![[计算机软件及应用]DIY数字电桥说明.doc_第1页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-1/15/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe3/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe31.gif)
![[计算机软件及应用]DIY数字电桥说明.doc_第2页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-1/15/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe3/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe32.gif)
![[计算机软件及应用]DIY数字电桥说明.doc_第3页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-1/15/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe3/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe33.gif)
![[计算机软件及应用]DIY数字电桥说明.doc_第4页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-1/15/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe3/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe34.gif)
![[计算机软件及应用]DIY数字电桥说明.doc_第5页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-1/15/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe3/e86b6fd7-b270-4120-adf9-489069b9efe35.gif)
已阅读5页,还剩45页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
DIY数字电桥说明许剑伟 莆田十中、概述:本LCR数字电桥,主要用于准确测定元件L、C、R参数,量程宽、精度高。玩矿石收音机,大部分元件需要DIY,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,笔者认为LCR数字电桥能够胜任。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4000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,最小分辨力约0.51毫欧串联残余误差:小于2毫欧,低阻测量时此误差不可忽略并联残余误差:大于50M欧,高阻测量时此误差不可忽略Q值误差:0.003(Q2,相对误差,简易算法),其它按0.5%左右估算D值误差:0.003(D2,相对误差,简易算法),其它按0.5%左右估算注:Q = 1/DESR误差:|Z| / 300高阻测量中,D、Q有效测定于40pF以上电容7.8kHz,20pF以下D、Q精度变差很多。开路、短路清零:LCD版提供此功能,以方便高阻及低阻测量。LED版没有此功能,所以LED版测量小容量电容须人工修正才可以得到正确结果。信号源幅度:峰值200mV(100Hz),180mV(1kHz),190mV(7.8kHz)电感:0.02uH分辨力,测量范围0.1uH至1000H,超出1000H未测试(理论上也可以正常测量的)。