电抗元件数字测量仪的设计

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1、电抗元件数字测量仪的设计基于现代电子技术的快速发展，电子器件的测量也发展为一门学科，尤其是在复频域分析中电抗参数的测量的得到越来越广泛的应用；当下电子技术的数字化、自动化、智能化直接要求电子测量技术要能满足复杂应用条件下的测量，除了实现精确、快速的高效测量还要在使用中更加方面、智能。本设计先对模拟域测量方法进行分析论证，从测量精度、测量范围，测量方法的可操作性及设备制造成木等方面进行方案的选取与数字化的改进，最终确定了基于单片机控制继电器来控制电路的工作方式以实现测量电抗元件容值的方案。根据测量对彖中的电容不同划分为电解电容和普通小电容，测量原理也分为LC振荡原理和屯

2、容充屯原理，其屮LC振荡产生正弦波利用比较器实现模数转换成矩形波；最终数值计算用单片机以程序方式完成，在成本较低同吋实现精确测量、自动化测量的目标。关键字屯抗参数/测量仪/ATmegaS/继屯器/比较器1引言人们对电的认识自从最初的密立根实验计算得到电量这一物理量以来，开始对电流、电压、电阻基本量的研究，法拉第电磁感应定律的出现建立了电和磁的联系，从而推动了电子科学技术的快速发展。其中电子元器件是最基本的电子产品，其质量的好坏育•接对电子整机、系统的质量优劣起决定性作用。因此，其性能参数的测试是一类最基本的、应用广泛的电子测量技术。元件参数有集总参数和分布参数Z分；在

3、工作频率内，组成电路元件尺寸远小于信号波长的所体现的是集总参数，包括电阻、电感、电容、品质因数Q、阻抗参数及损耗因数D,这些元器件也称为集总参数元件。测量仪器的广泛应用使得常用电参数测量成为可能，如集总参数中电阻的测量已很普遍，但诸如对电场场强、磁场场强及电抗元件中电容、电感的测量由于精确度、成本等条件的限制，特别是专门用于测试电抗参数的仪器价格不菲的情况下，给电子爱好者的学习带来很多不便。为此提出一种测量范围广，精度满足多数情况下学习要求，实用性强，适用性广的测量方案，又兼考虑到电阻主要工作与低频，电阻分量其主要作用可忽略分布电容、分布电感的影响，且频率在lKHz时

4、在直流电阻、交流电阻差值在0.0001级别，所以电抗参数下不再选取电阻作为测量选项。因此，选取测量参数屮经常用到且不便测量的电感和电容作为本设计测量对象。结合实际应用的需要，测量电容的量程应该尽可能的广，选择在pf到mf跨度九个数量级，测量电感的最小量程选在uh级别。考虑测量仪器及所测器件本身的误差，预定方案达到20%的测量精度，并调试电路参数使Z达到10%以内。2总体方案系统框图现代电子产品所采用的器件有半导体分立器件和集成电路，其测量仪器亦分为半导体分立器件测量仪器和集成电路测量仪器，而本设计兼有以上两种特点:如图2-1将系统模块分成七部分：分别是微处理器模块，实

5、现数据的程式化处理;为各系统供电的5V电源模块，选取9V测量仪器常用电压，通过LM7805再建立一级稳压电路，增加系统稳定性；晶振电路选取典型晶振匹配电路及相应的晶振频率；功能选择电路是单按键控制，通过处理器扫描按键改变测量模式及档位;对大电容选用测量其充电电压的时间长短的方法转换成电容量；小电容和电感组成振荡电路测量转换波形频率，测小电容时电感为已知量，测量电感时电容为已知量；以上测量转换方法最后经过MCU处理后送LCD1602显示模块，实现电容值和电感值的显示。图2-1系统模块设计框图3系统各部分工作原理及分析3.1系统供电部分设计3.1.1工作模块供电部分分析根

6、据系统框图进一步分析其电路的供电部分，需要供电的有：单片机7脚;大电容测量中的RC充电电路，以LM393的脚4、5、6、7、8为比较器的电压比较单元；小电容和电感测量时用的LC振荡电路和以LM393的脚1、2、3、4、8为屮心的正弦波转换成方波电路；除此还有液晶显示单元模块，兼有供电与调节亮度和对比度的功能。3.1.2供电电源电路1•稳压芯片介绍管脚：从左到右依次是1脚输入，2脚地线，3脚为5V电压输出端。LM7805是三端集成电路,输出正电压有三条引脚分别是输入、输出、接地端。用于电路中稳压块所需的外围器件很少，屯路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用可靠，价格

7、便宜。实际应用中稳压管温度过高时，稳压线性变差，甚至损坏，因此电路中常为LM7805配备散热片。2.系统5V稳压电路结合常规电路电源接市电：先经过变压器变压至12V或9V左右，为使芯片部分及功能电路工作稳定，适应绝大多数仪器的要求的9V仪器工作电压再进一步降压、滤波，尽可能减少外部条件引起的变化，减少电压源的纹波，提高本机稳定性。采用LM7805组成的电路稳压输出5V电压，能满足系统供电的需求。电路图如图2-1oJIVCC9-20VU1LM7805J2图3・15V稳压电路LM7805精度为0.1V；接入电压为9V,其中C2滤除低频，C3、C4滤除高频