精心整理
一、概述
随着科学技术的不断发展，人类社会进入高科技时代，而以电子元件组成的电器在生活中被运用的越来越广泛，大至航空航天技术，小到手机、电子手表等等。

而这些电器都是由一些电容、电阻等元器件组成。

特别是电容在这些电路中的作用，因此电容的大小的测量在电容使用过程中必不可少，测量电容的大小的办法也越来越多，并且多样化、高科技化。

当然，测量的结果应该保持较高的精确度和稳定性，不仅如此，还应兼顾测量速度快等要求。

目前应用比较普遍的方法有电桥法测电容、容抗法测电容、基于NE555的RC 充放电原理等等，在这个脉（0.2uF —20uF 杂。

路、确的脉冲个数N ，而准确的数值大小为显示稳定后的数值。

由于本方案大多采用的是数字元器件，因此对外界的干扰信号有着很强的抵抗能力，而用容抗法测电容由于采用许多模拟元器件，只要外界存在有一定强度的干扰信号，就会使测量结果发生较
大的改变。

不仅
如此，外界的温
度也会对模拟
元器件产生很
大的影响，而在
实际生活中的
多外界环境不
5V直流
首先是测量电路部分，电路图如图3所示，此部分由2片555定时器连成的单稳态触发器和多谐振荡器
定时器为单稳态振荡器。

端输出
的单位脉发器2端2C 为待测电器中。

由单稳
态触发器电容大小这个信号经存器的时的输出单产生的脉后作为计计数。

图3 单稳号的脉宽
当R
与2C 的
2C 与4
C 出信号、单稳态触发器输出信号、非门输出信号、与门输出信号如图4所示。

图4待测电容为1uF 时各输出信号波形 上图中的波形自上至下分别为单稳态输出信号、非门输出信号、多谐振荡器输出信号、与门
74L S 160N
多谐振荡器和单稳态触发器产生的信号经过与门后，作为计数器的时钟信号，而单稳态触发器的输出信号作为计数器的清零信号。

计数控制端都接高位，由图4可知单稳态触发器输出信号处于高电平，计数器开始计数。

经过一个脉冲宽度后清零端输入为低电平，计数器清零。

当单稳态触发器输出信号重新为高电平时，计数器又从0开始计数，以此一直循环。

因此计数器输出的数值为一个固定的值。

74LS160N
数字呈稳定状态。

最后的显示电路由3片自带译码器的数码显示管组成，其管脚图如图8所示。

图8数码显示管 用3片数码显示管分别显示个位、十位和百位的数值。

数码管显示的数值是经过计数器的计数，锁存器锁存后的数值。

由于单稳态触发器输出信号的脉冲宽度固定且多谐振荡器输出信号的频率不变，因锁存器锁存的数一直为固定值，固数码显示管显示的
数不变。

四、性能测试
DCD_HEX
首先是对5V 电流源电路进行测试，测试电路如图9所示，仿真数据如图10所示，其测试数据如表4所示。

电压源输
阻值（
M Ω） 电压（V ） 其次是对总电路分别用2uF 、4uF 、6uF 、8uF 、10uF 、12uF 、14uF 、16uF 、18uF 和20uF 电容作为待测电容进行测试，选其中3个电容进行测试，结果如下，相对误差的计算公式为：相对误差=|测试值-真实值|/真实值。

测试电容为2uF 时显示的数值如图11所示，各输出波形如图12所示。

图11测试电容为2uF时显示的数值
图12单稳
态输出、非门输
出、多谐振荡器
输出、与门输出
根据设计的
原理，得出测试
结果为 1.8uF，
相对误差为
10%，符合设计要
13所示，
图13
测试电容为8uF时显示
图
计要求。

的数值如图15所示，各
输出波形如图16所示。

图12测试电容为20uF时
显示的数值
图16单稳
态输出、非门输
出、多谐振荡器
输出、与门输出
根据设计的
原理，得出测试
的结果为
20.2uF，相对误
差为1%，符合设
3个
5所有测待测电容（uF）实际测量（uF）相对误差
示的数值应该是000到100中的一个值。

相对误差是一直存在的，避免不了，因为数据的传输以及器件的反应都需要消耗一定的时间。

本方案所设计的电路不足之处就是测量的结果产生的相对误差虽然在设计要求范围之内，但是相对误差的变化较大，一部分是器件本身和数据传输的原因，另一部分应该是多谐振荡器与单稳态触发器没有选用一组合适的电阻值。

有时候待测电容为某个特定的值时，产生了比较大的误差，这个误差产生的原因应该是元器件之间产生了某种影响。

还有一个现象就是在单稳态触发器输出的一个脉冲宽度内单位脉冲个数比数码管显示的个数多一，这个现象应该是由于锁存时间过早造成的，理论上只要接入延时电路，而且这个延时的时间长度应该控制在一个比较小的范围内，否则会造成更大的误差。

不过总的来说已经达到了设计要求。

六、性价比
本设计采用的555定时器、74LS160、74LS273、与门、非门和数码显示管组成，测量精度达到0.2uF，量程可以从0.2uF到1999.8uF。

测量的数值可以直接用数码显示管显示出来，直观而且稳定电路基本上由数字元件组成，因此对于外界环境存在的影响抵抗能力比较大，因此性能较用容抗测量法完善。

由于科技的发展，市场上各种中规模集成芯片售价也较为低廉，而且质量可以得到保障。

价格方面，目前市场上555定时器芯片的售价大概是1.5—2元，74LS160的售价大概是1元，74LS237的价格1—1.5元，数码管大概是2—2.5元，非门1元，与门1元，所以整个电路造价并不是很高，但性能却不低，而且电路所占的空间很小，是性价比较高的一直设计。

有许多
影响。

使
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精心整理
附录I 总电路图
附录II 元器件清单。