適合愛好者DIY的數(shù)字電橋

1、LCR 數(shù)字電橋自制方案許劍偉 福建莆田第十中學一、引言：電阻、電感、電容是電子愛好者的基本元件， 它們的主要參數(shù)可以使用 LCR 電橋準確測得。 本文充分利用現(xiàn)代單片機內部資源簡化電路，盡量采用最普通的器件設計電橋，得到的精度 優(yōu)于 0.5%（進行逐檔校準后精度優(yōu)于 0.3%），總體性能可以滿足業(yè)余愛好者要求，具有較強 的 DIY 及學習研究價值。二、基本特點創(chuàng)意設計： 將正弦信號發(fā)生器、 AD 轉換器、 0/90 度方波發(fā)生器等，全部利用單片機片內 資源完成，與同類電路相比，電路大為簡化。AD 字數(shù)： 1000 字，采用了過采樣技術，有效分辨力約為 4000 字測量方法： 矢量法，自由軸。

2、主要測量范圍： 1歐至 0.2兆歐，精度 0.5%（理論），實測比對，均未超過 0.3%有效測量范圍： 2毫歐至 10 兆歐，最小分辨力約 0.51毫歐串聯(lián)殘余誤差： 小于 2 毫歐，低阻測量時此誤差不可忽略并聯(lián)殘余誤差： 大于 50M 歐，高阻測量時此誤差不可忽略Q值誤差：土 0.003 （Qv0.5）, Q/300 （Q2，相對誤差簡易算法），其它按0.5%左右估算D值誤差：土 0.003 （D2，相對誤差簡易算法），其它按0.5%左右估算ESR 誤差： |Z| / 300電容D、Q測量適用于40pF以上，20pF以下D、Q精度變差很多。 開路、短路清零： 用于高阻及低阻測量。信號源幅度：

3、 峰值 200mV（100Hz）， 180mV（1kHz）， 190mV（7.8kHz）電感：分辨力0.005uH，有效分辨0.02uH，測量范圍0.1uH至1000H，超出1000H未測試。電容：分辨力與夾具有關。夾具好的話，可以有效分辨0.05pF，不屏蔽只能分辨到0.1pF，甚至只有1pF。測量上限大于100mF電容。簡易夾具參數(shù)推薦：7cm至10cm長，0.75平方毫米導線，接上小夾子即可。頻率精度：實際頻率為99.18Hz、999.45Hz （另一版本976.56Hz）、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

4、精度約為0.03% （由 石英晶振電路決定） 。三、LCR 數(shù)字電橋的原理 LCR電橋測量原理如圖，測定電抗元件Zx中電壓Ui與電流I,利用歐姆定律就可以得到Zx =6/1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 乙二叢 5 R&I U2/R U2可見，無需測量I的具體值，只須計算Ui與U2的比值就可以得到Zx，具有電橋的基本特 征。為了得到Zx在實軸與虛軸上的兩個分量，以上計算須采用復數(shù)計算。設 Ui = a+jb，U2=c+jd那么 Z =R a jb 二 R(a jb)(c -jd)二 Rac bd j(bc - ad) x c+jdc+jd借助開關式相敏檢波器，可分離

5、出 a、b、c、d。檢波過程需要一個穩(wěn)定的0與90的正 交方波信號（即電壓向量圖示法的坐標軸），測量期間Ui、U2向量也必須在這個坐標系中保 持穩(wěn)定。然后控制好放大器的增益，使得 a、b、c、d的讀值數(shù)字足夠大，Zx的測量精度高。通過電子開關切換，Ui與U2的只需由一個毫伏表完成測量。阻抗計算是一個比值計算，所以要求毫伏表高線性，而對精度無特殊要求。分布參數(shù)及毫伏表的輸入阻抗，并不是很穩(wěn)定的，因此上圖電路在測量高阻抗元件時，通過校準消除誤差的效果受到一些影響，誤差變大。此外，高阻情況下測量 Ui與U2時，兩個 毫伏表須共地，不宜像圖中那樣浮地測量 Ui，否則分布參數(shù)的影響會更嚴重。利用 “儀表

6、 三運放”差分放大電路，可以把 Ui與U2轉換為共地信號。然而，B點對地電壓不為零，就 對“儀表三運放”的共模抑制能力要求很高，增加電路成本。為此，本電路仿照經典電路引入了 V/I變換器，上、下臂的中點變?yōu)榱诉\放的虛地，以解 決上述問題。詳見電路原理圖。100k 檔本電橋是采用電阻校準幅度和相位的。引入了 V/I變換器，在對高阻檔校準有利相位校準時，R = Zx = 100k歐，并聯(lián)在上下臂的分布電容均只有幾個 pF，此外，由于虛地電 位接近于零，所以虛地對地分布電容的分流可以忽略。因此，上下臂電壓、電流基本相等， 對稱性好，即使不進行相位校準，誤差也是小量，校準后，相位誤差基本消除。1=眼說

