微弱电容测量电路设计(本科毕业设计).doc

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毕业设计
题 目 微弱电容测量电路设计
学生姓名
学 号
院 signal transformed by full wave rectified and low-pass filter circuit for processing finally get the DC voltage signal is very smooth, to send a signal to the microcontroller processing shows the capacitance value. So the circuit is mainly composed of a charge amplifier, a full wave rectifier, three main modules, low-pass filtering. The circuit design by MSP430 MCU control, measure the DC voltage circuit sent the calculated capacitance and the liquid crystal display in addition to the design of the accurate measurement of exterior noise is relatively small, have great prospects for development, the future can be widely used in the field of electrical and electronic technology.
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Keywords：Charge Amplifier,full-wave rectification,low pass filtering,MSP430
1绪论

目前,国内测量电容的方法有很多,各式各样的电路设计数不胜数。较为多见的测量方法有RLC电桥法,RC振荡器法,电流电压法,运算放大法。对于不同的精度要求用不同的测量方法进行测量。一般要求不是太高的用RC振荡器法最为简洁、方便、易于操作。现在大多数用此方法即能满足需要。然而我们很多时候需要较为精确的得出电容的大小,尤其是测量PF级电容此方法根本满足不了需要。对微弱电容的测量主要是由于电路中存在较多的杂散干扰,干扰电容的变化量大于被测电容的变化量,比较难被检测。下面我来介绍一下电荷放大法微弱电容的检测。
常见的电容检测设计
⑴电桥法
电桥法一般采用RC或者LC电桥,可以通过调节两边的桥臂的阻抗大小来使得电桥平衡。电桥两端分别输入一样的频率的电压值,振幅相同。通过将电容量的变化变成电压值得变化。经过运放滤除杂波等电路后。得到与待测电容成正比的电压变化量。此方法的精确度较高误差较小。信噪比较高。一般用在精确测量中。但是整个设计对每个电气量的要求比较高很难同时满足电压的幅度和频率的大小,抗杂散能力差并且在实际电路中不一定能达到仿真的效果。
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⑵调频法
调频法是基于电容-频率转换的方法来检测所测电容的。与电桥法相同的是调频法也是用RC电路和L-C电路以及Schmitt反相器实现,调频法大的基本原理是把需要测量的电容接入调频电路中,根据谐振频率随电容的变化而变化的多少来反计算电容的值,通过计数电路将频率转变成可测得的电压量。原理如图1-1所示:
图1-1调频法原理框图
调频法的电路结构比较简单,AD转换比较简单,而且能够选择频率较高的振荡频率,因而电路的灵敏度较高,能与微机直接匹配等。但因为测得的电容是谐振电路的等效电容值,其值还包含了传感器的电容,所以电路的抗杂散电容能力比较差,同时存在频率稳定性差,输出线性不高,低精度,存有温漂现象,需要进行误差补偿等问题。
⑶电荷放大法
运放的放大倍数为α,且输入阻抗Ω高的特点可以使其作为比较理想的电容测量电路,通常只要α、Ω值不小,没什么数值出入,高精确度。整个检测系统的特点是电容检测电路的非线性且能够通过虚短虚地对驱动导线进行屏蔽,缺点主要是因为运放的电源电压比较低,灵敏度受限制输出稳定性受信号发生器稳定性及运放本身的影响。电荷放大法及其改进的电路原理图如图1-2下：
图1-2电荷放大电路
其中为Cx待测电容,Cf是标准电容,并联Rf反馈电阻,采用交流信号源作为测量的激励源。电荷放大