硬件电路设计中常用的经典电路原理分析及选型技巧（一）

电路

电路1 简单电感量测量装置

在电子制作和设计，经常会用到不同参数的电感线圈，这些线圈的电感量不像电阻那么容易测量，有些数字万用表虽有电感测量挡，但测量范围很有限。该电路以谐振方法测量电感值，测量下限可达10nH，测量范围很宽，能满足正常情况下的电感量测量，电路结构简单，工作可靠稳定，适合于爱好者制作。

一、电路工作原理电路原理如图1（a）所示。

图1 简单电感测量装置电路图

该电路的核心器件是集成压控振荡器芯片MC1648，利用其压控特性在输出3脚产生频率信号，可间接测量待测电感LX值，测量精度极高。

BB809是变容二极管，图中电位器VR1对+15V进行分压，调节该电位器可获得不同的电压输出，该电压通过R1加到变容二极管BB809上可获得不同的电容量。测量被测电感LX时，只需将LX接到图中A、B两点中，然后调节电位器VR1使电路谐振，在MC1648的3脚会输出一定频率的振荡信号，用频率计测量C点的频率值，就可通过计算得出LX值。

电路谐振频率：f0 = 1/2p

所以 LX = 1/4p2 f02C

式中谐振频率f0即为MC1648的3脚输出频率值，C是电位器VR1调定的变容二极管的电容值，可见要计算LX的值还需先知道C值。为此需要对电位器VR1刻度与变容二极管的对应值作出校准。

为了校准变容二极管与电位器之间的电容量，我们要再自制一个标准的方形RF（射频）电感线圈L0。如图6—7(b)所示，该标准线圈电感量为0.44mH。校准时，将RF线圈L0接在图（a）的A、B两端，调节电位器VR1至不同的刻度位置，在C点可测量出相对应的测量值，再根据上面谐振公式可算出变容二极管在电位器VR1刻度盘不同刻度的电容量。附表给出了实测取样对应关系。

二、元器件选择

集成电路IC可选择Motoroia公司的VCO（压控振荡器）芯片。VR1选择多圈高精度电位器。其它元器件按电路图所示选择即可。

三、制作与调试方法

制作时，需在多圈电位器轴上自制一个刻度盘，并带上指针。RF标准线圈按图（b）所给尺寸自制。电路安装正确即可正常工作，调节电位器VR1取滑动的多个点与变容二极管的对应关系，可保证测量方便。该测量方法属于间接测量，但测量范围宽，测量准确，所以对电子爱好者和实验室检测电感量有可取之处。该装置若固定电感可变成一个可调频率的信号发生器。

电路2 三位数字显示电容测试表

广大电子爱好者都有这样的体会，中、高档数字万用表虽有电容测试挡位，但测量范围一般仅为1pF~20mF，往往不能满足使用者的需要，给电容测量带来不便。本电路介绍的三位数显示电容测试表采用四块集成电路，电路简洁、容易制作、数字显示直观、精度较高，测量范围可达1nF~104mF。特别适合爱好者和电气维修人员自制和使用。

一、电路工作原理电路原理如图2所示。

图2 三位数字显示电容测试表电路图

该电容表电路由基准脉冲发生器、待测电容容量时间转换器、闸门控制器、译码器和显示器等部分组成。

待测电容容量时间转换器把所测电容的容量转换成与其容量值成正比的单稳时间td。基准脉冲发生器产生标准的周期计数脉冲。闸门控制器的开通时间就是单稳时间td。在td时间内，周期计数脉冲通过闸门送到后面计数器计数，译码器译码后驱动显示器显示数值。计数脉冲的周期T乘以显示器显示的计数值N就是单稳时间td，由于td与被测电容的容量成正比，所以也就知道了被测电容的容量。

图2中，集成电路IC1B电阻R7~R9和电容C3构成基准脉冲发生器（实质上是一个无稳多谐振荡器），其输出的脉冲信号周期T与R7~R9和C3有关，在C3固定的情况下通过量程开关K1b对R7、R8、R9的不同选择，可得到周期为11ms、1.1ms和11ms的三个脉冲信号。

IC1A、IC2、R1~R6、按钮AN及C1构成待测电容容量时间转换器（实质上是一个单稳电路）。按动一次AN，IC2B的10脚就产生一个负向窄脉冲触发IC1A，其5脚输出一次单高电平信号。R3~R6和待测电容CX为单稳定时元件，单稳时间td=1.1（R3~R6）CX。