7、電咀 骯】 SO 瞼 l.Ek邸3 20kt-C=lO Kb B.14 33U可選電豌】2.2kIk00+scp-rk-sCB4052S.k 肥】kHi lOOMi 7.613IKn00Q620EK3UlD?/TM茁54 |,Q下宵電鈕R立站1為4Ra3K2 |I P2 1 F2.Z11145A BCII4052巧1:J丄| 1?IM 13CD90&2限盍電陰 血 e EtimEt3 | K2t I P2.1F2.24EJI BCD4O52Illi kinl10k|lOOk| 20 Klb Ik量程指CTXTIHB4IF：l?TL0S4i二B20 lBkB21. 2k00504140B3-D6

8、接 H1.H2.H3；KI至耽置0接通囂置1接通y20kZk KBU1 j jkliz K5=0 j B0=1 i lOOMiK5=l E9=* *lQn. SLk c=ir-R34主473CL210kH35OFOTPLOz lOONi TBkHL*礙曾占覷8050snOniTOI -4148100kR3 9半1041 =IMC&10k 卜|加 主盟T 6P1.1PI.OF2.016 15 14 13 12 p|.4 PL2I 2 3 4 5 IKM 7 0CD4053PLS Pl .716 IE 14 13 12 PI.6I 2 3 4 S 7 0電子開關按線圖100HzB.lkHellT.

9、SkMi 燈P2.0 Pl.SLD5-BiOOOu CaT STlOCki.1K4OD7 lOOOu Sh.I-4 C-sE：CglIOLCrii Rm1, sanRd-8F2.05TC12C5*J&D5220100Hz. 1kHz. 7.813kHz數(shù)字電橋上、下臂電壓分別通過“儀表三運放”緩沖放大后輸出，圖中兩組“三運放”分別是 U1A , U1B，U2A和U1C、U1D、U2B。實際上，V/I變換器并不能保證在7.8kHz時虛地對地電壓 真正為零（尤是在低阻測量時），這就產生了共模干擾信號，所以“三運放”電路須有較強的 共模抑制能力。經K3切換上、下臂信號進入下一級放大。要使電橋更精確，

10、上、下臂應使用“同一個毫 伏表”進行放大（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，保持良好 精度的范圍比較小。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。啟用了可控增益放大器，上下臂電壓測量實際上不再使用“同一個毫伏表”，因此誤差增加大50%左右。兩級可控增益放大分別由U2C和U2D完成，實現(xiàn)9倍和3倍增益切換，組合后得到1、3、 9、27四種增益。圖中的3個帶通濾波器及R56、C26可以抑制高頻干擾，防止運放過載，同時減小工頻干 擾，使得末字跳動減小。此外，這一組濾波器對高次諧波有一定的抑制作，對提高7.8k檔D值精度有一定幫助。設計濾波器

11、須注意阻抗問題，高阻抗濾波器本身會受到電路板上的附加 耦合的干擾。所以濾波電容的取值大于10nF。DDS濾波器的阻抗也不能設計得太小，道理與 帶通濾波器是一樣的。電子開關K7構成相敏檢波器。檢波后輸出直流信號，經OP07放大送入單片機進行AD轉 換。由于單片機AD輸入電壓是05V，而5V供電時OP07的擺幅只有3V左右，所以輸出 加入3個二極管及100uF電容墊高輸出電壓，使得擺幅上限接近5V。STC單片機的AD在零 點附近無法正常工作，本電路利用 R37提供偏置電壓解決此問題。本LCR電路地線上沒有大電流信號，因此對 PCB地線布置沒有很嚴格的要求。LCR所需的信號源由單片機進行 DDS操作

12、實現(xiàn)。DDS信號輸出時需要DA轉換器，本電 路利用STC單片機的PWM功能實現(xiàn)DA轉換，在P1.3 口輸出，然后經6階RC濾波器轉換 為正弦波。DDS濾波器能夠對1kHz及7.8kHz的三次諧波有效抑制，所以1kHz及7.8kHz兩 檔的相位精度比100Hz檔的精度好一些。開關式相敏檢波原理設正弦信號Asin(x+)，為了實現(xiàn)相敏檢波，在信號通路上設置一個開關，使之僅導通半 個周期。導通開始時刻為x=0，那么導通期間的平均直流電壓是：1 兀-1n 2Ux=Asin(x+6) =A cos(x +)=一 A cos兀JT0 兀當導通開始時刻為x=n /2,平均直流電壓是：1 3“/22U yA

13、si門&亠為)A sin ：如果使用復數(shù)表達，兩個開關信號的相位是相差90度的，組成坐標系。正弦向量在這個坐標的輻角是，模是A,實部是Acos，虛部是Asin，顯然，上面正交檢波結果與正弦向 量實部、虛部成正比，比例常數(shù) 2/ n。因此，對于一個理想開關，控制好開關的導通時序， 以確保穩(wěn)定，兩軸嚴格相差90度，并且導通時間為1/2個周期，那么就可以分離出正弦信 號的兩個正交分量。實際相敏檢波器電路的檢波效率并不是上述的計算值K=2/ n ,而是K=(2/ n )*2R/(4R+r)，詳見下圖:2U = A cos 兀圖4檢波玆率Acos2K + 2R + r 7t(4R + r)4R7l(4R