电容:分辨力与夹具有关。夹具好的话,可以有效分辨0.05pF,不屏蔽只能分辨到0.1pF,甚至只有1pF。上限没有测试,只测过10000uF电容,手上没有更大的电容。 推荐简易夹具:7cm至10cm长,7.5平方毫米导线,接上小夹子即可。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。时间基准用32MHz石英晶振得到,精度可以满足电桥要求的。频率精度:实际频率为99.18Hz、999.45Hz(另一版本976.56Hz)、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%(由石英晶振电路决定)。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值测量有一些影响。创意设计:将正弦信号发生器、AD转换器、0度方波、90度方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、常见问题解答1、电感测量误差很多带磁芯的电感,在不同电压下测得的电感量是不相同的。空芯线圈,高频低导磁率磁芯,这类线圈电感量与电压相关性较小。因此,这类线圈才能用于精度对比测试。2、晶振不起振25M以上的晶振,大多是泛音晶振。因此,我们买到的32MHz晶振,一般是三次泛音晶振。当电路没有匹配好,晶振可能振于基音,此时频率只有预期值的1/3。在下载程序时,ISP程序会提示当前晶振的振荡频率。当晶振振荡于基音,电路无法正常工作,单片机速度降为1/3,响应迟钝,按下键时要按住较长时间才响应,开机时须等待8秒钟左右(正常3秒钟左右),1k欧档指示才会亮起来。要让它谐振在32MHz,先给晶振加上负载电容,即晶振两端分别对地接上5pF电容。然后在晶振两端并联合适的电阻,就会谐振在32MHz有负载电容时,谐振时, 晶振表现为感抗,可以把晶振看作电感器L,它与负载电容谐振。之后,并联一个电阻,LC回路Q值下降。负载电容不变时,低频Q值下升快,因此基音更容易失振,使电路振于泛音。负载电容也不要超过5pF,以免负载过重,电路不起振。用5K、10k、20k、50k、100k电阻试验,我得到的结果是:5k不起振,10k,20k,50k振于32MHz,100k及以上振于32/3=10.7MHz显然,取20k电阻并联于晶振最好。不同厂家,不同批次的晶振,此电路中采用的电阻是不同的。要自己试验气温变化,也可能造成晶振工作频率不正确或停振。这可能是电阻没有匹配好或晶振有问题。如果停振,应加大电阻,如果振于基音,应减小电阻。如果通过调整电阻还是无法正常工作,则需要更换晶振。3、如何把220pF的电容精确测量到0.1pF由于表笔轻微移动,就可能造成表笔电容变化0.1pF,最终引起电容测量误差。准备一个排针插座,被测电容焊在排针上。先用表笔夹住插座,测出开路电容。然后插入被测电容进行测量。两次测值之差就是电容的真值。测量期间,注意保持表笔间的距离不变。4、如何防止EEPROM数据丢失。用户数据flash EEPROM数据易丢失。经实验表明,数据丢失发生在异常上电、断电过程,如电源插头接触不良引起电压不稳时,容易造成数据丢失,而且一般是第一扇区数据丢失。因此,建议加一个电源开关,这样可以使上电、断电干脆、可靠。程序中应把数据写入第二或第三扇区,可以大大减小数据丢失的可能性,早期版本程序把数据写入第一扇区,容易引起数据丢失,因此请使用最新版的程序。最新程序还做了第二重保护,即EEPROM触发时,加入了触发条件,当电源易常时,内存数据丢失,触发条件将不满足,EEPROM被保护。5、如何筛选R9R16电阻R9R12四个2k电阻请使用阻值相同的。先筛选出4个相差在0.3%以内电阻。然后在这四个电阻中,取两个相差仅0.1%以内的电阻做为R9、R12,四个电阻温漂应小于50ppm/K且温漂一致。R9R12四个10k电阻请使用阻值相同的。先筛选出4个相差在0.3%以内电阻。