高精LCR測(cè)量?jī)x說明

1、高精度LCR測(cè)量?jī)xV1.0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(biāo)稱技術(shù)參數(shù)。比如，需要知道諧振器件、檢波器件、天線、耳機(jī)、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(cè)定。為了解決這個(gè)問題，只有LCR測(cè)量?jī)x能夠勝任。·設(shè)計(jì)目標(biāo)：1、能夠準(zhǔn)確測(cè)量電抗器的L、C、R，精度優(yōu)于0.5%，如果進(jìn)行人工逐檔校準(zhǔn)，精度優(yōu)于0.3%2、取材容易，電路簡(jiǎn)潔，易于制作，成本應(yīng)適當(dāng)控制。使之具有更強(qiáng)的業(yè)余DIY價(jià)值及研究?jī)r(jià)值，并通過設(shè)計(jì)、DIY學(xué)習(xí)到LCR電橋的相關(guān)細(xì)節(jié)、原理。·本LCR表的基本特性AD轉(zhuǎn)換器的字?jǐn)?shù)：約1000字，采用了過

2、采樣技術(shù)，有效分辨力約為2000字測(cè)量方法：準(zhǔn)橋式測(cè)定，測(cè)量原理類似于比例法測(cè)電阻。主要測(cè)量范圍：1歐至0.5兆歐，精度0.5%（理論），阻抗實(shí)測(cè)比對(duì)，均未超過0.3%有效測(cè)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(cè)量時(shí)此誤差不可忽略并聯(lián)殘余誤差：50M歐，高阻測(cè)量時(shí)此誤差不可忽略Q值誤差：±0.003（Q<0.5），Q/300（Q>2，相對(duì)誤差，簡(jiǎn)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(duì)誤差，簡(jiǎn)易算法），其它按0.5%左右估算注意：Q = 1/D測(cè)試信號(hào)幅度：峰值20

3、0mV（100Hz），180mV（1kHz），140mV（7.8kHz）電感：0.02uH分辨力，測(cè)量范圍0.1uH至500H，超出500H未測(cè)試（因?yàn)槲覜]有更大的電感器）。電容：分辨力與夾具有關(guān)。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(cè)量，沒有測(cè)試，只測(cè)過10000uF電容，手上沒有更大的電容。實(shí)測(cè)誤差，比上述精度指標(biāo)好許多。本表基準(zhǔn)源：分別為4個(gè)基準(zhǔn)電阻，一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。電阻基準(zhǔn)就是電橋的4個(gè)下臂電阻，要求精度達(dá)到0.1%，對(duì)1%精度的金屬膜電阻篩選即可。時(shí)間基準(zhǔn)用32MHz石英晶振得到，精度可以滿足電橋要求的。如果電阻達(dá)不到要求，可以使用

4、軟件校準(zhǔn)。頻率精度：實(shí)際頻率為99.18Hz、999.45Hz、7812.5Hz，簡(jiǎn)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(hào)源失真度：沒有專用儀器測(cè)試，只做估測(cè)。對(duì)輸出信號(hào)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(duì)D值測(cè)量有小量一些影響。·特點(diǎn)：將正弦信號(hào)發(fā)生器、AD轉(zhuǎn)換器、0度方波、90度方波全部利用單片機(jī)完成，電路大大簡(jiǎn)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(cè)定電抗元件Zx中

5、電壓U1與電流I，利用歐姆定律就可以得到當(dāng)Zx串聯(lián)了已知電阻R，那么測(cè)定了R上壓降U2，就可得到可見，無(wú)需測(cè)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(gè)分量，以上計(jì)算須采用復(fù)數(shù)計(jì)算。設(shè)U1 = a+jb，U2=c+jd那么U1與U2要采用同一個(gè)坐標(biāo)系來測(cè)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(gè)穩(wěn)定的0度與90度的正交坐標(biāo)軸，測(cè)量期間，U1、U2向量也必須在這個(gè)坐標(biāo)系中保持穩(wěn)定，不能亂轉(zhuǎn)。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(cè)量精度就高。然而，Zx分母兩個(gè)正交量ac+bd和bc-ad，其

6、中一個(gè)可能相對(duì)于另一個(gè)小得多，這就要求AD轉(zhuǎn)換器的精度及分辨力要足夠大，否則小的那一個(gè)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(diǎn)變?yōu)榱颂摰?。詳見電路。上、下臂電壓分別通過“儀表三運(yùn)放”緩沖放大后輸出。“三運(yùn)放”電路有較強(qiáng)的共模抑制能力。V/I變換器，并不能保證在7.8kHz時(shí)虛地對(duì)地電壓為零，尤是在低阻測(cè)量時(shí)，這就產(chǎn)生了共模干擾信號(hào)，因此引入儀表三運(yùn)放電路是必要的?？梢?，V/I變換器與“三運(yùn)放”的結(jié)合，有效實(shí)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(hào)進(jìn)入下一級(jí)放大。為了使電橋更精確，通常要求上、下臂使用“同一個(gè)毫伏表”放大

7、（或者不放大，直接進(jìn)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(diǎn)附近±30%的范圍內(nèi)取各較好的精度。如，橋平衡時(shí)對(duì)應(yīng)表頭字?jǐn)?shù)600字，若被測(cè)阻抗不能使電橋平衡時(shí)，上臂變?yōu)?00+300=900字，下臂變?yōu)?00-300=300字，顯然，對(duì)于300字的讀數(shù)，最多只能得到0.3%的精度，超出這個(gè)范圍后，精度將下降。以上分析表明，對(duì)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(gè)問題，后級(jí)可控增益對(duì)每個(gè)量程都啟用，這樣，各檔測(cè)量范圍就增加了，而精度沒有明顯減小。啟用了可控增益放大器，上下臂電壓測(cè)量實(shí)際上不再使用“同一個(gè)毫伏表”，因此誤差大

8、一點(diǎn)。兩級(jí)可控增加，分別為9倍和3倍，組合后，得到1、3、9、27四種增益放大。電路中的雜散耦合總是存在的。沒有嚴(yán)格的屏蔽，雜散耦合多少存在一點(diǎn)，對(duì)高阻測(cè)量有影響。當(dāng)然，電路板內(nèi)部信號(hào)傳遞過程中也存在一些雜散耦合，這種耦合干擾常表現(xiàn)為高、低阻測(cè)量總是存在理論預(yù)期之外的誤差，適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)，可以增加抗干能力，必要時(shí)，還要在PCB板設(shè)計(jì)上多下點(diǎn)功夫。為了簡(jiǎn)化電路，采用了四運(yùn)放電路，這也增加了運(yùn)放之間的相互干擾。帶波濾波器的阻抗：帶通濾波器可以抑制高頻干擾，防止運(yùn)放過載，同時(shí)可以減小工頻干擾，使得末字跳動(dòng)減小。此外，濾波器對(duì)高次諧波有一定的抑制作，對(duì)提高7.8k檔D值精度是有一定幫助。設(shè)計(jì)濾波器應(yīng)注