14、 +r)LCR開關式相敏檢波器的檢波效率分析圖對于直流，電路由圖1變換為圖2, r接在交流源的下端與上端是等價的。然后把開關切 換后的兩個半周期電流獨立分析計算即可。最后得到檢波效率是：4RK=4*51/(4*51+20)/3.14=0.29兀(4R +r)開關式相敏檢波器具有偶次諧波的抑制能力，但不能消除奇次諧波的干擾。奇次諧波的影 響采用DDS濾波器及算法消除。 DDS信號發(fā)生器這是本LCR電橋的關鍵技術之一，利用它實現(xiàn)了精確的相位控制，并輸出正弦波。DDS即“直接數(shù)字頻率合成器”，一般采用專用DDS芯片以取得高性能，如 AD9833等芯片。它 的價格貴，而且是MSOP封裝，焊接不易，給D

15、IY帶來了一些障礙。此外，AD9833與單片 機結合，實現(xiàn)0度、90度、180度、270度移相的方波也是比較麻煩的?，F(xiàn)在的單片機速度快，可以直接合成音頻波形，同時精確輸出移相方波。算法原理：正弦函數(shù)y = sin(x)，式中相位量x與時間成正比。即相位x隨時間而線性增加。先產生隨時間線性變化的相位序列 x，同時利用查表法得到sin(x)的值，并利用DAC將 sin (x)的值即時輸出。在單片機中設置定時器，每隔dT時間，相位x累加dX，就得到0, dX，2dX，3dX， 的相位序列。每產生一個相位，同時輸出相應的正弦函數(shù)值si n(x)。DDS方波的算法與正弦波的算法完全相同。輸出sin(x)

16、時，同時查表輸出方波函數(shù)值即可。這就得到了相位關系穩(wěn)定的正弦波與方波信號。實際程序中，在單片機的內存中存放了方波函數(shù)值和正弦波函數(shù)值2個查詢表，dT中斷 來到時，先輸出 x 對應的正弦值，接著在另一個端口馬上輸出 x+0 度（或 x+90 度）方波函數(shù) 值。這樣就得到了 LCR電橋所需的兩個信號源。當前輸出方波是 x+0度還是x+90度，dT中 斷期間，不要使用if語句來判斷，而應寫成“ x+初相變量”的形式，防止意外延時，初相變 量是事先設定好的。這樣，x+0度方波與x+90度方波之間的相差就是嚴格的 90度關系。生 成dT的中斷源的優(yōu)先級應置為最高一級，以保證程序運行期間相位關系穩(wěn)定。 A

17、D過采樣為了克服AD分辨力不足的缺點，程序中采用過采樣算法提升 AD分辨力。DDS除了輸出 正弦波、0/90度方波，還在P1.1 口輸出了 32kHz方波。經R57、C27、C15積分為三角波， 與檢波輸出的直流信號疊加， 接下來，單片機進行 60次采樣并求取平均數(shù)作為 AD 轉換結果。 AD 分辨力明顯提升。負電壓 AD 轉換STC 自帶的 AD 無法進行負電壓采集。負電壓轉換的結果 0，實際上，小于 +13mV 以下的 電壓全部轉換為0讀數(shù)。為解決這個問題，用 R37給檢波輸出加入50mV左右的偏置電壓。 那么，當檢波輸出信號為 0時， AD 本底讀數(shù)約為 7.5字（滿度按 1000字計算

18、）。當程序檢測 到低于 7.5 字的讀數(shù)，說明輸入電壓為負值，那么就將相敏檢波器開關信號旋轉 180度，檢 波輸出就變成正值， AD 轉換器就可以正常工作了。四、元件選配及安裝電阻選用 1%精度。信號濾波器相關的電容，使用滌綸或CBB 電容。電源濾波電容使用電解電容和瓷片/獨石電容。前端4個220nF電容，通常使用63V以上的滌綸或CBB電容。OP07 直流放大相關的電容，可以使用獨石電容（如果不介意體積，建議使用滌綸或 CBB）。R9R12四個2k電阻應使用阻值相同的。先篩選出 4個相差在0.3%以內電阻。然后在 這四個電阻中，取兩個相差僅 0.1%以內的電阻做為R9、R12，四個電阻溫漂應

19、小于50ppm/K 且溫漂一致。R9R12四個10k電阻請使用阻值相同的。先篩選出4個相差在0.3%以內電阻。然后在 這四個電阻中，取兩個相差僅0.1%以內的電阻做為R13、R16,四個電阻溫漂應小于50ppm/K 且溫漂一致。Ra1至Ra4建議使用誤差小于 0.3%，溫漂小于25ppm/K的電阻R20、 R21 的比值應為 8:1 ，比值精度應篩選到 0.3%以內，溫漂小于 25ppm/KR30、R29的比值應為2:1，比值精度應篩選到0.3%以內，溫漂小于25ppm/K這 16個電阻，直接使用 0.1%的精密電阻比較省事。用 1%精度的金屬膜電阻篩選，需進行 溫漂測試。比如，可以使用四位半

20、萬用表，結合手指加熱電阻估測溫漂。CD4053、 TL084、TL082 使用頻率響應好的，以提升相位精度。焊接是基本功， LCR 表元件多，飛線多，焊接技術不過關， DIY 本電路不易成功。這里講 到的焊接問題，包括元件引腳順序、極性的識別，焊接技巧，飛線方法，檢查連線正誤的技 巧，焊接質量、溫度控制等等。這些問題一兩天難以上手的，需要一定的時間積累。因此， 從來沒有電子 DIY 的朋友，不要用洞洞板制作，建議直接打樣 PCB 板。裝上單片機之前，請先檢查 7805、7905 輸出電壓是否正常，以免損壞單片機。32MHz 晶振多為三次泛音晶振。如果沒有基音晶振而用泛音晶振代用，須進行阻容匹配