然后在这四个电阻中,取两个相差仅0.1%以内的电阻做为R13、R16,四个电阻温漂应小于50ppm/K且温漂一致。 Ra1至Ra4建议使用误差小于0.3%的电阻,温漂小于25ppm/K R20、R21的比值应为8:1,比值精度应筛选到0.3%以内,温漂小于25ppm/K R30、R29的比值应为2:1,比值精度应筛选到0.3%以内,温漂小于25ppm/K6、如何测量电阻的温漂本表要求使用温度系数优于50ppm/度的电阻,强烈建议使用优于25ppm/度的电阻。在冬天,找个气温10至20度天气。用小温度计测出手指与气温之间的温差T。然后测出电阻的阻值。用手指隔着塑料膜捏住电阻进行加热,测得电阻阻值的相对变化量dR。那么温度系数为dR/T现在买到的2至4分钱的金属膜电阻,温度系数一般小于25ppm/度,达到50ppm/度的是少数,一般是小于10ppm/度。如果手指温度不够,可以用热水烫手5分钟,活血后再做实验,建议穿上保暖衣服。一整排电阻中,大部分温度系数差不多,但也可能出现个别特别差的。如,测得10个,可能9个优于10ppm/度,偏偏出现一个50ppm/度的。如果觉得筛选与测量麻烦,建议直接购买0.1%的电阻。7、感觉测电解电容不准电解电容、瓷片电容、独石电容,实测值与标称值相差10%甚至50%都有可能的。因为,这些电容本身不是精密电容。涤纶电容、CBB电容,测值与标称值一般相差在10%以内。好一点的电容,一般相差2%以内。电解电容的容量,用100Hz准确测定,二线法即可。1kHz容量会减小的。7.8kHz一般要用四线法才能准确测出容量。随频率升高,容量减小越多,说明电容频响不好。8、电容精度有必要校准吗? 不需要校准的。电阻校准了电容测量自动准确。验证电阻精度,至少要使用四位半的表,不能使用2000字的三位半的表。2000字的表,精度比本表低。因为,2000字的表,测量2xx读数的电阻,误差可能高达1%,验证不了本电桥。6000字的品牌表,电阻档精度一般也是比本表差,除非更换内部分压电阻。9、如何选择量程被测阻抗有两个参数,分别为电抗x和电阻r,串联测量时取x、r中最大的为主参数Z(并联时取x、r中最小的为主参数Z)。量程电阻记作R所选量程满足0.8RZ8R时,就是就最佳量程。如果找不到合适量程,可以选至0.1RZ10R 10、何时采用四线法测量小电阻,为了准确到1毫欧,这时要采用四线法。3欧以上,通常使用二线法即可(即头尾两个端子),记得扣除短路残余值。采用二线法,最多准确到5毫欧,而且要尽可能排除接触不良问题。11、表笔长度要多长建议总长度(包括夹子)不要超过15cm用带屏蔽的开尔文四端夹子,长度也不要太长,建议小于40cm,且采用分布电容小的屏蔽线。12、如何开路、短路清零表笔开路按下C键做开路清零。表笔短路按下C键做短路清零。如果开路清零不满意,再按C键。清零后,可能出现超大电感残余与超小电容残余显示之间跳变。切换为并联模式,允许显示小量的负电容,因此不易出现超大感的显示。如果短路清零不满意,再按C键。清零后,可能出现超大电容残余与超小电感残余显示之间跳变。切换为串联模式,允许显示小量的负电感,因此不易出现超大容的显示。清零前,请等显示屏到相对稳定,一般需要两三秒钟。开路、短路清零只对当前频率及当前量程有效,如,在7.8kHz 100k欧档清零,那么切换到其它档位之后(如频率或量程变更),那么无清零效果。按下L键或重新开机则取消清零,开路、短路清零数据同时置零。开路、短跳清零数据在程序内部是独立的,互不影响。因此,同一档位,可以同时做开路、短路清零两项工作。13、如何精确测量NPO小电容首先,建议使用7.8kHz档。其二,建议进行开路清零。要使用插座,即表笔夹上小插座后进行开路清零其三,然后插入被测电容即可得到正确读数。插入电容前后,要保持两表笔间的相对位置不变化。14、频率不变,切换量程后电容测值相差较多,正常吗? 如果两个量程都满足0.1RZ1000的电容,得不到999要怎么办? 