9、意阻抗問題。高阻抗濾波器本身會(huì)受到電路板上的附加耦合的干擾。所以要求電容的取值不小于10nFDDS濾波器的阻抗也不能設(shè)計(jì)得太小。道理與帶通濾波器是一樣的。即使是想設(shè)計(jì)100kHz的RC濾波器，也不宜采用小于10nF的電容。電路板上的分布耦合，可以按0.1pF至2pF之間估算。當(dāng)后級(jí)信號(hào)比DDS信號(hào)大時(shí)，這種耦合是很可觀的。如DDS輸出0.2V，末級(jí)輸出2V，那么0.2pF的耦合相當(dāng)于0.2V下2pF的等效耦合量（類似密勒效應(yīng)），當(dāng)DDS濾波器輸出電容采用1000pF時(shí)，那么2pF的附加耦合相當(dāng)于引入了2/1000的0.2%的誤差。倘若DDS輸出濾波器的Q值較高，誤差還要放大Q倍左右。實(shí)際上，在

10、PCB布線中，沒有進(jìn)行充分屏蔽，10cm長(zhǎng)度的引線，足以產(chǎn)生1pF的分布電容。布線長(zhǎng)度，一般都有幾個(gè)厘米或更長(zhǎng)，加上元件本身有一定的體積，分布耦合還是比較大的。所以，使用1nF的濾波電容，產(chǎn)生0.2%的額外誤差是很正常的。由于LCR電路中，沒有信號(hào)大電流，地線上也沒有，所以對(duì)地線布置倒是沒有很嚴(yán)格的要求。·V/I變換器的作用為了更加準(zhǔn)確的測(cè)量U1與U2，須滿足一些測(cè)試條件。即流經(jīng)被測(cè)電抗Zx的電流，必須嚴(yán)格等于流經(jīng)電阻R的電流。設(shè)Zx與R串聯(lián)后，Zx另一端接信號(hào)源，R另一端接地。接信號(hào)源的那一端稱為熱端，接地的稱為冷端，串聯(lián)的連接點(diǎn)稱為溫端?，F(xiàn)在有個(gè)麻煩的問題：當(dāng)毫伏表接入Zx或R兩

11、端，會(huì)產(chǎn)生分流，引起Zx與R上的電流不會(huì)嚴(yán)格相同。再者，溫端對(duì)地分布電容以及溫端對(duì)熱端的分布電容，也會(huì)造成Zx與R上的電流不相等?？傮w上說，會(huì)有一小部分電流從其它途徑耦合到溫端，結(jié)果Zx與R上的電流不相等。當(dāng)電路采用運(yùn)放做“V/I變換器”，那么溫端就變成了虛地。接在慮地上的對(duì)地負(fù)載電抗，不會(huì)產(chǎn)生分流，進(jìn)而解決了毫伏表的分流影響。溫端的對(duì)地分布電容，也可以看作對(duì)地負(fù)載。由于虛地對(duì)地電壓為0，所以溫端的對(duì)地分布電容不會(huì)分流Zx與R上的電流。加入了V/I變換器，并不能解決溫端與熱端的分布電容耦合。切底解決這個(gè)問題的最好辦法，就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行屏蔽。嚴(yán)格屏蔽，要用金屬殼密封，廣義屏蔽，就是信號(hào)源要遠(yuǎn)離Zx

12、。采用了V/I變換器，上臂熱端、下臂熱端，它們對(duì)地負(fù)載不會(huì)影響Zx、R上的電流。如果不采用V/I變換器，電橋中點(diǎn)對(duì)地是浮動(dòng)的，若想把U1、U2轉(zhuǎn)換為對(duì)地電壓，就須采用差動(dòng)放大，而且要求差動(dòng)三運(yùn)方的共模抑制能力非常高，這不容易。采用了這種V/I變換器，對(duì)差動(dòng)放大的共模抑制要求低一些。有的LCR表設(shè)計(jì)，兩臂電壓測(cè)量直接采用開關(guān)切換，沒有緩沖，這時(shí)上臂的限流電阻不可取值太大，以免切換過程中信號(hào)源電壓變化，造成橋臂中的電流發(fā)生改變。當(dāng)然，這種影響，也可以在軟件中進(jìn)行補(bǔ)償。·開關(guān)式鑒相器正弦信號(hào)Asin(x+)，為了實(shí)現(xiàn)相敏檢波，我們?cè)谛盘?hào)通路上設(shè)置一個(gè)開關(guān)，使之僅導(dǎo)通半個(gè)周期。導(dǎo)通開始時(shí)刻對(duì)

13、x=0，那么導(dǎo)通期間的平均直流是：當(dāng)導(dǎo)通時(shí)刻為x=/2，平均直流顯然，如果使用復(fù)數(shù)表達(dá)，兩個(gè)開關(guān)信號(hào)是相差90度的，構(gòu)成坐標(biāo)系。該正弦向量在這個(gè)坐標(biāo)的輻角是，模是A，它的兩個(gè)正交量向量是實(shí)部（Acos，0度）和虛部（Asin，90度），而上面正交檢波的結(jié)果與這兩個(gè)向量的模值成正比，比例常數(shù)2/。因此，對(duì)于一個(gè)理想開關(guān)，只要控制好開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)序，確保穩(wěn)定，兩軸嚴(yán)格相差90度，并且導(dǎo)通時(shí)間為1/2個(gè)周期，那么就可以分離出信號(hào)向量的兩個(gè)正交分量。實(shí)際相敏檢波器電路的檢波效率并不是上述的計(jì)算值K=2/，而是K=(2/)*2R/(4R+r)，詳見下圖：本電路的檢波效率是：K=(2/)*2R/(4R+r)

14、=(2/3.14)*2*51/(4*51+20)=0.29三、焊接與元件選配及調(diào)試焊接是基本功，LCR表元件多，焊接技術(shù)不過關(guān)，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(shí)別，焊接技巧，飛線方法，檢查連線正誤的技巧，焊接質(zhì)量、溫度控制等等。這些問題不是一兩天就能學(xué)會(huì)的，需要一定的時(shí)間積累。因此，從來沒有電子DIY的朋友，請(qǐng)不要制作本電路，建議從基礎(chǔ)的開始。雙面PCB板孔洞疏通：電阻位置焊錯(cuò)了，得取出重新焊接。取出后，焊盤被堵，可能造成其它元件（如集成電路）安裝不了，這時(shí)得疏通焊孔?？梢允褂谩艾F(xiàn)場(chǎng)”工具來解決：平時(shí)剪下來的電阻引線不要扔，在烙鐵加熱下，把電阻引線穿進(jìn)洞中。

15、控制好溫度，同時(shí)讓電阻線只往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，直到引線取出，這時(shí)孔內(nèi)的焊錫就會(huì)被帶出來。也可以試試牙簽等工具。焊接鱷魚夾：把它夾在一個(gè)鑷子上焊接。焊接這類元件是，一般要對(duì)兩個(gè)待連接端子事先分別上錫。雙面板拆集成：1、引腳集體加熱，同時(shí)拆。2、烙鐵功率小，集體加熱不靈。把引腳全部剪斷，一腳一腳拆，這是萬(wàn)能的，不傷害PCB板的。集成電路一般不會(huì)焊錯(cuò)，電阻容易焊錯(cuò)。LCR1.0 PCB板上有一個(gè)錯(cuò)誤。從PCB板的背面看（沒有文字標(biāo)注的那一面），7805的輸入端，引出了兩條線，一條接到整流二極管，另一條接到地線去了（長(zhǎng)度約0.5cm），顯然發(fā)生了錯(cuò)誤。請(qǐng)把這條0.5cm的線割斷，改接到7805的第二腳。首