21、，防止諧振于基音。即晶振兩端對地接上 5pF電容，同時在晶振兩端并聯(lián)一個幾十 k的電阻。 用5K、10k、20k、50k、100k電阻并聯(lián)試驗，若 5k不起振，10k,20k,50k振于32MHz , 100k及以上振于32/3=10.7MHz ,那么并聯(lián)電阻取20k即可。下載程序時，電腦會顯示出晶振 的頻率。也可以使用有源晶振，將時鐘信號接入單片機的 19腳。無法下載程序時，首先不是 懷疑單片機壞了（除非在腳單片機第 40腳加入超過5.5V的電壓，單片機不容易壞掉的），而 應確認晶振是否正常起振、串口 /USB 下載器、電腦軟件是否正常。1kHz的頻率輸出實為976.56Hz,如果要改成99

22、9.45Hz,須更改程序。將程序中所有的977 替換為 1000，然后用 Keil C 重新編譯。應使用緊湊模式編譯，小模式編譯不通過。然后下載 程序，ISP下載軟件使用“ STC-ISP V4.80”反復上電、斷電，STC12C5A60S2內置EEPROM易發(fā)生數(shù)據丟失問題，校準數(shù)據全部變?yōu)?-1， LCR 表無法工作。經測試，數(shù)據總是在第一扇區(qū)丟失。新版程序已把校準參數(shù)寫入第二 扇區(qū)，目前未發(fā)現(xiàn)數(shù)據丟失問題。如果覺得不安全，建議使用外置EEPROM芯片，只需更改cs_RW（char rw）函數(shù)，刪除原有 EEPROM相關的程序。也可以使用同系列其它型號單片機，如 STC12C5A32S2等

23、。五、菜單使用要點：鍵名與菜單：1 鍵一X，2 鍵一R，3鍵一L，4鍵一C，5 鍵一Q，6 鍵一F，7 鍵一Rng, 8 鍵一MenuMenu+X切換到菜單1, Menu+R鍵切換到菜單2,菜單 1（ Menu+X 鍵）：這是開機啟動默認菜單F鍵：頻率切換，100Hz、7.8kHz時，相應指示燈亮起，1kHz時不亮；Rng 鍵：量程切換鍵，相應的量程指示燈亮起；X 鍵：“串聯(lián)與并聯(lián)”模式切換；C 鍵：開路、短路清零；L鍵：取消開路、短路清零（開路、短路清零數(shù)據同時置 0）。進行開路清零時，表筆應開路并等待屏幕穩(wěn)定顯示（一般數(shù)字亂跳數(shù)次后穩(wěn)定），然后按下C鍵。清零僅對當前頻率及當前量程有效。如果

24、切換了頻率或量程，已有的清零數(shù)據不被應 用。如果清零不滿意，可以再次按下 C鍵。短路清零與開路清零用法相似，不同的是，表筆 短路時清零。重新開機后，開路、短路清零數(shù)據恢復為0值。屏幕共顯示4個數(shù)，及檔位標識。串并聯(lián)標識電阻電抗第一行第1個，顯示為Zs或Zp，分別表示串聯(lián)法與并聯(lián)法。接下來兩個數(shù)表示電阻分量 R 與電抗分量X。在串聯(lián)模式下，單位顯示在行末，兩個數(shù)值的單位相同。并聯(lián)模式下，兩個 數(shù)字都有各自的單位。第二行第1個字母為A或B或C，分別表示100Hz、1kHz、7.8kHz, 第2個字母表示量程，分別是1、2、3、4,代表20R、1k、10k、100k四個檔。接來的兩個 數(shù)表示電容（或

25、電感量）和 Q值。測量時，先設定頻率，測出電抗值。然后根據電抗選擇最佳量程。串聯(lián)時，取R與X絕對值較大的值為主參數(shù)，并聯(lián)時取R與X絕對值較小的值為主參數(shù)。主參數(shù)在量程電阻附近時， 可以取得較高精度。設量程電阻為 A歐，建議在“ 0.8AV主參數(shù)8A”之間測量。發(fā)果沒有合 適的量程，可以采用“ 0.1AV主參數(shù)10A”選擇量程。100k檔，測量小于80k的阻抗會出現(xiàn)低阻溢出提示“ Oveflow low本表推存標稱精度為 0.5%，測量誤差通常不會超過 0.3%，但會有少數(shù)可能出現(xiàn)誤差在 0.3% “擦邊”現(xiàn)象，為了得到更可靠的結果，可以采用臨近檔讀數(shù)平均，使得讀數(shù)更可靠。由于 出現(xiàn) 0.3%誤