如果测得损耗电阻是负数,而且显示的Q值是600左右,说明相位误差大了一些,建议适当微调R1XR4X,通常微调1至2字即可,不可微调过多。 如果损耗电阻是正数,而且显示的Q值是600左右,其实相位误差很小了,不用调整了。23、用两个电容串、并联验证精度,可以吗? 使用此法,要使用CBB或涤容等电容。涤纶电容还要求在同频率下测试。 如,测得两个电容是C1与C2,那么并联后,测值应为C1+C2,串联后是C1*C2 / (C1+2),以此验证。24、两个相同的高Q电容(Q1000),并联或串联后Q值是多少。 还是Q100025、Q与D值的计算公式 一个电抗元件,可以等效为两个串联集中参数X与R,写作Z = R + j X Q = | X / R |,习惯上只取正,所以取绝对值。 D = | R / X |,习惯上只取正,所以取绝对值。 一个电抗元件,也可以等效为两个并联集中参数X2与R2,写作1 / Z = 1 / R2 + j / X2 Q = | R2 / X2 |,习惯上只取正,所以取绝对值。 D = | X2 / R2 |,习惯上只取正,所以取绝对值。 D与Q是互为倒数的。25、什么是“串联法”与“并联法” 一个电抗元件,可以等效为两个串联集中参数X与R,写作Z = R + j X 取倒数后,就转为并联参数,即1 / Z = 1 / (R+jX) = (R-jX) / (R2+X2) = R / (R2+X2) jX / (R2+X2) 相当于并联电抗为X2 = (R2+X2) / X,并联电阻为R2 = (R2+X2) / R 串联法与并联法,所得电抗不同,但得到的Q值是相同的。 X2与R2还可以写为:X2 = (R2+X2) / X = X (R/X)2 + 1 = X ( D2 + 1 )R2 = (R2+X2) / R = R (X/R)2 + 1 = X ( Q2 + 1 )26、涤纶电容的Q值大约是多少? 容量小的,7.8kHz频率下,Q一般大于100,1kHz频率下,Q大于200也是正常的。 容量大的,如1uF或2uF,Q值通常会小一点。27、CBB/ 630V电容电容的Q值大约是多少? 一般大于1000,我手上的CBB/630V 0.1uF、0.33uF、0.47uF电容,Q值大于1500 0.47uF的,随频率升高,Q值下降,1kHz下Q2500,7.8kHzQ1300,这是因为,容量大的,引线及内部金属的串联电阻不可忽略,所以Q值随频率升高而下降。 0.1uF的,在10kHz以下频率,Q值为常数。这时,损耗主要是介质损耗为主,金属串联损耗可以忽略,所以Q值保持不变。28、高阻电阻测量使用串联法还是并联法 建议使用并联法。LCD1602上的显示的标识符是“Zp”29、低阻测量应使用串联法还是并联法 须使用串联法。LCD1602上的显示的标识符是“Zs”30、蜂鸣器太响怎么办? 蜂鸣器响起时,比较大声,如果觉得不适,可以拆除或在发声孔贴上粘纸。 每次按下按键,蜂鸣器电流会影响测量,所以要等蜂鸣停响几秒钟后测值才能稳定下来。31、TL082的输出幅度要求及幅度调整 正常情况下,100Hz输出峰值200mV,1kHz输出峰值180mV,7.8kHz输出峰值190mV 采用电路图中的参数,100Hz与1kHz的输出幅度会自动达到上述值。7.8kHz档由于滤波电容误差,输出幅度可能会有一些误差。如果7.8kHz时幅度误差过大,调整C24电容的容量即可。 幅度超过上述值10%,LCR不一定能够正常工作,偏小10%则没有问题。32、为什么未进行零点校正LCR无法正常工作,测值严重异常。 AD没有负值测量能力,而且存在零点门槛电压。为此OP07输出后加了直流偏置,以便准确测量鉴相器的输出。在直流偏置做用下,鉴相器输出为0时AD读数是75左右。检相器输出负电压时,AD读数则小于75,但AD永远不会读出负数结果。对于负电压,要再加上180度移相的方波进行鉴相,以便得到正电压输出,否则AD无法正确工作。由于AD得不到负数结果,所以程序无法判断是否要180度翻转。 