16、先安裝調(diào)的元件是電源部分，而不是其它元件。電源不正常，如輸出電壓過高，很容易把單片機(jī)燒掉，到時(shí)就麻煩了。在雙面板上取下集成電路，不是很容易。所以，電源調(diào)試正常了，再安裝其它元件。變壓器請(qǐng)使用小功率的，那么調(diào)試過程中，萬(wàn)一短路什么的，通常不燒器件的。電路的元件參數(shù)有改動(dòng)，請(qǐng)按新版PCB的標(biāo)注安裝。機(jī)械開關(guān)，按下時(shí)啟動(dòng)20歐檔輸助功能，請(qǐng)注意安裝方向。輸助開關(guān)僅在20歐檔才能打開，其它檔必須關(guān)閉。輸助開關(guān)是用來擴(kuò)展20歐檔量程下限的。OP07輸出接了一個(gè)2k電阻。由于新版電路還利用10歐電阻加了偏置電壓，而PCB板是上星期制作的，沒有偏置。建議這樣解決問題：2k電阻與10歐電阻串聯(lián)后，變成一個(gè)直插

17、元件，插入原來的2k電阻孔，要注意方向，串聯(lián)體的2k電阻引腳接電源端，10歐電阻接1N4148端。再取100k電阻，從串聯(lián)體電阻的中間連接頭直接飛到104電容，與104電容連接的那個(gè)電阻孔可以利用，在PCB板正面飛過去。注意，這個(gè)100k電阻兩引腳的對(duì)地阻抗是不同的，接104電容的那一腳對(duì)地是高阻抗的，所以引線要短一點(diǎn)，另一頭是低阻抗的，長(zhǎng)還是短無(wú)所謂。原PCB板上相應(yīng)的100k電阻也標(biāo)錯(cuò)了，在7905右邊，被標(biāo)注為1k歐。通過飛線安裝100k電阻，PCB板上當(dāng)然就不要再裝這個(gè)100k電阻了。裝完后，應(yīng)檢查TL082信號(hào)輸出是否與設(shè)計(jì)值相同，偏小10%是可以的。偏大10%則不可以。我試裝兩臺(tái)，

18、另一位壇友也試裝一臺(tái)，均一次性達(dá)到設(shè)計(jì)值，無(wú)需討整。電路中的電源濾波小電容，采用瓷片電容或獨(dú)石電容。接P1.0口的那兩個(gè)104電容，采用體積小的滌綸電容或獨(dú)電容，用大體積的滌綸電容不一定能裝得下。最好，測(cè)定一下它的漏電情況，測(cè)量方法是：電容一腳接到5V源，另一腳接數(shù)字萬(wàn)用表電壓檔正極，萬(wàn)用表負(fù)極接地，數(shù)字萬(wàn)用表最終顯示的數(shù)值小于1mV，說明它的漏電很小。幾個(gè)mV漏電不要緊。其它的最好多使用滌綸電容。除電解電容外，LCR表上的阻容元件的參數(shù)，幾乎都不能做改動(dòng)，所有的電阻的阻值關(guān)系，不單單是“調(diào)試”出來的，它經(jīng)過了理論的計(jì)算與調(diào)試驗(yàn)證得到的，如果因?yàn)槭稚蠜]有合適的阻值的元件，而改動(dòng)參數(shù)，多半會(huì)影響

19、電橋的精度或可靠性。一定要看明PCB板上各元件對(duì)應(yīng)電路圖中的哪個(gè)元件，才能明白哪些電阻要求精確。全部安裝完成后，請(qǐng)進(jìn)入菜單7，先把設(shè)計(jì)參數(shù)為：M0=-2.0，M1=0，M2=0，M3=0，其中，M0是AD零點(diǎn)改正值，M1、M2、M3是相位校準(zhǔn)參數(shù)，具體詳見下文。電阻精度要求：1、除單片機(jī)部分，其它與交流信號(hào)有關(guān)的，須全部使用1%金屬膜電阻，或精度更高的電阻。2、4個(gè)下臂電阻，須篩選到0.1%精度以上。3、9倍增益切換運(yùn)放的反饋電阻，2k和16k兩電阻，須是8.000倍關(guān)系，即不要求電阻精確，要求比值精確，篩選到0.05%精度是比較容易的。4、3倍增益切換運(yùn)放的反饋電阻，1k和2k兩電阻，須是2

20、.000倍關(guān)系，即不要求電阻精確，要求比值精確，篩選到0.05%精度是比較容易的。5、5倍增益運(yùn)放的電阻，共有8個(gè)，四個(gè)2k和四個(gè)10k電阻上臂的2k電阻(負(fù)輸入)與下臂2k電阻(負(fù)輸入)，應(yīng)嚴(yán)格相同，匹配到0.05%至0.1%上臂的10k電阻(負(fù)反饋)與下臂10k電阻(負(fù)反饋)，應(yīng)嚴(yán)格相同，匹配到0.05%到0.1%上臂的2k電阻(正輸入)與下臂2k電阻(正輸入)，1%精度，此電阻精度影響共模抑制，對(duì)高頻大電流很重要上臂的10k電阻(正接地)與下臂10k電阻(正接地)，1%精度，此電阻精度影響共模抑制，對(duì)高頻大電流很重要由于4個(gè)下臂電阻，篩選到0.1%精度難度大。所以軟件中提供了下臂電阻軟件

21、校準(zhǔn)功能。電阻誤差小于0.5%，就可以被有效的校正，超過0.5%則無(wú)法校準(zhǔn)。·制作要點(diǎn)：關(guān)鍵電阻的精度要高一些。詳見上所“電阻精度要求”電源變壓器使用8V*2或9V*2，其中7905與7805無(wú)需加散熱器。接變壓器的排針與接下載線的排針最好區(qū)別開，如果不區(qū)分，萬(wàn)一把9V電源插到下載線排針，單片機(jī)或電路有可能燒毀，當(dāng)然通常是不會(huì)燒的。接線完成后，檢查的關(guān)鍵是：每個(gè)IC電源和地線有沒有接錯(cuò)。若電源沒接錯(cuò)，IC通常不會(huì)燒。飛線多，不小心就會(huì)錯(cuò)，所以9V變壓器使用小容量的，萬(wàn)一接錯(cuò)或碰電，由于變壓器功率不足，反而會(huì)保護(hù)電路。單片機(jī)的電壓不可過高，如果高于5.5V，有危險(xiǎn)。比如，不小心加入12

22、V電壓，單片機(jī)必?zé)Ｋ愿鱾€(gè)IC的供電是關(guān)鍵。如果夾具采用兩線法，測(cè)試線和線夾總長(zhǎng)度應(yīng)小于10cm，線徑采用0.75平方毫米。TL082負(fù)載能力測(cè)試：在信號(hào)輸出運(yùn)放的輸出端，對(duì)地接51歐電阻，三個(gè)頻率檔位下輸出的波形不得有失真，直接用示波器觀察即可。測(cè)試完成后，拆除51歐電阻。沒有示波器，此項(xiàng)工作可省略。制作時(shí)，應(yīng)注意TL082信號(hào)輸出的幅值，是否在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。用頻響較好的萬(wàn)用表測(cè)量即可。四、設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)此表，前后花費(fèi)了一個(gè)多月的業(yè)余時(shí)間，更改了多個(gè)版本，總體比較滿意。本表主參數(shù)精度良好，副參數(shù)精度較差。這是表頭AD靈敏度不夠造成的。因此，如果想測(cè)量Q值，當(dāng)Q值大于100時(shí)精度非常低。本

