压幅度大，此处无需再加一级驱动，以74LS393数字分频芯片，把分频端级联实现100分频，最终信号进入单片机，由单片机计算出频率，经过算法设计，实现未知电容或电感参数的测定。图1给出了系统的总体框架图。pLCD显示田1电路pLCD显示田1电路意体桓图讼“MCV输入切换电路rw2.2输入切换电路输入切换电路使用双刀双掷继电器实现，主要负责电容和电感的输入切换，当连接上电容时系统通过继电器K2,如图2所示。连接单片机，K2的固定端直接连接单片机的引脚103和104,常开节点连接待测电容或电感的引脚两端，并且初始设置两个引脚一个为逻辑高电平5V,—个为逻辑低电平0V,当给K2通电，固定端和常闭端连接，由于I03和104分别为5V和0V。电容对直流是开路，所以I03和104电平维持原来的状态。若为电感，由于电感对直流相当于导线，那么5V的I0会被0V的拉低。两个I0都为0V。由此得出没有短路在一起时，单片机判断为电容，从而选择测量电容的方法，此时通过单片机对101脚的设置把另一个双刀双掷开关K1,开关拨到上，上为与电容C2并联，如图2所示。而短路在一起时，单片机判断为电感，单片机选择测量电感的方法，此时通过单片机对101脚的设置把另一个双刀双掷开关K1开关拨到下，即与电感L并联。振荡电路采用LC振荡电路，振荡的频率由L和C确定。振荡管采用9018，Rb1和Rb2为基极偏置，Rc为限流电阻，电容C1、C2和电感L构成正反馈选频网络，反馈信号取自电容C2两端。该电路也称为电容3点式振荡电路。输入信号和反馈信号同相。在测量过程中，当测量电感时，输入电路自动把待测电感Lx并联到L的两端。当测量电容时，输入电路自动把要测量的电容Cx并联到C1的两端。2.4分频电路原理分频电路采用74LS393数字分频芯片，分频端级联实现100分频，高频管9018的集

电极输出振荡信号，之后把振荡器输出的信号100分频，频率将降到单片机测量的范围之

内。2.5单片机实现电容和电感的计算当把待测的电容或电感接入时，系统自动进行判断，根据判断结果确定算法。当判断到是电容时，系统计入电容的计算方式，电容的计算方式采用公式”竺l/2<n iy<C,+CJ+1/C,JJ (2)根据测量得到频率和已知的L和C2,从而计算出Cx的值。当判断为电感时，系统进入电感的计算方式，电感的计算方式采用公式/-i/2iry(T7(i/f-+T77jTl7(i/c,+]/c2>>⑶根据测量到的频率和已知的C1、C2、L计算出Lx的值。算法设计系统上电初始化并且清屏，单片机初始化完成后，进入键盘扫描程序，当要进行电容或电感测量时，选择测量按键，系统进行自动判断并进行电容或电感的测量。当判断为电容时，系统选择电容的计算方法。当判断为电感时，系统选择电感的计算方法。计算完成后在液晶屏上显示测量结果。下面是具体的程序流程图，如图3所示。自亟握择战❷方冈3缺)C^D用」WM.屯 4实际测量数据及其分析自亟握择战❷方冈3缺)C^D用」WM.屯 4实际测量数据及其分析出盘狛描]计1P也聯|计算电窖集示输曲Mb清加4.1提高测量精度的方法采用该系统进行电容和电感的测量，由于元器的热稳定性和外界对电路的干扰影响，测

量的结果会有所跳动，是因为三极管的结电容随着温度的变化而变化，从而影响测量结果，

这也是电容三点式振荡电路不稳定的关键原因。基于以上原因，在测量过程中可以采用多次

测量求平均值的方法提高测量精度。4.2实际测量电路的固定参数如下：Rb1=10kQ,Rb2=10kQ,Rc=4kQ,Re=4.7kQ,Cb=1|jF,Ce=0.1|jF,选择不同的电容分别测试3次，得到表1。选择不同的电感分别测试3次，得到表2。由表得出测量值与标称值几乎接近,表明系统设计方案的正确性,满足一般的实验室和工程设计用到的电子元器件参数测试精度要求。表J电售團;■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电Q.IXJ1&o.100o2,2000EC.OCDD31.000047.HOCQHKJlUOOOQ.W1»0・110Q?-9WQ3决蒯。零.&W0W,WQ0o.coia0.09602.3COOICiOOOO34.500048.2000^e.ocaaG.W110.13UD2.2H>0J.700035x200tf47.WQKM-OOOOa.floiiIL112B5.276?V.ES6133£333tt.81X1(?牺3?1i0.W010.01200.0757U,U330.8333^2CT0位％if75结束语本系统采用单片机和振荡器起振的组合,计算电容和电感值。系统拥有比较智能的测量方法和简易的操作方法。单