当我们进行了零点校准后,鉴相器输出负电压时,AD输出结果也会是负数,只是最负只到-75而已,但这已足够用来做相位判断了。33、如何选择LCR表的电容毫伏表信号通路中滤波相关的C5C10、C25、C26,应采用容量不随信号电压变化的电容。涤纶、CBB电容即可。C1C4,应使用低漏电的电容,耐压大于63V。涤纶、CBB电容均可。DDS滤波器电容应使用温漂小一点的电容,如涤纶电容。若采用独石电容,温漂可能会大一些,能否使用未测试。C11C13、C15C17、C27,可使用独石电容,建议使用涤纶或CBB电容。34、整机功耗是多少 正5V耗电5060mA,与LCD1602背光灯电流大小有关。负5V耗电小于50mA,继电器未动作时,小于20mA35、如何选用变压器 使用9V带抽头变压器。变压器空载电压比标称电压高1至2V。如9V变压器的空载电压可能是11V,如果变压器功率大,整流输出电压将偏大,7805会发热。因此,变压器功率大时建议使用8V变压器即可。当市电源电压是220V时,7805前端电压为9至10V比较合适,超过11就不大好。 如果买不到带抽头的变压器,也可以使用无抽头的变压器。一端接在地线,另一端接在余下两端子中的任意一个即可。这种方法,整流电路变为半波整流,输出纹波变大,有必要用示波器看一下7805前端的最低电压,不得低于9V(220V)。36、LCD1602与主板连接使用几条线 电源线2条,1脚接地,2脚接电源+5V 数据线4条,11、12、13、14脚 控制线3条,第5脚是R/W控制线,因程序没有进行写数据操作,该脚可以直接在LCD1602的PCB板上接地,所以控制线实际只需接2条。 所以,最少需要8条连接线。37、串联模式下复阻抗的绝对误差是多少 Z = R+jX,误差a = ( |R| + |X| ) / 300 R的真值是:R-a R+a,R按正值算 X的真值是:X-a 500,最好测到999 2)、取0.1uF和0.05uF和0.022uF CBB/630V电容,1k/7.8k档,测得Q500,最好测到999 3)、取1n和3.3n 高Q电容,10k/7.8kHz档,测得Q500,最好测到999 4)、取220pF NPO,100k/7.8kHz档,测得Q500,最好测到999 5)、以上电容在1kHz,并选择最佳量程,也应测到500以上,选100Hz应得到300以上(该频率下本表相位误差大) 低阻验证 1)、将表笔短路,保持表笔状态不变,三个频率下测得的表笔电阻应相同,相差小于2mR,并且1kHz档显示的表笔电感与7.8kHz显示相差小于0.2uH 2)、四线法,用2.5平方铜线短路,电抗与电阻都应小于2mR 高阻验证 1)、取1M、2M、4M等电阻测试,用并联法(即Zp状态而不是Zs),1M以下误差应小于1.5%2)、7.8kHz测4M时误差达到3%也是正常的45、如何给DIY的表确定标称误差 在2欧至200k欧范围内,用电阻高密度测试,测量时,采用最佳量程。如果误差小于0.2%,则那么可以标称为0.3%,如果误差小于0.3%,则应标称为0.5% 电抗X的精度与电阻测量是等精度的。电感与电容的精度则与“集中参数测定”模型的精度有关,也就是说元件是理想模型,就得到高精度。理想LC按以下换算: 电感与电抗X换算关系:L = X/(2*PI*f) 电容与电抗X换算关系:C = 1/(2*PI*f*X)46、TL082换为其它型号的,可以吗? 不一定可以。不一定可以正常工作。有的运放要求加入反馈电容等辅助电路,才能稳定工作。有的则对电路的闭环增益有要求。47、晶振工作异常,LCR有那些表现? 以下情形,可能是晶振状态没有调好造成的。更换晶振或调整匹配电阻一般可以解决问题。 1)LCD出现乱码显示。可能是晶振工作不稳定。也可能是LCD的连线接触不良或接线有误。 2)经常无故死机。说明晶振工作不稳定。 3)手碰一下晶振就能工作,或反之。说明晶振工作不稳定。 4)LCD出现16个黑块、开机时7.8k灯、100k灯常亮,按键无反应。