IC4、IC2C、C5、C6、R10构成闸门控制器和计数器，IC4为CD4553，其12脚是计数脉冲输入端，10脚是计数使能端，低电位时CD4553执行计数，13脚是计数清零端，上升沿有效。当按动一下AN后，IC4的13脚得到一个上升脉冲，计数器清零同时IC2C的4脚输出一个单稳低电平信号加到IC4的10脚，于是IC4对从其12脚输入的基准计数脉冲进行计数。当单稳时间结束后，IC4的10脚变为高电平，IC4停止计数，最后IC4通过分时传递方式把计数结果的个位、十位、百位由它的9脚、7脚、6脚和5脚循环输出对应的BCD码。

IC3构成译码器驱动器，它把IC4送来的BCD码译成十进制数字笔段码，经R11~R17限流后直接驱动七段数码管。集成电路CD4553的15脚、1脚、2脚为数字选择输出端，经R18~R20选择脉冲送到三极管T1~T3的基极使其轮流导通，这两部分电路配合就完成了三位十进制数字显示。

C7的作用是当电源开启时在R10上产生一个上升脉冲，对计数器自动清零。

二、元器件选择

电路中，IC1选用NE556；IC2选用CD4001；IC3选用CD4543；IC4选用CD4553。七段数码管可选用三字共阴极数码管。T1~T3选用8550（或其它PNP型三极管）。C1不应大于0.01mF，C3选用小型金属化电容。R3~R9选用1/8W金属膜电阻。其他元器件没有特殊要求，按电路标注选择即可。

三、制作与调试方法

整个电路安装好后可装在一个塑料盒内，将数码管和量程转换开关装在面板上。在制作和调试时，关键是要调出11ms、1.1ms和11ms的三种标准脉冲信号，调试时需要借助一台示波器，通过调整分别R7、R8和R9等三个电阻的阻值，就可方便地得到这三个脉冲信号，电路中的R7、R8、R9的阻值是实验数据仅供参考。电路其余部分无需调试，只要选择良好器件，安装正确无误，并在量程转换开关处标注相应倍率，就可得到一个经济实用、准确可靠的数字电容表。

四、使用方法

需要说明的是，在使用1pF~999pF量程时，由于分布电容的影响，测量结果减去分布电容值才是被测电容的准确值。可以这样测出该电容表的量程分布电容值，把量程打在 1pF~999pF档，在不接被测电容的情况下，按动一下AN按钮，测的计数结果就是该挡的分布电容值，经实验该数值一般为10pF左右。附表列出了各挡量程的组成关系。附表：

电路 3 市电电压双向越限报警保护器

该报警保护器能在市电电压高于或低于规定值时，进行声光报警，同时自动切断电器电源，保护用电器不被损坏。该装置体积小、功能全、制作简单、实用性强。

一、电路工作原理电路原理如图3所示。

图3 市电电压双向越限报警保护器电路图

市电电压一路由C3降压，DW稳压，VD6、VD7、C2整流滤波输出12V稳定的直流电压供给电路。另一路由VD1整流、R1降压、C1滤波，在RP1、RP2上产生约10.5V电压检测市电电压变化输入信号。门IC1A、IC1B组成过压检测电路，IC1C为欠压检测，IC1D为开关，IC1E、IC1F及压电陶瓷片YD等组成音频脉冲振荡器。三极管VT和继电器J等组成保护动作电路。红色LED1作市电过压指示，绿色管LED2作市电欠压指示。

市电正常时，非IC1A输出高电平，IC1B、IC1C输出低电平，LED1、LED2均截止不发光，VT截止，J不动作，电器正常供电，此时B点为高电平，F4输出低电平，VD5导通，C点为低电平，音频脉冲振荡器停振，YD不发声。当市电过压或欠压时，IC1B、IC1C其中有一个输出高电平，使A点变为高电位，VT饱和导通，J通电吸合，断开电器电源，此时B点变为低电位，IC1D输出高电平，VD5截止，反向电阻很大，相当于开路，音频脉冲振荡器起振，YD发出报警声，同时相应的发光二极管发光指示。

二、元器件的选择集成芯片IC可选用CD74HC04六反相器，二极管VD1～VD6选择IN4007，电容C1～C6均选择铝电解电容，耐压400V，稳压管选用12V稳压，继电器J选用一般6V直流继电器即可，电阻选用普通1/8或1/4W碳膜电阻器，大小可按图示。

三、制作和调试方法调试时，用一台调压器供电，调节电压为正常值（220V），用一白炽灯作负载，使LED1、LED2均熄灭，白炽灯亮，然后将调压器调至上限值或下限值，调RP1或RP2使LED1或LED2刚好发光，白炽灯熄灭，即调试成功。全部元件可安装于一个小塑料盒中，将盒盖上打两个孔固定发光二极管，打一个较大一点的圆孔固定压电陶瓷片，并用一个合适的瓶盖给压电片作一个助声腔，使其有较响的鸣叫声。

王栋春 · 2021-5-9 23:08:12

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