适合业余爱好者diy的高精度数字电桥

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1、适合业余爱好者DIY的高精度数字电桥基本状况：工作频率：100Hz，1kHz，7.813kHz最小分辨：最小分辨0.5毫欧，0.03uH，0.02pF最大分辨：G欧基本量程精度：1kHz基本量程精度，0.5%，选好电阻，精心制作，可以轻松达到0.25%精度AD非线性误差小于0.05%，AD零点误差采用直流偏置消除信号源：软件合成正弦DDS、软件合成方波DDS显示：4LED单片机：STC12C5A60S2DIY数字电桥说明一、概述：玩矿石收音机，大部分元件需要DIY，所以需要知道元件的参数。因为DIY的元件没有标称技术参数。比如，需要知道谐振器件、检波器件、天线、耳机、变压器等

2、器件的电抗特性。其中，高频参数可以使用Q表解决问题，而低频参数Q表难以测定。想了几天，还是觉得DIY一个LCR表来测定比较有效果，以图解决音频阻抗测定问题。?LCR电桥原理测定电抗元件Zx中电压U1与电流I，就可以得到Zx=U1/I。当Zx串联了已知电阻R，那么测定了R上压降U2，就可得到I，最后Zx=U1/I=U1/(U2/R)=R*U1/U2，可见，无需测量I的具体值就可以得到Zx，这是电桥的一般特征。为了得到Zx在x轴与y轴上的两个分量，以上计算须采用复数计算。设U1=a+jb，U2=c+jd，那么Zx=R*(a+jb)/(c+jd)=[ac+bd+j(bc-ad)]/

3、(c*c+d*d)U1与U2要采用同一个坐标系来测量。借助相敏检波器，可以分离出a、b、c、d，相敏检波过程，需要一个稳定的0度与90度的正交坐标轴，测量期间，U1、U2向量也必须在这个坐标系中保持稳定，不能乱转。为了得到足够的精度，控制好放大器的增益，使得a、b、c、d的有效数字足够大，Zx的测量精度就高。然而，Zx分母两个正交量ac+bd和bc-ad，其中一个值可能很小，这就要求AD转换器的精度及分辨力要足够大。?一点思路设计此表，前后花费了近一个月的业余时间，更改了多个版本，总体比较满意。本表主参数精度良好，副参数精度差。这是表头灵敏度不够造成的。因此，如果想测量Q值，

4、当Q值大于100时精度非常低。在矿石收音机中，高频线圈的Q值要求准确测定。它值接影响了矿机的性能。但音频线圈的Q值，则没有过分严格的测量要求。所以本表从一开始就没有在副数上多下功夫，始终坚持采用单片机自带的AD转换器，以便大幅度等化电路结构。网上流行的俄版电路，其核心部分本表均未采用。俄版电路采用ICL7135作为AD转换器，精度比STC单片机自带的AD性能好很多。然而，经过多次计算分析，结论是用自带AD也可以得到优于1%的主参数精度，所以最后放弃ICL7135。设计后期，对电路优化设计，很大程度上泥补了STCAD的不足。，ICL7135的最终精度与芯片质量及积分电路有关，因

5、此要使用ICL7135精度达到4位半表头，也不是很容易。7135的几个电容就足已占去半块PCB板。仿制者，通常用低压的小电容代替，这种情况，AD转换器本身的精度一般是低于0.05%的，最后得到的LCR表也会低于0.1%精度。当我们对LCR表的精度要求特别高时，对电阻的精度要求也高，精密电阻不好找。综合这些因素，最后选STC自带AD，代价是损失少量主参数精度，同时严重损失副参数精度。信号源是LCR表的一个核心部件，俄版的正弦信号发生器及0、90度方波发生器，其综合性能并不会优于本电路，相反，本电路显得非常简法，仅使用了一组RC滤波器及DDS程序就完成了这两种信号的生成。相对许多

6、其它形式的LC测量电路，相敏检波器是LCR表特有的。本电路采用开关式相敏检波器，性能良好。实测了几个数据，比我预想的要好。比如，小信号用0度轴检波，OP07输出得到293.5mV，用180轴得到-293.0，这当中包含用OP07的输出失调、万用表正反向测量误差0.1mV。OP07输出失调的主要原因是输出端用3个1N4148二极管升压。但从最终数据看，两次测量理论值应是互为相反数，实测仅误差0.5mV（0.2%），大信号时，误差还更小，本表采用满度4500mV表头输出。本LCR电桥的相敏检波器依靠单个模拟开关实现，可以抑制偶次谐波，但没有奇次谐波抑制能力。开关导通时间是半个基波

7、周期，偶次谐波在半周期内共有整倍数谐波周期，谐波的直流平均值是零。奇次谐波，在半个基波周期内有N倍又1/2个谐波周期，多余的1/2周期的直流平均值不是零。DDS输出的奇次谐波是很小的。对于1kHz和100Hz，理论3次谐波幅值约为DAC分辨率的1/2，相当于-50dB左右。对于7.8kHz，采用DDS时钟的整数分之一倍，相噪小，然而，由于频率与时钟较接近，PWM型DAC的噪声大，谐波失真较大，所以电路中对DDS输出做了6级针对PWM的RC滤波，最后也使得谐波基本消失（在示波器中，在第5级滤波时，就已经无