23、表從一開始就沒有在副數(shù)上多下功夫，始終堅(jiān)持采用單片機(jī)自帶的10bit AD轉(zhuǎn)換器，以便大幅度簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。網(wǎng)上流行的俄版電路，其核心部分本表均未采用。俄版電路采用ICL7135作為AD轉(zhuǎn)換器，精度比STC單片機(jī)自帶的AD性能好很多。然而，經(jīng)過多次計(jì)算分析，結(jié)論是用自帶AD也可以得到優(yōu)于1%的主參數(shù)精度，所以最后放棄ICL7135。設(shè)計(jì)后期，對(duì)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，很大程度上泥補(bǔ)了STC單片機(jī)AD的不足。，ICL7135的最終精度與芯片質(zhì)量及積分電路有關(guān)，因此要使ICL7135精度達(dá)到4位半表頭，也不是很容易。7135的幾個(gè)電容就足已占去半塊PCB板。仿制者通常用低壓的小電容代替，這種情況，AD轉(zhuǎn)換器本

24、身的精度一般是低于0.05%的，最后得到的LCR表也會(huì)低于0.1%精度。當(dāng)我們對(duì)LCR表的精度要求特別高時(shí)，對(duì)電阻的精度要求也高，精密電阻不好找。綜合這些因素，最后選STC自帶AD，代價(jià)是損失少量主參數(shù)精度，同時(shí)損失較多副參數(shù)精度。信號(hào)源是LCR表的一個(gè)核心部件，俄版的正弦信號(hào)發(fā)生器及0°、90°方波發(fā)生器，其綜合性能并不會(huì)優(yōu)于本電路，相反，本電路顯得非常簡(jiǎn)單，僅使用了一組RC濾波器及DDS程序就完成了這兩種信號(hào)的生成。相對(duì)許多其它形式的LC測(cè)量電路，相敏檢波器是LCR表特有的。本電路采用開關(guān)式相敏檢波器，性能良好。實(shí)測(cè)了幾個(gè)數(shù)據(jù)，比我預(yù)想的要好。比如，小信號(hào)用0度軸檢波，

25、OP07輸出得到293.5mV，用180軸得到-293.0，這當(dāng)中包含用OP07的輸出失調(diào)、萬(wàn)用表正反向測(cè)量誤差0.1mV。OP07輸出失調(diào)的主要原因是輸出端用3個(gè)1N4148二極管升壓。但從最終數(shù)據(jù)看，兩次測(cè)量理論值應(yīng)是互為相反數(shù)，實(shí)測(cè)僅誤差0.5mV（0.2%），大信號(hào)時(shí)，誤差還更小，本表采用滿度4500mV表頭輸出。本LCR電橋的相敏檢波器依靠單個(gè)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)，可以抑制偶次諧波，但沒有奇次諧波抑制能力。開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間是半個(gè)基波周期，偶次諧波在半周期內(nèi)共有整倍數(shù)諧波周期，諧波的直流平均值是零。奇次諧波，在半個(gè)基波周期內(nèi)有N倍又1/2個(gè)諧波周期，多余的1/2周期的直流平均值不是零。DDS輸出的

26、奇次諧波是很小的。對(duì)于1kHz和100Hz，理論3次諧波幅值約為DAC分辨率的1/2，相當(dāng)于-50dB左右。對(duì)于7.8kHz，采用DDS時(shí)鐘的2n分之一倍，相噪小。由于7.8kHz頻率與時(shí)鐘較接近，PWM型DAC的噪聲大，諧波失真較大，所以電路中對(duì)DDS輸出做了6級(jí)針對(duì)PWM的RC濾波，最后也使得諧波基本消失（在示波器中，在第5級(jí)濾波時(shí)，就已經(jīng)無(wú)法發(fā)現(xiàn)諧波失真）。由于來自單片機(jī)諧波干擾，有可能造成相敏檢波質(zhì)量下降，電路中的帶通濾波器，正好對(duì)高次諧波有較強(qiáng)的抑制能力。對(duì)于7.8kHz，如果沒有這個(gè)濾波器，測(cè)量小信號(hào)時(shí)，噪聲非常大，很容易造成末級(jí)過載。這組7.8kHz的濾波器阻抗不能太高，否則很容

27、易耦合其它信號(hào)其它，而影響精度。如果使用16k+1nF，阻抗過高，對(duì)于7.8kHz頻率時(shí)，耦合到的雜散信號(hào)足以使精度下降0.3%控制相敏檢波器開關(guān)的方波信號(hào)，本身也是一種干擾信號(hào)，但對(duì)于這個(gè)低頻電橋，它的影響可以忽略。從最終的正交分離能力測(cè)試來看，相敏檢波器的性能優(yōu)良，雖然只用了一個(gè)電子開關(guān)。·設(shè)計(jì)要點(diǎn)：本LCR表的各級(jí)放大器，大多工作在大信號(hào)狀態(tài)，所以要精心設(shè)計(jì)好放大器，否則容易造成運(yùn)放過載。之所以選擇大信號(hào)，主要還是為了提高抗干擾能力，使得LCR表更容易調(diào)試?？梢栽跓o(wú)屏蔽盒的情況下正常調(diào)試。礦機(jī)元件一般都很大個(gè)，比如大環(huán)天線，直徑常常到到1米，用線數(shù)十米，天線上的信號(hào)也很強(qiáng)。為了

28、更可靠測(cè)量，還在電路中加入了帶通濾波器。交流放大器由多級(jí)放大器構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)，不論增益開關(guān)處于那個(gè)狀態(tài)，應(yīng)保證第n級(jí)運(yùn)輸出信號(hào)大于等于第n-1級(jí)放大器的輸出信號(hào)。道理是：當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，前級(jí)可能過載失真，而程序全然不知。在音響系統(tǒng)中，前級(jí)調(diào)音臺(tái)過載，可以被電平指示燈顯示，也可以被耳朵聽出來，這時(shí)，我們就可以調(diào)大后級(jí)功放音量，調(diào)小前級(jí)調(diào)音臺(tái)的增益，這樣就不會(huì)失真了。但是，單片機(jī)程序沒有金耳朵，所以中間級(jí)電路本身不得過載，以免造成單片機(jī)誤判。各運(yùn)放的最大輸出能力相同，所以最好的辦法就是后級(jí)輸出幅度大于等于前級(jí)輸出，那么過載現(xiàn)象必然引起后級(jí)輸出過大，進(jìn)而毫伏表超量程，程序立刻知道電路過載了。1、表

29、頭滿度值表頭滿度是5.0V，由于OP07運(yùn)態(tài)范圍限制及紋波等因素影響，表頭滿度設(shè)計(jì)為4.6V，對(duì)應(yīng)950字。2、相敏檢波器增益檢波波器理論靈敏度為2/3.1416*(2*51)/(20+4*51)=0.29倍3、末級(jí)直流放大量設(shè)計(jì)末級(jí)直流放大量過多，不利于提高信噪比，放大量太少，會(huì)造成前級(jí)過載。第三級(jí)（U2D運(yùn)放）信號(hào)為A，它的最大不失真的幅度為A0，約為3.5V，取保守值為3.0V，表頭滿度設(shè)計(jì)為Vo=4.6V，OP07和相敏檢波器的直流總增益是K當(dāng)正弦信號(hào)達(dá)到最大不失幅度A0時(shí)，須使表頭必須滿度，以方便判斷是否過載，并充分利用表頭分辨率。所以K的合理設(shè)計(jì)值是A0*K>Vo，算得K&g