说明晶振没有起振。 5)键盘响应很慢,测量也不正常,蜂鸣器响的时间很长。说明振在10.7MHz,而不是32MHz 6)经常无法下载程序。有可能是晶振没有可靠快速起振造成的。 7)按下键,蜂鸣器响起时经常死机。说明晶振工作不稳定。 8)气温变化之后,LCR就不能工作。说明晶振工作不稳定。 9)下载速度特别慢。说明振荡频率是基音10.7MHz48、7.8kHz下测得电解ESR与100kHz下测得的ESR相同吗? 是不相同的,但相近。ESR较大的(如大于1欧)的,100kHz下的ESR一般还会减小20%或更多 小体积的引脚细的大电解电容(如2000uF,ESR 却高达90毫欧),频率大于7.8kHz,ESR也会一直下降。到了100kHz,会下降20%以上。 优质的大电解电容,7.8kHz下,ESR可以小到15mR以下,随频率升高,趋肤效应会加大,在100kHz下ESR升高一点。 对于大电解电容,最小ESR的频率约几十kHz。常见ESR表采用100kHz,频率较高,是为了能够更有效的测出小电解电容的ESR。 在7.8kHz至100kHz,均可有效测定电解ESR。几十kHz对大电解测定效果好。200kHz以上对10uF以下小电解测量效果好。三、焊接与元件选配及调试焊接是基本功,LCR表元件多,焊接技术不过关,DIY本电路不易成功。这里讲到的焊接问题,包括元件引脚顺序、极性的识别,焊接技巧,飞线方法,检查连线正误的技巧,焊接质量、温度控制等等。这些问题不是一两天就能学会的,需要一定的时间积累。因此,从来没有电子DIY的朋友,请不要制作本电路,建议从基础的开始。双面PCB板孔洞疏通:电阻位置焊错了,得取出重新焊接。取出后,焊盘被堵,可能造成其它元件(如集成电路)安装不了,这时得疏通焊孔。可以使用“现场”工具来解决:平时剪下来的电阻引线不要扔,在烙铁加热下,把电阻引线穿进洞中。控制好温度,同时让电阻线只往一个方向运动,直到引线取出,这时孔内的焊锡就会被带出来。也可以试试牙签等工具,牙签可以把孔内的焊锡弄得弄得很干净,但多余的锡容易堆积在背面焊盘上,所以要注意牙签的方向。焊接鳄鱼夹:把它夹在一个镊子上焊接。焊接这类元件是,一般要对两个待连接端子事先分别上锡。双面板拆集成:1、引脚集体加热,同时拆。2、烙铁功率小,集体加热不灵。把引脚全部剪断,一脚一脚拆,这是万能的,不伤害PCB板的。集成电路一般不会焊错,电阻容易焊错。首先装调的元件是电源部分,而不是其它元件。电源不正常,如输出电压过高,很容易把单片机烧掉,到时就麻烦了。在双面板上取下集成电路,不是很容易。所以,电源调试正常了,再安装其它元件。变压器请使用小功率的,那么调试过程中,万一短路什么的,通常不烧器件的。装完后,应检查TL082信号输出是否与设计值相同,偏小10%是可以的。偏大10%则不可以。电路中的电源滤波小电容,采用瓷片电容或独石电容即可。接P1.0口的那两个104电容,采用体积小的涤纶电容或独电容,用大体积的涤纶电容不一定能装得下。最好测定一下它的漏电情况,测量方法是:电容一脚接到5V源,另一脚接数字万用表电压档正极,万用表负极接地,数字万用表最终显示的数值小于1mV,说明它的漏电很小。几个mV漏电不要紧。其它的最好多使用涤纶电容。除电解电容及电源滤波小电容外,LCR表上的阻容元件的参数,几乎都不能做改动,所有的参数关系,不单单是“调试”出来的,同时经过了理论计算验证的,如果因为手上没有合适的元件而改动参数,多半会影响电桥的精度或可靠性。一定要看明PCB板上各元件对应电路图中的哪个元件,才能明白哪些电阻要求高精确。全部安装完成后,请进入菜单7,设置校准参数,否则LCR表无法工作,尤其是零点校准工作。详见“校准”一节。电阻精度要求:1、除单片机部分,其它与交流信号有关的,须全部使用1%金属膜电阻,或精度更高的电阻。2、4个下臂电阻,建议筛选到0.1%精度,低温漂。如果筛选不到0.1%精度也不要紧,可以软件校准补偿。电阻误差大于0.8%无法校准。