高精度LCR测量仪说明

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1、高精度LCR测量仪V1.0说明一、概述：很多电子制作需要知道元件的参数。由于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。为了解决这个问题，只有LCR测量仪能够胜任。·设计目标：1、能够准确测量电抗器的L、C、R，精度优于0.5%，如果进行人工逐档校准，精度优于0.3%2、取材容易，电路简洁，易于制作，成本应适当控制。使之具有更强的业余DIY价值及研究价值，并通过设计、DIY学习到LCR电桥的相关细节、原理。·本LCR表的基本特

2、性AD转换器的字数：约1000字，采用了过采样技术，有效分辨力约为2000字测量方法：准桥式测定，测量原理类似于比例法测电阻。主要测量范围：1欧至0.5兆欧，精度0.5%（理论），阻抗实测比对，均未超过0.3%有效测量范围：2毫欧至10兆欧，最小分辨力1毫欧串联残余误差：2毫欧，低阻测量时此误差不可忽略并联残余误差：50M欧，高阻测量时此误差不可忽略Q值误差：±0.003（Q<0.5），Q/300（Q>2，相对误差，简易算法），其它按0.5%左右估算D值误差：±0.003（D<0.5），D/300（D>2，相对误差，简易算法），其它

3、按0.5%左右估算注意：Q=1/D测试信号幅度：峰值200mV（100Hz），180mV（1kHz），140mV（7.8kHz）电感：0.02uH分辨力，测量范围0.1uH至500H，超出500H未测试（因为我没有更大的电感器）。电容：分辨力与夹具有关。夹具好的话，分辨0.1pF或0.05pF，不屏蔽只能分辨到0.2pF，甚至只有1pF。上限测量，没有测试，只测过10000uF电容，手上没有更大的电容。实测误差，比上述精度指标好许多。本表基准源：分别为4个基准电阻，一个时间基准。电阻基准就是电桥的4个下臂电阻，要求精度达到0.1%，

4、对1%精度的金属膜电阻筛选即可。时间基准用32MHz石英晶振得到，精度可以满足电桥要求的。如果电阻达不到要求，可以使用软件校准。频率精度：实际频率为99.18Hz、999.45Hz、7812.5Hz，简写为(100Hz、1kHz、7.8kHz)。由于DDS的频率分辨力有限，所以不采用整数频率。频率精度约为0.02%（由石英晶振决定）。信号源失真度：没有专用仪器测试，只做估测。对输出信号做一次高通滤波后，用示波器观察，未发现可觉察失真。如果有可觉察失真，对D值测量有小量一些影响。·特点：将正弦信号发生器、AD转换器、0度方波、90度方

5、波全部利用单片机完成，电路大大简化，而性能可以满足一般要求。这使得仿制者更容易，更适合作为DIY仪表。二、LCR数字电桥的原理·LCR电桥原理测定电抗元件Zx中电压U1与电流I，利用欧姆定律就可以得到当Zx串联了已知电阻R，那么测定了R上压降U2，就可得到可见，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

6、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，其中一个可能相对于另一个小得多，这就要求AD转换器的精度及分辨力要足够大，否则小的那一个难以分辨出来。为了减小分布参数的影响，电路中引入了V/I变换器，上、下臂的中点变为了虚地。详见电路。上、下臂电压分别通过“仪表三运放”缓冲放大后输出。“三运放”电路有较强的共模抑制能力。V/I变换器，并不能保证在7.8kHz时虚地对地

7、电压为零，尤是在低阻测量时，这就产生了共模干扰信号，因此引入仪表三运放电路是必要的。可见，V/I变换器与“三运放”的结合，有效实现了上下臂电压的隔离放大，并且在音频域很容易得到高精度。经K3切换上下臂，信号进入下一级放大。为了使电桥更精确，通常要求上、下臂使用“同一个毫伏表”放大（或者不放大，直接进行相敏检波）。由于本电路AD的分辨力不足，直接检波只能保证电桥在平衡点附近±30%的范围内取各较好的精度。如，桥平衡时对应表头字数600字，若被测阻抗不能使电桥平衡时，上臂变为600+300=900字，下臂变为600-300=300字，显

8、然，对于300字的读数，最多只能得到0.3%的精度，超出这个范围后，精度将下降。以上分析表明，对于某一量程，保持良好精度的范围比较小，除非采用更高精度的AD。为了解决这个问题，后级可控增益对每个量程都启用，这样，各档测量范围就增加了，