30、t;Vo/A0=4.6/3=1.5。類似的，在音頻功放中，要使功放得到充分的功率輸出，功放的增益K要足夠大，使得前級(jí)滿幅時(shí)，功放可以超過最大輸出Vo。實(shí)際上，“K=Vo/A0”中的Vo指正弦峰值上限。在正交檢波輸出后，是Vx和Vy兩個(gè)量，并不直接輸了峰值的Vo，要取模計(jì)算才得到Vo。即輸入信號(hào)的模值達(dá)到Vo時(shí)被認(rèn)定為表頭滿度。為了進(jìn)一步利用表頭分辨力，可以采用Vx或Vy判定表頭溢出。但最糟的一種情況是，當(dāng)被測(cè)向量是45度時(shí)，最大模值變?yōu)?.414V0，所須前級(jí)信號(hào)也增加了1.414倍才能滿度。為了防止前級(jí)運(yùn)放過載（U2D運(yùn)放超過A0），K值也必須增加1.414倍，因此采用正交量判別表頭溢出時(shí)，

31、K值須大于1.414*1.5=2.2倍。因此，對(duì)于0度或90度信號(hào)，A>V0/K，表頭溢出；45度信號(hào)，A>1.414*V0/K，表頭益出。本電路OP07直流增益是11倍，K=11*0.29=3.2。許可0度或90度信號(hào)的A最大值為A=V0/K=4.6/3.2=1.44V。其中，K設(shè)計(jì)為3.2，比理論下降要求2.2大了40%，這樣就留下了足夠的余量，前級(jí)運(yùn)放的動(dòng)態(tài)能力余量更大，調(diào)試更容易。4、第三級(jí)（U2D運(yùn)放）放大量設(shè)計(jì)本級(jí)加了帶通濾波器，衰減系數(shù)是1/3，7.8k檔衰減系數(shù)是1/2.6。計(jì)算時(shí)按1/3計(jì)，7.8k檔結(jié)合信號(hào)源另外調(diào)整。7.8k檔設(shè)計(jì)為1/2.6衰減系數(shù)，是為與信

32、號(hào)源幅值配合。為了使得本級(jí)放大倍數(shù)大于1，所以運(yùn)放至少要補(bǔ)償帶通濾波器的衰減。本級(jí)是可控增益的，最小放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為1/3*(13/3) = 1.44倍通過開關(guān)切換，兩檔增益是3倍關(guān)系。5、第二級(jí)（U2C運(yùn)放）放大量設(shè)計(jì)本級(jí)也是可控增益，最小放大為1倍（無(wú)電壓放大功能）通過開關(guān)切換，兩檔增益是9倍關(guān)系。6、第一級(jí)（U2A和U2B運(yùn)放）設(shè)計(jì)直接采用俄版電路設(shè)計(jì)。電路增益是5倍。7、DDS輸出信號(hào)許可最大值上面已算得，相敏檢波許可最大電壓輸入值是1.44V前兩級(jí)最小增益是1.44*5=7.2倍因此信號(hào)源程序最大幅度限制為1.44V/7.2=200mV由于信號(hào)源與坐標(biāo)軸之間不一定正好是0或90度，所以

33、200mV通常不會(huì)溢出。100Hz移相小，容易溢出。為此，第三級(jí)輸出電容采用0.22uF，對(duì)100Hz有小量衰減，所以100Hz的DDS輸出采用200mV不會(huì)溢出。最后信號(hào)源輸出設(shè)計(jì)為：100Hz，有效值140mV，峰峰值200mV1kHz，有效值130mV，峰峰值180mV7.813kHz，有交值0.10V，峰峰值140mV調(diào)試電路時(shí)，測(cè)定一下信號(hào)源運(yùn)放輸出端的信號(hào)強(qiáng)度，須比小于等于以上電壓設(shè)計(jì)值。如果比以上值高了10%，本LCR表不能可靠工作。8、V/I變換器與差動(dòng)輸入的關(guān)系當(dāng)頻率高時(shí)，V/I變換器運(yùn)放的內(nèi)部增益下降，運(yùn)放負(fù)輸入端對(duì)地電壓不是零，當(dāng)電流較大時(shí)，“虛地”電壓也可高達(dá)數(shù)毫伏。此

34、時(shí)，如果不采用差動(dòng)法檢測(cè)量橋臂上的電壓，誤差會(huì)很大。為了對(duì)付這個(gè)問題，差動(dòng)三運(yùn)放須有較強(qiáng)的共模抑制能力，兩臂上的2k與10k電阻要盡量嚴(yán)格對(duì)稱。對(duì)于上臂電壓，為了消除導(dǎo)線電抗影響，也是需要差動(dòng)放大的。有些精簡(jiǎn)版的LCR電橋，不采用差動(dòng)三運(yùn)放，而改用一個(gè)運(yùn)放，這種情況下，電橋精度略有下降，而且只能用于較低頻率的大Zx小電流（如1kHz以）條件下測(cè)定Zx9、AD問題單片機(jī)自帶的AD只有10bit，用10倍步進(jìn)，會(huì)影響精度。為了改善這個(gè)問題，放大器可控增益的調(diào)節(jié)以3倍左右的倍率關(guān)系步進(jìn)。其次，借助AD的高速能力及信號(hào)噪聲，進(jìn)行10倍過采樣，AD的分辨力提高約1bit。STC自帶的AD，不能測(cè)量小于3

35、字的信號(hào)。所以，電路中給輸出直流信號(hào)加了偏置電壓。這個(gè)偏置電壓是利用OP07輸出端的2k電阻與10歐電阻分壓實(shí)現(xiàn)的。10、V/I變換器與信號(hào)源的關(guān)系。V/I變換器也存在過載問題，也要消除它，雖然人工切換量程時(shí)可以判斷它是否過載，但對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的使用者來說，并不容易，因?yàn)?，用眼睛看失真，不如耳朵聽失真來得容易。V/I變換器過載的原因有二，首先，那個(gè)運(yùn)放的反饋回路接了500歐左右內(nèi)阻的電子開關(guān)，它相當(dāng)于輸出衰減器；其次，TL082內(nèi)部串接了200至300歐電阻，也是一個(gè)限流衰減。這樣一來，100歐檔為了得到0.472V，TL082內(nèi)部電壓將是0.472*(500+300+100)/100 = 4.