3、9倍增益切换运放的反馈电阻,2k和16k两电阻,低温漂,须是8.000倍关系,不要求电阻精确,要求比值精确,筛选到0.3%精度是比较容易的。4、3倍增益切换运放的反馈电阻,1k和2k两电阻,低温漂,须是2.000倍关系,不要求电阻精确,要求比值精确,筛选到0.3%精度是比较容易的。5、5倍增益运放的电阻,共有8个,四个2k和四个10k电阻,低温漂。筛选方法详见“常见问题解答”上臂的2k电阻(负输入)与下臂2k电阻(负输入),应严格相同,匹配到0.1%上臂的10k电阻(负反馈)与下臂10k电阻(负反馈),应严格相同,匹配到到0.1%四个10k电阻应相差0.3%以内,精度超差会影响共模抑制,对高频大电流很重要四个2k电阻应相差0.3%以内,精度超差会影响共模抑制,对高频大电流很重要制作要点:关键电阻的精度要高一些。详见上述“电阻精度要求”电源变压器使用8V*2或9V*2,其中7905与7805无需加散热器。接变压器的排针与接下载线的排针最好区别开,如果不区分,万一把9V电源插到下载线排针,单片机或电路有可能烧毁,当然通常是不会烧的。接线完成后,检查的关键是:每个IC电源和地线有没有接错。若电源没接错,IC通常不会烧。飞线多,不小心就会错,所以9V变压器使用小容量的,万一接错或碰电,由于变压器功率不足,反而会保护电路。单片机的电压不可过高,如果高于5.5V,有危险。比如,不小心加入12V电压,单片机必烧。所以各个IC的供电是关键。如果夹具采用两线法,测试线和线夹总长度应小于10cm,线径采用0.75平方毫米。TL082负载能力测试:在信号输出运放的输出端,对地接51欧电阻,三个频率档位下输出的波形不得有失真,直接用示波器观察即可。测试完成后,拆除51欧电阻。没有示波器,此项工作可省略。制作时,应注意TL082信号输出的幅值是否在设计规定的范围内。用频响较好的万用表测量即可。首次下载程序,用“Menu+Rng键”进入校准模式。然后按下五次“C键”以便载入默认参数。最后按下“L键”保存。DDS滤波后的输出应是200mV,100Hz;180mV,1kHz;190mV,7.8kHz,比上面的值小一些不要紧,如果大了10%就不好,因为,可能造成校准时无法得到平衡电桥。调整7.8kHz的幅度,是通过调整运放反馈回路的3.3n电容实现的。通常无须调整。100Hz与1kHz,无需调整,幅值肯定是200mV和180mV左右。四、设计思路设计此表,前后花费了两个多月的业余时间,更改了多个版本,总体比较满意。本表始终坚持采用单片机自带的10bit AD转换器,以便大幅度简化电路结构。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STC单片机AD的不足。ICL7135的最终精度与芯片质量及积分电路有关,因此要使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,代价是损失一些精度。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,本电路显得非常简单,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2n分之一倍,相噪小。由于7.8kHz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,就已经无法发现谐波失真)。由于来自单片机谐波干扰,有可能造成相敏检波质量下降,电路中的带通滤波器,正好对高次谐波有较强的抑制能力。对于7.8kHz,如果没有这个滤波器,测量小信号时,噪声非常大,很容易造成末级过载。这组7.8kHz的滤波器阻抗不能太高,否则很容易耦合其它信号其它,而影响精度。如果使用16k+1nF,阻抗过高,对于7.8kHz频率时,耦合到的杂散信号足以使精度下降0.3%控制相敏检波器开关的方波信号,本身也是一种干扰信号,但对于这个低频电桥,它的影响可以忽略。