高精度LCR測量儀說明

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1、高精度LCR測量儀V1.0說明一、概述：很多電子制作需要知道元件的參數(shù)。由于元件沒有標稱技術參數(shù)。比如，需要知道諧振器件、檢波器件、天線、耳機、變壓器等器件的電抗特性。其中，高頻參數(shù)可以使用Q表解決問題，而低頻參數(shù)Q表難以測定。為了解決這個問題，只有LCR測量儀能夠勝任?！ぴO計目標：1、能夠準確測量電抗器的L、C、R，精度優(yōu)于0.5%，如果進行人工逐檔校準，精度優(yōu)于0.3%2、取材容易，電路簡潔，易于制作，成本應適當控制。使之具有更強的業(yè)余DIY價值及研究價值，并通過設計、DIY學習到LCR電橋的相關細節(jié)、原理?！け綥CR表的基本特

2、性AD轉換器的字數(shù)：約1000字，采用了過采樣技術，有效分辨力約為2000字測量方法：準橋式測定，測量原理類似于比例法測電阻。主要測量范圍：1歐至0.5兆歐，精度0.5%（理論），阻抗實測比對，均未超過0.3%有效測量范圍：2毫歐至10兆歐，最小分辨力1毫歐串聯(lián)殘余誤差：2毫歐，低阻測量時此誤差不可忽略并聯(lián)殘余誤差：50M歐，高阻測量時此誤差不可忽略Q值誤差：±0.003（Q<0.5），Q/300（Q>2，相對誤差，簡易算法），其它按0.5%左右估算D值誤差：±0.003（D<0.5），D/300（D>2，相對誤差，簡易算法），其它

3、按0.5%左右估算注意：Q=1/D測試信號幅度：峰值200mV（100Hz），180mV（1kHz），140mV（7.8kHz）電感：0.02uH分辨力，測量范圍0.1uH至500H，超出500H未測試（因為我沒有更大的電感器）。電容：分辨力與夾具有關。夾具好的話，分辨0.1pF或0.05pF，不屏蔽只能分辨到0.2pF，甚至只有1pF。上限測量，沒有測試，只測過10000uF電容，手上沒有更大的電容。實測誤差，比上述精度指標好許多。本表基準源：分別為4個基準電阻，一個時間基準。電阻基準就是電橋的4個下臂電阻，要求精度達到0.1%，

4、對1%精度的金屬膜電阻篩選即可。時間基準用32MHz石英晶振得到，精度可以滿足電橋要求的。如果電阻達不到要求，可以使用軟件校準。頻率精度：實際頻率為99.18Hz、999.45Hz、7812.5Hz，簡寫為(100Hz、1kHz、7.8kHz)。由于DDS的頻率分辨力有限，所以不采用整數(shù)頻率。頻率精度約為0.02%（由石英晶振決定）。信號源失真度：沒有專用儀器測試，只做估測。對輸出信號做一次高通濾波后，用示波器觀察，未發(fā)現(xiàn)可覺察失真。如果有可覺察失真，對D值測量有小量一些影響?！ぬ攸c：將正弦信號發(fā)生器、AD轉換器、0度方波、90度方

5、波全部利用單片機完成，電路大大簡化，而性能可以滿足一般要求。這使得仿制者更容易，更適合作為DIY儀表。二、LCR數(shù)字電橋的原理·LCR電橋原理測定電抗元件Zx中電壓U1與電流I，利用歐姆定律就可以得到當Zx串聯(lián)了已知電阻R，那么測定了R上壓降U2，就可得到可見，無需測量I的具體值就可以得到Zx，這是電橋的一般特征。為了得到Zx在x軸與y軸上的兩個分量，以上計算須采用復數(shù)計算。設U1=a+jb，U2=c+jd那么U1與U2要采用同一個坐標系來測量。借助相敏檢波器，可以分離出a、b、c、d，相敏檢波過程，需要一個穩(wěn)定的0度與90度的正交

6、坐標軸，測量期間，U1、U2向量也必須在這個坐標系中保持穩(wěn)定，不能亂轉。為了得到足夠的精度，控制好放大器的增益，使得a、b、c、d的有效數(shù)字足夠大，Zx的測量精度就高。然而，Zx分母兩個正交量ac+bd和bc-ad，其中一個可能相對于另一個小得多，這就要求AD轉換器的精度及分辨力要足夠大，否則小的那一個難以分辨出來。為了減小分布參數(shù)的影響，電路中引入了V/I變換器，上、下臂的中點變?yōu)榱颂摰?。詳見電路。上、下臂電壓分別通過“儀表三運放”緩沖放大后輸出。“三運放”電路有較強的共模抑制能力。V/I變換器，并不能保證在7.8kHz時虛地對地

7、電壓為零，尤是在低阻測量時，這就產(chǎn)生了共模干擾信號，因此引入儀表三運放電路是必要的?？梢姡琕/I變換器與“三運放”的結合，有效實現(xiàn)了上下臂電壓的隔離放大，并且在音頻域很容易得到高精度。經(jīng)K3切換上下臂，信號進入下一級放大。為了使電橋更精確，通常要求上、下臂使用“同一個毫伏表”放大（或者不放大，直接進行相敏檢波）。由于本電路AD的分辨力不足，直接檢波只能保證電橋在平衡點附近±30%的范圍內(nèi)取各較好的精度。如，橋平衡時對應表頭字數(shù)600字，若被測阻抗不能使電橋平衡時，上臂變?yōu)?00+300=900字，下臂變?yōu)?00-300=300字，顯

8、然，對于300字的讀數(shù)，最多只能得到0.3%的精度，超出這個范圍后，精度將下降。以上分析表明，對于某一量程，保持良好精度的范圍比較小，除非采用更高精度的AD。為了解決這個問題，后級可控增益對每個量程都啟用，這樣，各檔測量范圍就增加了，