36、25V，此時(shí)，內(nèi)部過載。為了解決過載問題，采用以下方法：考慮到信號(hào)源TL082也有過載問題，所以上臂限流電路與下臂電阻電路設(shè)計(jì)成對(duì)稱的電路，那么只要信號(hào)源不過載，V/I變換器也不過載。此外，V/I變換器的20歐檔，采用了機(jī)械輸助開關(guān)，那么相同電流下，更不容易過載的。11、信號(hào)源前述，V/I與限流器采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，Zx短路，V/I變換器輸出端的電壓與信號(hào)源輸出端是一樣的。信號(hào)源不過載，V/轉(zhuǎn)換器也不過載。信號(hào)源采用DDS，頻率精度高?？梢暂敵鋈我忸l率。本表采用100Hz、1kHz、7.813Hz不使用10kHz的原因是：DDS的鐘頻采用62.5k，輸出頻率10kHz時(shí)，頻率已經(jīng)比較接過鐘頻了，相

37、位噪聲大。為了消除相噪，采用鐘頻的2n分之一的頻率，這里使用1/8鐘頻。信號(hào)輸出加出了簡(jiǎn)單的RC濾波器，對(duì)于1kHz以下的頻率輸出，此濾波器相當(dāng)于6階濾波器，可以得到良好波形。對(duì)于7.813kHz，到了第5階輸出，在示波器中觀察已基本看不到失真，到了第6級(jí)輸出，已經(jīng)是無(wú)法直接觀察到失真。由于不是理想的高階濾波器，Q值低，所以對(duì)7.813kHz的衰減很嚴(yán)重，為了保持100Hz、1kHz、7.813kHz三檔輸出幅度相對(duì)一致，利用單片機(jī)控制電子開關(guān)對(duì)1kHz和100Hz降幅。五、菜單使用要點(diǎn)：鍵名與菜單：1鍵X，2鍵R，3鍵L，4鍵C，5鍵Q，6鍵F，7鍵Rng，8鍵Menu使用8鍵加1鍵切換到菜

38、單1使用8鍵加2鍵切換到菜單2使用8鍵加3鍵切換到菜單3使用8鍵加4鍵切換到菜單4使用8鍵加5鍵切換到菜單5使用8鍵加6鍵切換到菜單6使用8鍵加7鍵切換到菜單7按下8鍵時(shí)，顯示當(dāng)前菜單號(hào)，如果再按下1至7鍵，跳到相應(yīng)菜單。如果此時(shí)按下8鍵，返回原來菜單。菜單1（Menu+X鍵）：這是開機(jī)啟動(dòng)默認(rèn)菜單1鍵(X)：顯示電抗X2鍵(R)：顯示電阻R3鍵(L)：顯示電感L或C，容量C的單位上加了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，L沒有小數(shù)點(diǎn)4鍵(C)：串聯(lián)與并聯(lián)切換，臨時(shí)顯示消息“P”表并聯(lián)，“S”表示串聯(lián)。在并聯(lián)方式下，每隔數(shù)秒鐘，會(huì)顯增出4個(gè)小數(shù)點(diǎn)。5鍵(Q)：顯示Q值6鍵(F)：頻率切換，100Hz時(shí)，指示燈亮起，1

39、kHz時(shí)不亮7鍵(Rng)：量程切換，4個(gè)指示燈輪跳顯示單位表示：10的-12次方，顯示為“P”10的-9次方，顯示為“n”10的-6次方，顯示為“u”10的-3次方，顯示為“大n”10的0次方，顯示為“小O”10的3次方，顯示為“三橫”10的6次方，顯示為“d”10的9次方，顯示為“G”在LCD1602版中，用X鍵切換“串聯(lián)與并聯(lián)”模式。其它參數(shù)是一次性顯示的。第二行的第一個(gè)字母，如果為A表示100Hz，B表示1kHz，C表示7.8kHz。第二行的第二個(gè)，為1表示20歐檔，2表示1k歐檔，3表示10k歐檔，4表示100k歐檔單位如果含有小數(shù)點(diǎn)，說明是容性電抗。礦機(jī)高阻抗變壓器，在1kHz時(shí)，

40、有的會(huì)表現(xiàn)為容抗，而不是感抗。接入Zx后，先設(shè)置好頻率，然后選擇合適的檔位。使得被測(cè)Zx的阻抗應(yīng)與下臂電阻匹配，以取得高精度。設(shè)下臂電阻是A，那么Zx在A/30<Zx<30A范圍內(nèi)可得到準(zhǔn)確的結(jié)果。如果事先不知道Zx的估值，可以選擇1k檔或10k檔測(cè)量，得到被測(cè)Zx的R與X。當(dāng)Zx是電感或電容時(shí)，其R小X大，因此根據(jù)X的測(cè)值重新選擇檔位。當(dāng)Zx是電阻，則R大X小，下臂應(yīng)與R匹配，根據(jù)R選擇檔位。記住一個(gè)電抗值，1pF在1MHz下的阻抗是160k歐，1nF在1kHz下電抗是160k。殘余電抗。本表存在殘余電抗。為此，測(cè)量pF級(jí)電容，先不接被測(cè)電容，測(cè)量出本底電容，我的LCR表本底是3

41、.5pF，然后接上電容測(cè)量，若測(cè)得23.3pF，那么實(shí)際電容就是23.3-3.5=19.8pF，此法與Q表測(cè)得的電容比對(duì)，1字不差。測(cè)小電阻時(shí)，切換到20歐檔，按下機(jī)械開關(guān)，可以增加靈敏度數(shù)倍。測(cè)量后，彈出開關(guān)，以免影響其它檔。建議更換為繼電器，這樣操作更方便。擴(kuò)屏顯示小數(shù)位：按下當(dāng)前顯示值對(duì)應(yīng)的鍵，就會(huì)顯示為四位模式，但“單位”不顯示了。再按一下1至5任意鍵，退出四位模式。本LCR表達(dá)不到4位的精度，所以通常無(wú)需采用4位顯示。有時(shí)顯示1.xx的數(shù)值，覺得精度不夠，可以按此法擴(kuò)展一下位數(shù)。顯示四個(gè)小數(shù)點(diǎn)，表示溢出。顯示“Err”，表下臂或上臂出來零值。在LCD1602版中，會(huì)顯示DIV 0。本

42、表不設(shè)置調(diào)零功能。必要時(shí)用戶需要自行減去零值。測(cè)量時(shí)，先檢查Zx一下X或R的值是否在量程范圍之內(nèi)，如果超主量程，應(yīng)切換檔位。菜單2（Menu+C鍵）：顯示上下橋臂測(cè)量所采用的運(yùn)放增益檔位，用于校準(zhǔn)可控增益運(yùn)放的相位誤差。上臂增益顯示在前，下臂增益顯示在后。LCD1602版，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(diào)試菜單1鍵：增益切換鍵，切換時(shí)，顯示屏臨時(shí)跳出增益檔信信號(hào)數(shù)秒鐘，3鍵：K3切換鍵，切換時(shí)，顯示屏臨時(shí)跳出增益檔信信號(hào)數(shù)秒鐘4鍵：相位旋轉(zhuǎn)鍵，切換時(shí)，顯示屏?xí)簳r(shí)跳出置位信號(hào)數(shù)秒鐘，相位旋轉(zhuǎn)的順序是0度、180度、90度、270度本