26、差的概率是比較低的，兩次測量中，同時出現(xiàn)0.3%誤差的可能性很小，因此，取平均后結果更可靠。校準后，大量實測表明，誤差一般是0.1%，少數(shù)達到 0.2%，通常無須采用平均法讀值。有些電容的容量是隨電壓而變化的，這時，平均法無效。平均法對 CBB 、滌綸電容有效。 對非NPO的瓷片電容無效，這種電容不是精確的電容，無須精確測量。相反，通過換檔測量， 可以測出電容的電壓特性。如果被測電抗與量程電阻之間超過20 倍，精度要下降，這時取平均是無效的。提示：表筆開路，顯示值亂跳是正常的。大電感器（如500H電感），在1kHz以上頻率，有的會表現(xiàn)為容抗而不是感抗，這是電 感器的分布電容造成的。本表存在殘余

27、電抗。為此，測量pF級電容，要扣除開路殘余值。若想直讀得到結果，請 使用開路清零法。毫歐電阻、微享電感測量時，應使用四線法，并減去短路殘余值。誤差小于 1 毫歐。也 可以使用短路清零法。菜單 2 （Menu+C 鍵， LCD1602 版，使用 Menu+R ） ： 顯示上下橋臂測量所采用的運放增益檔位，校準 LCR 時會用到。顯示為“ up： * dw : * ”，其中up表示上臂，dw表示下臂。菜單 3（ Menu+L 鍵）：這是調試菜單，屏幕顯示 AD 的讀值，是電路設計與程序調試的保留菜單。X 鍵：增益切換鍵L 鍵： K3 切換鍵C鍵：相位旋轉鍵。相位旋轉的順序是 0度、180度、90度

28、、270度菜單 6（ Menu+F ）：頻率改正菜單。如果使用有源晶振或普通晶振做了阻容匹配，頻率精度較高，改正量可 以置零。注意，晶振的頻率是無法用軟件調整的，本參數(shù)只是告訴單片機“晶振的頻率改變 了”。改正值按如下方法確定：理論頻率是 f0 = 62500 / 8 = 7812.5Hz用準確的頻率計測量出7.8kHz時TL081第1腳的輸出頻率f那么理想修正值為 ( f - f0 ) / f0 * 10000如實測 f = 7817.5，那么修正值應置為 ( 7817.5 - 7812.5 ) / 7812.5 * 10000 = 6用 X 鍵或 R 鍵更改參數(shù)值， L 鍵保存。菜單 7(

29、Menu+Rng 鍵)：這是校準菜單，用 Q 鍵和 F 鍵切換各校準項。首次下載時，所有參數(shù)的初值為 -1，若有新版程序更新下載，一般不改變原有參數(shù)，是 否改變參數(shù)值，與程序設計相關。X 鍵：數(shù)值增加R 鍵：數(shù)值減小L 鍵：保存鍵C 鍵：清零鍵Q 鍵：參數(shù)切換鍵，向左F 鍵：參數(shù)切換鍵，向右Rng 鍵：顯示 /退出測值 首次使用時，請設置好校準參數(shù)，否則 LCR 表無法正常工作。六、校準 LCR 表校準前，請先檢查信號源輸出的幅度是否正確。100Hz約200mV峰值，1kHz約180mV峰值，7.8Hz約190mV峰值。幅值大了 10%不可 以，小了 10%不要緊。接線無誤，100Hz與1kH

30、z檔的幅值是確定的，無須調整，7.8kHz檔 有可能偏差，請檢查，如有較大偏差，請調整 C24 的容量。校準之前，需準備好幾個電阻：校準V/I變換器，需四個已知阻值電阻：20歐、1k、10k、100k校準可控增益放大器，需兩個已知阻值電阻、3.3k、9k歐1k、10k、100k這三個電阻，應使用99xx真值的，不要使用10xx的。前者校準分辨力 是后者的 10 倍。增益狀態(tài)核對在1kHz和7.8kHz下、分別在相應的檔位接入 20、1k、10k、100k被測電阻，上下臂的 可控增益狀態(tài)必須相同，否則無法進行幅、相校準。用“ M+R ”鍵進入檢查菜單，顯示為“ 1， 1”或“ 0， 0”說明上下

31、橋臂相對平衡，且信號放大采用了同一增益。如果是“1， 0”或“0，1”說明信號幅度不正確。在1kHz和7.8kHz下，1k檔接入9k電阻，應是“ 0, 2”，接入3.3k電阻應是“ 0, 1”。當信號源的 CD4052 的導通電阻加限流電阻不等于兩倍下臂電阻時（如導通電阻過大可能引起這個問題），1k檔增益態(tài)有可能不滿足上述要求，此時可調節(jié)Rb2電阻或更換CD4052。校準時，不得有開路、短路清零數(shù)據。菜單7為調校菜單，如果參數(shù)設置亂了，可以連續(xù)按5次C鍵（要剛好5次）恢復為默認值，再按 L 鍵保存。首次校準，須恢復默為認值。共 18 個參數(shù)，含意如下：Z0、Z1、Z2分別是100Hz、1kHz

32、、7.8kHz下的零點校準值，單位是“字”R1X R4X是V/I變換器4個量程的相位補償值，單位是 0.0005弧度G1XG2X 是 3 倍、 9倍可控增益運放的相位補償。單位是“ 0.0005弧度”R1 R4是V/I變換器4個量程下臂電阻校準。單位是 0.01%G1 G2是3倍、9倍可控增益運放的增益校準。單位是 0.01%phX是1kHz檔的相位校準。單位是“ 0.0005弧度”。R4b是7.8kHz頻率100k檔增益校準。G2b是7.8kHz頻率9倍放大增益校準。AK 是 AD 非線性改正參數(shù)分項校準所有校準中，零點調校是 LCR 表參數(shù)準確的前提，是調校的第一步。Menu+Rng進入校

