10k欧 100k欧 3.1 3.0 3.0 2.5 3.1 2.5 50.4欧电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 50.37 50.41 50.22 51 1kHz 50.38 50.48 50.37 51 7.8kHz 50.35 50.36 50.40 50 100.2欧电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 100.0 100.0 99.99 100.1 1kHz 100.1 100.0 99.95 100.0 7.8kHz 99.92 100.0 99.95 100.0 297.6欧电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 297.5 297.6 297.2 296.2 1kHz 298.0 297.6 297.7 297.0 7.8kHz 297.1 297.3 297.1 296.5 994.2欧电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 994.0 993.5 993.5 993.0 1kHz 995.5 994.6 994.5 993.0 7.8kHz 994.2 994.0 993.8 992.0 3.285k电阻实测 档位 20欧 1k欧 100Hz 3.290 3.284 1kHz 3.298 3.288 7.8kHz 3.276 3.283 10k欧 100k欧 3.283 3.283 3.289 3.288 3.282 3.280 19.99k电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 20k 20.02 20.00 19.98 1kHz 20k 20.03 20.00 20.01 7.8kHz 20k 20.00 19.99 19.97 26.64k电阻实测 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 26.4 26.68 26.66 26.66 1kHz 26.4 26.70 26.70 26.69 7.8kHz 26.3 26.65 26.65 26.64 468.2k电阻实测(并联法) 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧 100Hz 430k 470k 469.9 469.8 1kHz 390k 470k 470.0 470.0 7.8kHz 390k 466k 466.8 465.5 2.209M电阻实测(并联法),7.8kHz残余电阻150M欧 档位 20欧 1k欧 10k欧 100k欧
L、C的测量精度,与Q和X的测量精度有关。当Q大于1时,测量精度可以参考电阻测量精度。X分量反而变成了副参数,精度下降。
测量小电感时,由于频率过低,是不能完全反应高频状态的。例如,用5米长0.38mm
100Hz * 2.2M 2.213 2.215 1kHz * 2.2M 2.215 2.205 7.8kHz * 2.2M 2.159 2.165 线径漆包线绕的空心线圈,10kHz时的电感量是35.5uH,到了1MHz表现出来的电感量会比大于该值,即在10kHz与1MHz两个频率下表现出来的电抗是不同的。1MHz频率下铜线的趋肤深度是0.066mm,10kHz频率下趋肤深度是0.66mm,在10kHz下,趋肤深度远大于这条导线半径,所以导线的内自感是0.05uH*5=0.25uH,当频率达到1MHz,内自感变为2*0.066/(0.38/2) * 0.25uH = 0.17uH,这就是说,低频测量多测出了0.08uH的内自感。线圈有分布电容及对地分布电容约2pF至3pF,这会使它在1MHz时表现出的感抗变大0.5%的。频率高了,线圈中各点的电流不是同步建立的,这些也可以归算为分布电容的影响,会使高频电抗进一变大。电感绕线用的传导铜线的长度大,容易受到各种因素影响,所以不必期望低频法测得的电感量外推到高频还会有相同的精度。
有的电感小到只有零点几uH,本表也可以测量。为了使仪表更可靠的工作,首次安装LCR表,建议对它进行验证。方法如下:
制作一个3uH左右的铁硅铝磁环电感,也可以使用色环电感或空芯片圈,如果采用空心线圈,测量其间应确保线圈不变形。此电感直接焊接在主板上,测得电感量为L0。然后取一个电阻R从R17下端接到R18下端(虚地),并测得电感量L。那么理想测值应为L = L0*R/(R17+R),本电路R17是1k欧。以下是一组实测结果:
(铁硅铝磁环线圈,f=7.83kHz,Q=5,L0=2.84uH) R(欧) 无穷大 2100 300 100 51 25.5 L(理论) L0=2.84uH 1.92uH 0.66uH 0.26uH 0.14uH 0.07uH L(测值) 2.84uH+0.01uH 1.92uH+0.00uH 0.65uH 0.24uH+0.01uH 0.12uH 0.05uH±0.01uH 备注 正跳0.01uH 不跳 正跳0.005uH 正跳0.01uH 不跳 正负跳0.01uH 以上实测结果表明,零点几uH的电感测量,误差约为0.01uH的,量化噪声约为0.01uH。 以上数据说明,此LCR表存在零点偏移0.02uH,可以考虑更改菜单7中进行7.8kHz的零点修正值。