43、菜單下，屏顯內(nèi)容是AD的讀值。在此菜單下，可以檢測(cè)檢波非線性。方法是：Zx接上一個(gè)10k電阻，切換到菜單3，用1鍵把增益置為0位，利用3鍵和4鍵，找一個(gè)讀值為30以下的。接下來，1鍵更改增益，并記錄讀值。例如，得到32，92，302，902，理論增益關(guān)系是1、3、10、30，所以，以上顯示值說明檢波器線性度良好，但存在0點(diǎn)誤差2字。以上數(shù)據(jù)統(tǒng)一減2字就正確了。在菜單7中零點(diǎn)誤差改正值。菜單7（Menu+Rng鍵）：這是校準(zhǔn)菜單，用Q鍵切換M0M9。首次下載時(shí)，這M0M9的值是為-1，若以后有新版程序更新下載，一般不改變M0至M9，是否改變參數(shù)值，與程序設(shè)計(jì)相關(guān)。如果連續(xù)按5次C鍵（清除鍵），參

44、數(shù)恢復(fù)為默認(rèn)值，然后按下L鍵保存即可。1鍵(X鍵)：數(shù)值增加2鍵(R鍵)：數(shù)值減小3鍵(L鍵)：保存鍵4鍵(C鍵)：清零鍵5鍵(Q鍵)：參數(shù)切換鍵，向左5鍵(F鍵)：參數(shù)切換鍵，向右6鍵(Rng鍵)：快速校準(zhǔn)時(shí)使用首次使用時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置好這些參數(shù)，否則LCR表無(wú)法正常工作。如果對(duì)LCR表的副參數(shù)精度要求不高，直接采用默認(rèn)值即可。六、校準(zhǔn)LCR表菜單7為調(diào)校菜單，共10個(gè)參數(shù)，標(biāo)識(shí)為M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M3.，M4.，M5.，M6.，M7.，M8.含意如下：M0是100Hz時(shí)的零點(diǎn)校準(zhǔn)。默認(rèn)值是20，單位是“字”。M1是1kHz時(shí)的零點(diǎn)校準(zhǔn)。默認(rèn)值是20，單位是“字

45、”。M2是7.8kHz時(shí)的零點(diǎn)校準(zhǔn)。默認(rèn)值是14，單位是“字”。M3指V/I變換器20歐檔的相位補(bǔ)償值。默認(rèn)值是0，單位是“0.001弧度”。M4指V/I變換器1k歐檔的相位補(bǔ)償值。默認(rèn)值是0，單位是“0.001弧度”。M5指V/I變換器10k相位補(bǔ)償值。默認(rèn)值是0，單位是“0.001弧度”。M6指V/I變換器100k相位補(bǔ)償值。默認(rèn)值是20，單位是“0.001弧度”。M7指第二可控增益運(yùn)放的相位補(bǔ)償。默認(rèn)值是16，單位是“0.001度”。M8指第一可控運(yùn)放的相位補(bǔ)償值。默認(rèn)值是20，單位是“0.001弧度”。M3.是V/I變換器20歐下臂電阻校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。M4.是V

46、/I變換器1k歐下臂電阻校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。M5.是V/I變換器10k歐下臂電阻校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。M6.是V/I變換器100k歐下臂電阻校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。M7.指第二可控增益運(yùn)放的增益校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。M8.指第一可控運(yùn)放的相位增益校準(zhǔn)。默認(rèn)值是0，單位是百分之0.01。在LCD1602版中，以上15參數(shù)分別表示為：Z0、Z1、Z2、R1X、R2X、R3X、R4X、G1X、G2X、R1、R2、R3、R4、G1、G2如果參數(shù)設(shè)置亂了，可以連續(xù)按5次C鍵（清除鍵）恢復(fù)為默認(rèn)值，再按L鍵保存。測(cè)量之前，需準(zhǔn)備好幾個(gè)

47、電阻：校準(zhǔn)V/I變換器，需四個(gè)已知阻值電阻：20歐、1k、10k、100k校準(zhǔn)可控增益放大器，需兩個(gè)已知阻值電阻、3.3k、10k歐在1kHz和7.8kHz下、分別在相應(yīng)的檔位接入20、1k、10k、100k被測(cè)電阻，上下臂的放大倍必須相同，否則無(wú)法進(jìn)行幅、相校準(zhǔn)。用“M+R”鍵進(jìn)入檢查菜單，顯示為“1，1”說明上下橋臂相對(duì)平衡，且信號(hào)放大采用了同一增益。如果是“1，0”或“0，1”說明信號(hào)幅度不正確。（一）調(diào)校零點(diǎn)偏移（M0、M1、M2參數(shù)）零點(diǎn)調(diào)校這是LCR表主參數(shù)準(zhǔn)確的前提。建議做為調(diào)校的第一步，以免影響其它校準(zhǔn)工作。用本電路指定的元件型號(hào)制作，成品的零點(diǎn)參數(shù)幾乎相同，因此通?？梢灾苯硬?/p>

48、用默認(rèn)值。100Hz的零點(diǎn)調(diào)校參數(shù)是M0調(diào)校步驟：1、頻率置為100Hz，檔位置為100k歐2、接上1%精度的10歐電阻3、在菜單1（啟動(dòng)后的默認(rèn)菜單）中讀取R值用10k檔測(cè)量10歐電阻，精度會(huì)比較差的，讀值跳動(dòng)2%是正常的，因此，讀取平均值即可。如果讀值與10歐偏離超過2%，則應(yīng)調(diào)整M0的值。調(diào)節(jié)M1、M2的方法與調(diào)整M0的方法相同，只須把頻率設(shè)置為1kHz和7.8kHz即可。每次按下按鍵，蜂鳴器響起，單片機(jī)電流變大，引起測(cè)量不穩(wěn)，所以要等蜂鳴器停響才會(huì)穩(wěn)定。（二）V/I變換器、后級(jí)放大器相位補(bǔ)償（M3、M4、M5、M6、M7、M8）頻率置為7.8kHz，量程置為1k歐檔1、接入20歐電阻，

49、20檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M3要設(shè)定的值。2、接入1k歐電阻，1k檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M4要設(shè)定的值。3、接入10k歐電阻，10k檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M5要設(shè)定的值。4、接入100k歐電阻，100k檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M6要設(shè)定的值。5、接入330歐電阻，1k檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M7要設(shè)定的值。校準(zhǔn)三倍檔相位6、接入100歐電阻，1k檔。記下此時(shí)的Q值，扣除Q0后就是M8要設(shè)定的值。校準(zhǔn)九倍檔相位例：接入100歐被測(cè)電阻，測(cè)得Q值，存入M8。比如測(cè)得0.020，須將M8置為20。注：對(duì)于1k檔1kHz，被測(cè)電阻在6401000

50、歐為（1,1），640440保持，440280為（0,1），280250保持，250開始啟動(dòng)（0,2），8575保持，75以下（0，3）。（三）V/I變換器、后級(jí)放大器幅度補(bǔ)償M3.、M4.、M5.、M6.、M7.、M8.保存相對(duì)誤差萬(wàn)分?jǐn)?shù)。分別切換到相應(yīng)檔位，接入20歐、1k歐、10k歐、100k歐已知電阻。頻率1kHz。測(cè)出誤差，然后把修正量存入M3.至M8.后級(jí)放大器補(bǔ)償方法當(dāng)與上述校準(zhǔn)類似。（四）快速校準(zhǔn)：以上校準(zhǔn)，實(shí)際操作時(shí)比較麻煩。實(shí)際校準(zhǔn)，可以采用快速校準(zhǔn)法。進(jìn)入菜單7之后，用Q（向左）或F（向右）鍵換各參數(shù)。1、M0校準(zhǔn)，接入10歐電阻，按Rng進(jìn)入測(cè)量值顯示狀態(tài)，檔位會(huì)自動(dòng)切