33、準菜單后，用Q （向左）或F （向右）鍵切換各參數(shù)。X和R鍵是加、 減數(shù)字。 Rng 是進入（或退出）測值顯示狀態(tài)。 Menu+X 退出校準狀態(tài)。1、 Z0校準，接入20歐電阻，按Rng進入測量值顯示狀態(tài)，頻率、量程檔位會自動切換，按 X 或 R 鍵進行參數(shù)增減，使 R 讀值為 20 歐，按 Rng 退出。（須調校） 其它項校準時， Rng、 X、 R 鍵的用法相同，不再重述。2、Z1校準，接入20R，方法同Z0。（須調校）3、Z2校準，接入20R，方法同Z0。（須調校）4、R1 校準，接入已標定的 20 歐電阻，方法同 Z0。5、R1X校準，接入20歐電阻，調到Q值為0。（建議校準，通常為0

34、或-1）6 R2校準，接入已標定的1k歐電阻，校準方法同Z0。7、R2X校準，接入1k歐電阻，調到Q值為0 （或調到電抗電抗為0）。（建議校準，通常為 0 或-1）8、AK 校準， 12 年 1 月份之前的 STC 片子 AK 置零即可。 12 年 1 月份的 STC 片子 AK取值 5 至 30 之間。接入 25 歐。校準時， AK 不要調得過大， 寧可留一點誤差。 因為 AK 過大，可能引起511或512字AD讀數(shù)時誤差變大9、R3校準，接入已標定的10k歐電阻，校準方法同Z0。10、 R3X校準，接入10k歐電阻，調到電容視值為開路殘余電容。（須校準，約為3）11、R4校準，接入已標定的

35、100k歐電阻，校準方法同Z0。12、 R4X校準，接入100k歐電阻，校準方法同R3X。（須校準，約為48左右）13、 R4b校準，是7.8kHz頻率100k檔增益補償。同R4校準，只是頻率是在7.8kHz14、G1校準，接入已標定的3.3k歐電阻，校準方法同Z0。15、G1X校準，接入3.3k歐電阻，校準方法同R3X。（須校準，約為36左右）16、G2校準，接入已標定的9k歐電阻，校準方法同Z0。17、G2b校準，是7.8kHz頻率9倍放大增益補償。同G2校準，只是頻率是在7.8kHz18、G2X校準，接入9k電阻，校準方法同R3X。（須校準，約為34左右）19、 phX校準，是1kHz各

36、檔的相位校準。默認值為0。接上1k電阻，在1kHz、1k歐檔 測量，如果Q值不為0,可以微調整該參數(shù)使 Q值為0,通常調整1字或0字。AK校準，此項校準與STC單片機有關。筆者測試，大字體“ STC ”標識的，內部AD 是高線性的，無需此項校準，AK置零即可。2012年開始生產的是小字體“ STC”商標的， 內部AD線性度不好，需改正。為了測試AD線性度，先斷開R39。取50K多圈電位器從+5V 對地分壓得到可調電壓源，電位器抽頭串聯(lián)20k左右電阻后接到P1.0 口，電位器抽頭接上高位表監(jiān)視電壓。R39+5PkOSTC18k開機10分鐘，等待7805熱穩(wěn)定。然后進入Menu+L菜單，調電位器，

37、得到 AD讀值與 高位表讀值，在EXCEL中列表并計算出全程非線誤差（用端點連成直線評估非線性誤差， 上端點為4.5V，下端點50mV或100mV）。12年1月份STC片子，非線性誤差可高達26字 （滿度按1萬字計算），集中在2.45V至3V輸入之間，且在2.5V左右存在突變，其它電壓 輸入時，誤差小于6字。軟件中通過插值法改正非線性誤差，插值點詳見getAD10（）函數(shù)。12年1月份之前的STC片子，AK置零即可。12年1月份的STC片子，AK取值5至30之間o 1kHz下，20R檔四線法接入25歐電阻或10k檔接入12.7k電阻，如果誤差超過0.1%（這個月份的片子有的可誤差高達 0.5%

38、），則需設置 AK 參數(shù)，以解決 AD 的非線性問題。以上參數(shù)默認值：Z0=76，Z1=76，Z2=70R1X=-1，R2X=0，R3X=3，R4X=48，G1X=36，G2X=34R1 =0，R2 =0，R3 =0，R4= 0，G1 =0，G2 =0，phX=0，R4b=0，G2b=0，AK=0 其中 phX、R4b、G2b 是特殊校準項，建議置零。校準完成后，務必安下 L 鍵保存。然后按 Menu+X 退出。要注意校準的順序。零點校準 Z0、Z1、Z2 必須最先校準； R1 校準之后校準 AK ；R2 校 準之后才能校準G1和G2; R4校準后才能校準R4b; G2校準后才能校G2b; R