实际的零点几uH电感,在7.8kHz时,很多Q值小于1,噪声变大。输入端的差模噪声,一部分是低频噪声,也有高次谐波及其它干扰信号等。这些噪声对小信号有较大影响。电感量相同的电感器,如果Q值低,等效串联电阻大,电感器上的总压降增加,噪声总量也会增加一些。因此,0.1uH的低Q小电感,显示值会跳动达正负0.02uH。当被测电感0.2uH以上,抗干扰能力增加了许多。此外,共模干扰信号,对测量也有影响,因为,此时的共模信号强
度是差模信号的几九倍。
当电感的Q值非常低时,电抗X值几乎为零,在噪声影响下,X可能变成负值,这时可能显示为电容了(负电抗会有一个带小数点的单位)。 2高阻测量的残余电容问题:
数字电桥存在一些开路残余电容,残余电容是有损耗的,即含有电阻分量。不同频率档位,残电容基本相同,但残余损耗电阻是不同的。1kHz与100Hz,残余并联损耗电阻是G欧级的。7.8kHz的残余并联电阻会小一些。
开路残余损耗电阻相当于并联在被测Zx两端,因此,当我们测量一个高阻电抗,如果试图修正结果,应使用并联原理修正。这时,请使用并联法测量。
残余电容的容量在1kHz和7.8kHz下,不管是串联还并联,容量是相同的,这是因为残余电容的Q值较大,所以串或并联残余电容相同。测量小电容时,应减去残余电容,才是真正的电容值。
100Hz下,通常无需考虑残余电容问题。 八、DDS信号发生器
这是本LCR表的使用的核心技术。利用它实现了精确的相位控制,并输出正弦波。 DDS即“直接数字频率合成器”
一般采用专用DDS芯片,以取得高性能。使用专用DDS,如AD9833等芯片,价格贵,而且是MSOP封装,焊接不易,给DIY带来了一些障碍。此外,AD9833与单片机结合,实现0度、90度、180度、270度移相方波,也是比较麻烦的。
现在的单片机,速度快,可以直接合成音频波形,同时精确输出移相方波。 单片机DDS算法原理:
正弦函数y=sin(x),其中相位量x与时间成正比。即相位x随时间增加而线性增加。 先产生随时间线性变化相位序列x,同时利用查表法得到sin(x)的值,并利用DAC将sin(x)的值即时输出。
在单片机中设置定时器,每隔dT时间,相位累加dX,就得到x,x+dX,x+2dX,x+3dX??的相位序列。每产生一个相位,同时输出相应的sin(x)值。
算法确定后,接下来就看硬件上是否支持以上算法,如果支持,写出相应程序即可。 在单片机的内存中,存放了方波函数值查询表、正弦波函数值查询表,dT中断来到时,先输出x对应的正弦波数值,接着在另一个端口马上输出x+0度(或x+90度)方波函数值。这样就得到了LCR电桥所需的两个信号源。当前输出方波是x+0度还是x+90度,dT中断期间,不要使用if语句来判断,而应写面“x+初相变量”的形式,初相变量是事先设定好的。
这样,x+0度方波与x+90度方波之间的相差就是严格的90度关系。
为了使波形相位稳定,dT的中断优先级须置为最高级别。 STC12C5A60S2,内置了DAC,并且dT可以设置得较小。 九、相位补偿技术
相位补偿,实际上就时去除残余Q值或D值。 可控增益放大器相位补偿原理:
测量上、下桥臂,如果放大器入于相同的增益档位,两组测量的移相是相同的,互相低消,可以忽略。如果两臂测量采用不同的增益测量,则移相不可忽略。放大器移相引入的误差,对四个档位的测量都有影响,而不单单是高阻抗与低阻抗两种特殊情况。这是因为放大器的移相存在,造成高Q的CBB电容的Q值根本无法测量。为了解决这个问题,须提高7.8kHz下Q值的测量精度,理想的办法就是采用相位补偿。
两个可控增益放大器的移相是不同的。注意,在频域看,是相位滞后,时域看,其实就是放大器对正弦波的延时响应,对不同的频率,延时量基本相同,而1kHz档周期长,所以延时引入的误差基本可以忽略,对于7.8kHz档,这种延时不可忽略,它对相位的影响,是1k档的7.8倍。
修正方法,测定出两个放大器的相对于1倍增益时的移相。第一级可控增益放大,是1倍和9倍两档,我们要测出9倍档的增加移相。第二级可控增益放大,是1倍和3倍两档,我们要测出3倍档的增加移相。
频率置为1kHz,档位采用1k欧档。1k档阻抗低,对分布电容不敏感,所以使用这个档位来捕获后级放大器的移相,而不且前级受分布电容的影响。1k档的阻抗,也远比引线电感阻抗大,引线电感可忽略。
接入不同的被测电阻,测得不同增益档位下的相位偏移(Q值实际上就是它的相位偏移角度)。增益档位可以使用菜单4监视。
测得不同电阻下运放增益档位与移相数据如下:
下表数据,增益档位为0是1倍档,1是3倍档(源于第二可控运放),2是10倍档(源于第一可控运放),3是两个放大时同时放大,共3*9=27倍,增益档位使用菜单4查看。 51.00k电阻:上臂0,下臂3,Q=0.027 20.00k电阻:上臂0,下臂2,Q=0.016 2.200k电阻:上臂0,下臂1,Q=0.016 1.000k电阻:上臂1,下臂1,Q=0.000 0.330k电阻:上臂1,下臂0,Q=-0.016