51、換，按X或R鍵進(jìn)行增減，使R讀值為10歐，按Rng退出。（建議調(diào)校）2、M1校準(zhǔn)同M0。（建議調(diào)校）3、M2校準(zhǔn)同M0。（建議調(diào)校）4、M3校準(zhǔn)，接入20歐電阻，按Rng進(jìn)入測(cè)量值顯示狀態(tài)，按X或R鍵進(jìn)行增減，使Q讀值為Q0，按Rng退出。(本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)5、M4校準(zhǔn)，接入1k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M3。(本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)6、M5校準(zhǔn)，接入10k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M3。(本檔通常置0即可)7、M6校準(zhǔn)，接入100k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M3。(須調(diào)校)8、M7校準(zhǔn)，接入3.3k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M3。(須調(diào)校)9、M8校準(zhǔn)，接入10k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M3。(須調(diào)校)10、M3.校準(zhǔn)

52、，接入已標(biāo)定的20歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0。 (如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)11、M4.校準(zhǔn)，接入已標(biāo)定的1k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0 。(如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)12、M5.校準(zhǔn)，接入已標(biāo)定的10k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0。(如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)13、M6.校準(zhǔn)，接入已標(biāo)定的100k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0。(如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)14、M7.校準(zhǔn)，接入已標(biāo)定的3.3k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0。(如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)，置0即可)15、M8.校準(zhǔn)，接入已標(biāo)定的10k歐電阻，校準(zhǔn)方法同M0。(如果電阻篩選精確，本檔可不校準(zhǔn)

53、，置0即可)Q0不一定為零的。開路時(shí)，測(cè)量出殘余電感抗為X。那么，校準(zhǔn)時(shí)接上電阻R，則Q0=R/X。如開路X=5000k歐，接上100k電阻，Q0=100/5000=0.020LCD1602版，不必關(guān)心Q0，直接調(diào)到殘余電容顯示為開路殘余電容即可。校準(zhǔn)M0、M1、M2時(shí)，讀值跳動(dòng)比較多，取平均值即可。LCD1602版，屏上會(huì)提示待接入電阻的阻值。校準(zhǔn)M8時(shí)，殘余值（如殘余電容）也跳得比較多，要盡量校準(zhǔn)到0.1pF的精度。如開路3.7pF，接上100k后，也須是3.7pF。也可以接上一個(gè)高Q的220pF獨(dú)石電容復(fù)核，Q值須顯示為500至999，且并聯(lián)電搞最好是正負(fù)高阻跳變。相位校準(zhǔn)后，測(cè)Q精度有

54、提高，大約有效測(cè)量可以提升到300，誤差為Q/300，相當(dāng)于D值誤差0.003左右。測(cè)得Q=300，即D=0.0033，它的真值0.0033±0.003，或者說Q的真值在150至無(wú)窮大之間。校準(zhǔn)后，測(cè)量Q大于1000的電容，應(yīng)顯示為999七、關(guān)于誤差誤差主要來源：1、AD分辨力、單片機(jī)內(nèi)的DDS噪聲等引起的電橋計(jì)算誤差。約引入0.2%誤差。簡(jiǎn)易測(cè)試方法：接入1k電阻，1kHz檔校準(zhǔn)后，查看7.8kHz與100Hz的測(cè)值偏差情況。2、V/I變換器誤差，誤差0.15%，這與校準(zhǔn)精度、下臂電阻溫漂，差動(dòng)三運(yùn)放電阻溫漂等有關(guān)系。校準(zhǔn)時(shí)，盡量采用99xx阻值電阻，而不要使用10xx電阻。它們的

55、分辨力相差10倍。3、三倍可控增益校準(zhǔn)誤差0.1%4、九倍可控增益校準(zhǔn)誤差0.1%5、高阻測(cè)量時(shí)，還有一些干擾引起誤差主量程內(nèi)的誤差，是上述誤差的均方值。即sqrt(0.22+0.152+0.12+0.12)%=0.3%實(shí)測(cè)比對(duì)，誤差一般在0.1%至0.3%之間考慮到長(zhǎng)期穩(wěn)定性問題，誤差估計(jì)為0.5%關(guān)于基本誤差：基本量程精度是0.5%Zx電抗在下臂電阻的1/30至50倍時(shí)，1kHz檔精度達(dá)到0.5%，實(shí)際上，1kHz下做了一個(gè)小測(cè)試，測(cè)定了100至200k的十個(gè)電阻，精度全部達(dá)到0.25%左右Zx電抗在下臂電阻的1/30至50倍之外時(shí)，誤差變大。Zx在/1/30倍與50倍之內(nèi)，可按300字測(cè)

56、算精度，即0.3%，做為誤差指標(biāo)采用0.5%即可。最小分辨阻抗：本電橋最小分辨阻抗：下臂按300字保守估計(jì)，那么上臂1字分辨力對(duì)應(yīng)的阻抗是下臂電阻的1/(300*30)1/10000由于上臂阻抗很小時(shí)，下臂會(huì)接近于滿度，約為700字，AD轉(zhuǎn)換又采用了過采樣，分辨力提高一倍以上，所以下臂至少達(dá)到1500字的分辨力。因此，最小分辨阻抗為實(shí)為1/(1500*30) 1/50000，對(duì)于100k歐檔，可分辨到1至2歐20歐檔的最小分辨阻抗是20/10000=2毫歐。1k歐檔的最小分辨阻抗是1000/10000=0.1歐。10k歐檔的最小分辨阻抗是10000/10000=1歐。100k歐檔的最小分辨阻抗

57、是100000/10000=10歐。同樣道理，最大阻抗分辨力為量程電阻的10000倍100k歐檔的最大分辨阻抗是100k*10000=1G歐左右。阻抗高了，很容易受到干擾，實(shí)際無(wú)法分辨到G歐，只能分辨到和百兆歐。最小單位顯示符號(hào)：電抗（X和R）為m，L為uH，C為pF顯示字?jǐn)?shù)：3字，擴(kuò)展顯示為4字。3字顯示時(shí)，電感只顯示到0.01uH。LCD1602顯示屏，直接顯示為4字。按下L鍵，顯示L或C。當(dāng)電抗X為負(fù)值時(shí)顯示電容量，為正時(shí)顯示電感量。當(dāng)X處于零點(diǎn)上正負(fù)跳動(dòng)，此時(shí)顯示L或C跳變，C會(huì)很大，L會(huì)很小。選擇正確的檔位，不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題的。有效分辨阻抗與精度表示：有效分辨阻抗 = 讀數(shù)的1/300 + 最小分辨主抗如：測(cè)得電阻48.44歐，它并不能分辨到0.01歐，實(shí)為48/300=0.16歐如：測(cè)得電阻30.01毫歐，它并不能分辨到0.01毫歐，實(shí)為30/300+2=2.1毫歐，實(shí)際分辨力會(huì)好一些，測(cè)量到1毫歐問題不大。100Hz、1kHz檔主參數(shù)精度表達(dá)示意：20歐檔精度：0.5% of reading + 2毫歐， 0到50*20歐=1k歐1k歐檔精度：0.5% of reading + 0.1歐，0到50*1k=50k歐10k歐檔精度：0.5% of reading + 1歐，0到50*10k=50