39、2X校準之后 才能校準G1X和G2X ;而phX、R1、R3、R4、R1X、R3X、R4X是獨立的。推建校準順序： 校 Z0、Z1、Z2,再校 R1、R2、R3、R4,再校 R4b、G1、G2、G2b，再校 RX1、R2X、R3X、 R4X，再校G1X、G2X，最后phX。也可以按默認順序校準。每次按下按鍵,蜂鳴器響起會引起測量不穩(wěn),所以要等蜂鳴器停響才會穩(wěn)定。校準Z0、Z1、Z2時，讀值跳動比較多，取平均值即可。相位校準時，殘余值（如殘余電容）也跳得比較多，接入電阻越小，跳得越多。R1 校準采用四線法，如果采用二線法，應加上短路殘余電阻。R1X校準采用四線法，如果采用二線法，建議校準到串聯(lián)電

40、感為短路殘余電感。R1X 一般為 0、 +1 、 -1 。R3X只能校到一兩個pF誤差，因為跳得比較多。R4X要盡量校準到0.1pF的精度。如開路3.7pF，接上100k后，也須是3.7pF。可以接 上一個高Q的220pF（NPO）電容復核，Q值顯為999就比較理想。測量開路殘余時，表筆的 距離要與接入電阻后的距離相同，必要時用尺子量距離。相位校準后，D值誤差一般是0.001左右，標稱誤差可定為0.003。測量Q大于1000的 電容，通常顯示為999。與高Q電容比對，如果不滿意，可以微調 R1X、R2X、R3X、R4X， 通常只微調1字就足夠。如果1kHz檔測Q不滿意，高Q電容達不到999,這

41、時可調整phX， 通常只調整 1 字足夠。也可以使用電感驗證相位：用 0.38mm的漆包線單層平繞在1寸PVC給水管上，約60 至100圈，此電感10kHz以下不同頻率下測得Rs應幾乎相同請注意，用220pF以下的NPO獨石電容，應測得高 Q （它的Q值可達1000至3000）。 CBB/630V電容也可以做為驗證電容，Q值通常大于1000。制作開爾文測試夾，屏蔽電纜應選用分布電容小的，以免影響信號源幅相。更換線纜，可能需要重新校準 LCR 表。六、制作要點PCB 或洞洞板布局時，應把數(shù)字部分與模擬部分區(qū)分開，應避免模擬電路“圍繞”著單 片機，以減小數(shù)字干擾。有時會焊錯了，須從雙面PCB板上取

42、下元件。這要講究技巧，以免傷了板子，甚至報廢。集成電路更換，應把集成電路腳全部剪下來，然后一腳一腳的取下來。接下來疏通焊盤。在 板子正面，給焊盤補一點點帶有松香的焊錫，焊點上亮光。然后再用烙鐵加熱焊盤熔錫，同 時用竹牙簽塞進孔中，只須 1至2秒鐘，不傷板子。這個方法速度快，但會在板子正面留下 一些松香。也可以用無用的電阻引腳，在板子背面向正面單方向疏通，此法效果差，但不易 在板子正面留下焊渣。注意處理方法，如果方法不對，把板子弄“花”了，儀表準不了。電源變壓器使用8V*2 （大于5W ）或9V*2 （小于3W），其中7905與7805無需加散熱 器。 220V 輸入時，整流輸出電壓在 9V 至

43、 10V 范圍比較好。電壓過高， 7805可能需要加裝 散熱片，低于 8V 時 7805不能正常工作。沒有基音晶振，而使用泛音晶振，易造成無法正確起振或不起振，要調整晶振的并聯(lián)電 阻。還是不行的，應更換晶振。振于基音，按下鍵時蜂鳴器聲響時間變長了三倍，且 TL082 第一腳輸出的頻率也降了 3 倍，波形怪異。關鍵電阻的精度要高一些。詳見上文“電阻精度要求” 。 除電源濾波相關的電容及電解電容外，其它的電容使用 CBB 或滌綸電容。CD4053（或HCF4053）使用頻響好的（不是使用導通電阻低的），有的廠商的4053在零點 附近的檢波效率不行。會造成 Z2 校準失敗，引起 7.8kHz 檔正負

44、電壓判斷錯誤，測值完全混 亂。校準后，Z2要大于10,理想的片子，Z2會與Z0、Z1很接近，約為70多。CD4052（或HCF4052）選用導通電阻在100至500歐的均可。大部分片子都滿足要求。芯片最后焊接。 干燥地區(qū)建議防靜電焊接。 如果無法確定芯片質量， 相敏檢波的 CD4053 及 STC 單片機建議加插座，更換容易。也不要全部加插座，這樣做沒有多大好處。由于工藝上的問題， DIY 的板子抗潮能力有限，潮濕天氣不易達到 0.3%指標，甚至可能 降到 1%。南方潮濕地區(qū)，建議做好防潮處理。板子上的松香等焊渣，在高度潮濕的天氣（瓷 磚、家具上面會出水的天氣） ，會引起精度下降。 先用木制器

45、具或直接用指甲去除大部分焊渣， 特別是相臨焊盤之間的焊渣。再用天那水擦板，抗潮能力明顯提升。不要用綿球擦板子，綿 絲會掛在板子上面，肉眼不易看到。如果夾具采用兩線法，測試線和線夾總長度應小于15cm，線徑采用0.75平方毫米。制作時，應注意 TL082 第 1 腳信號輸出的幅值是否在設計規(guī)定的范圍內。用頻響較好的 萬用表測量即可。DDS濾波后的輸出應是 200mV, 100Hz; 180mV, 1kHz; 180mV, 7.8kHz, 比上面的值小一些不要緊，如果大了 10%就不好，因為，可能造成校準時無法得到對稱電橋。 調整7.8kHz的幅度是通過調整運放反饋回路的 3.3n電容實現(xiàn)的。通常

46、無須調整。100Hz與 1kHz無需調整，幅值自動準確的。記住這個評估技巧：電阻能夠測準，電容與電感自動準。Q值精度要求高的，校準后還需高Q電容比對并微調相位參數(shù)。Q300的，在本表上無法準確測量。要提升Q300的測值 可信度，建議用CBB/630V電容驗證。如果不能顯示為 999,只顯示為500或更低，此時可 以微調相位參數(shù)。電路中的“可選電路”是為了提升 100Hz下的相位精度。該頻率下，主要用于測量電解 電容，對Q值精度要求不高。如果希望 CBB/630V電容在100Hz下也測出999,可選電路不 可省略。加入可選電路，100Hz的信號幅度下降一些。有的參數(shù)亂跳是正常的，軟件中沒有屏蔽亂

47、跳的參數(shù)。選好量程是關鍵。如果試圖用1k歐檔去測量0.01歐的電阻，肯定顯示亂跳值，應使用 20歐檔。電橋的使用細節(jié)很多，請參 考成品電橋的用法或說明文檔。首次下載程序，電橋是無法工作的。請參考“校準”部分。本表可以測到幾個毫歐的電 阻，誤差約1毫歐，因此，勿忘測試毫歐電阻的測量情況。七、作品實測電阻實測電阻量 程100Hz誤差1kHz誤差7.8kHz誤差備注996.2m20R994.4 4-0.18%995.2 +1-0.10%995.0 1-0.12%四線，串聯(lián)2.999R20R2.998 0-0.03%2.999 00.00%3.001 +10.07%四線，串聯(lián)7.503R20R7.49

48、9 3-0.05%7.494 1-0.12%7.498 0-0.07%四線，串聯(lián)10.000R20R9.998 2-0.02%9.999 1-0.01%9.992 1-0.08%四線，串聯(lián)10.003R20R10.00 +1-0.03%9.995 +1-0.08%9.994 1-0.09%二線，短清19.980R20R19.97 0-0.05%19.97 0-0.05%19.96 0-0.10%二線，短清25.01R20R25.00 +1-0.04%25.01 00.00%24.99 0-0.08%二線，短清50.00R20R50.01 10.02%50.00 00.00%49.98 1-0.

49、04%二線，短清75.07R20R75.09 10.03%75.10 10.04%75.07 10.00%二線，短清100.05R20R100.1 00.05%100.1 00.05%100.0 0-0.05%二線，串聯(lián)149.48R20R149.5 00.01%149.5 00.01%149.4 0-0.05%二線，串聯(lián)200.1R20R200.1 +00.00%200.2 00.05%200.0 0-0.05%二線，串聯(lián)100.05R1k99.94 土 2-0.11%100.0 0-0.05%99.95 2-0.10%二線，串聯(lián)149.48R1k149.5 00.01%149.5 00.0

50、1%149.6 00.08%二線，串聯(lián)200.1R1k200.1 00.00%200.2 +10.05%200.4 00.15%二線，串聯(lián)250.1R1k250.1 +10.00%250.2 00.04%250.5 00.16%二線，串聯(lián)500.3R1k500.5 +10.04%499.9 0-0.08%499.8 0-0.10%二組，串聯(lián)749.7R1k750.2 10.07%749.6 1-0.01%749.6 0-0.01%二線，串聯(lián)919.0R1k919.0 10.00%918.7 0-0.03%918.5 0-0.05%二線，串聯(lián)999.9R1k999.8 1-0.01%999.9

51、+10.00%999.6 1-0.03%二線，串聯(lián)1.9990k1k1.998 0-0.05%1.998 0-0.05%1.998 0-0.05%二線，串聯(lián)2.997k1k2.999 00.07%2.998 00.03%2.996 +1-0.03%二線，串聯(lián)5.595k1k5.597 10.04%5.595 00.00%5.590 0-0.09%二線，串聯(lián)6.189k1k6.193 10.06%6.187 0-0.03%6.184 0-0.08%二線，串聯(lián)9.003k10k9.003 30.00%9.004 +10.01%8.992 1-0.12%二線，串聯(lián)9.997k10k9.997 20.

52、00%9.998 +10.01%9.988 1-0.09%二線，串聯(lián)16.016k10k16.00 +1-0.10%16.01 0-0.04%15.99 +1-0.16%二線，串聯(lián)20.01k10k20.01 +10.00%20.00 0-0.05%20.00 0-0.05%二線，串聯(lián)25.49k10k25.50 10.04%25.50 00.04%25.48 +1-0.04%二線，并聯(lián)50.01k10k50.08 10.14%50.02 +10.02%49.96 +1-0.10%二線，并聯(lián)75.07k10k75.10 30.04%75.06 +1-0.01%74.96 1-0.15%二線，并聯(lián)75.07k100k75.08 20.01%75.04 +0-0.04%75.09 00.03%二線，并聯(lián)