从最终的正交分离能力测试来看,相敏检波器的性能优良,虽然只用了一个电子开关。设计要点:本LCR表的各级放大器,大多工作在大信号状态,所以要精心设计好放大器,否则容易造成运放过载。之所以选择大信号,主要还是为了提高抗干扰能力,使得LCR表更容易调试。可以在无屏蔽盒的情况下正常调试。矿机元件一般都很大个,比如大环天线,直径常常到到1米,用线数十米,天线上的信号也很强。为了更可靠测量,还在电路中加入了带通滤波器。交流放大器由多级放大器构成,设计时,不论增益开关处于那个状态,应保证第n级运输出信号大于等于第n-1级放大器的输出信号。道理是:当不满足上述条件时,前级可能过载失真,而程序全然不知。在音响系统中,前级调音台过载,可以被电平指示灯显示,也可以被耳朵听出来,这时,我们就可以调大后级功放音量,调小前级调音台的增益,这样就不会失真了。但是,单片机程序没有金耳朵,所以中间级电路本身不得过载,以免造成单片机误判。各运放的最大输出能力相同,所以最好的办法就是后级输出幅度大于等于前级输出,那么过载现象必然引起后级输出过大,进而毫伏表超量程,程序立刻知道电路过载了。1、表头满度值表头满度是5.0V,由于OP07运态范围限制及纹波等因素影响,表头满度设计为4.65V,对应960字。2、相敏检波器增益检波波器理论灵敏度为2/3.1416*(2*51)/(20+4*51)=0.29倍3、末级直流放大量设计末级直流放大量过多,不利于提高信噪比,放大量太少,会造成前级过载。第三级(U2D运放)信号为A,它的最大不失真的幅度为A0,约为3.5V,取保守值为3.0V,表头满度设计为Vo=4.6V,OP07和相敏检波器的直流总增益是K当正弦信号达到最大不失幅度A0时,须使表头必须满度,以方便判断是否过载,并充分利用表头分辨率。所以K的合理设计值是A0*KVo,算得KVo/A0=4.6/3=1.5。类似的,在音频功放中,要使功放得到充分的功率输出,功放的增益K要足够大,使得前级满幅时,功放可以超过最大输出Vo。实际上,“K=Vo/A0”中的Vo指正弦峰值上限。在正交检波输出后,是Vx和Vy两个量,并不直接输了峰值的Vo,要取模计算才得到Vo。即输入信号的模值达到Vo时被认定为表头满度。为了进一步利用表头分辨力,可以采用Vx或Vy判定表头溢出。但最糟的一种情况是,当被测向量是45度时,最大模值变为1.414V0,所须前级信号也增加了1.414倍才能满度。为了防止前级运放过载(U2D运放超过A0),K值也必须增加1.414倍,因此采用正交量判别表头溢出时,K值须大于1.414*1.5=2.2倍。因此,对于0度或90度信号,AV0/K,表头溢出;45度信号,A1.414*V0/K,表头益出。本电路OP07直流增益是11倍,K=11*0.29=3.2。许可0度或90度信号的A最大值为A=V0/K=4.6/3.2=1.44V。其中,K设计为3.2,比理论下降要求2.2大了40%,这样就留下了足够的余量,前级运放的动态能力余量更大,调试更容易。4、第三级(U2D运放)放大量设计本级加了带通滤波器,衰减系数是1/3,7.8k档衰减系数是1/2.6。计算时按1/3计,7.8k档结合信号源另外调整。7.8k档设计为1/2.6衰减系数,是为与信号源幅值配合。为了使得本级放大倍数大于1,所以运放至少要补偿带通滤波器的衰减。本级是可控增益的,最小放大倍数设计为1/3*(13/3) = 1.44倍通过开关切换,两档增益是3倍关系。5、第二级(U2C运放)放大量设计本级也是可控增益,最小放大为1倍(无电压放大功能)通过开关切换,两档增益是9倍关系。6、第一级(U2A和U2B运放)设计直接采用俄版电路设计。电路增益是5倍。7、DDS输出信号许可最大值上面已算得,相敏检波许可最大电压输入值是1.44V前两级最小增益是1.44*5=7.2倍因此信号源程序最大幅度限制为1.44V/7.2=200mV由于信号源与坐标轴之间不一定正好是0或90度,所以200mV通常不会溢出。100Hz移相小,容易溢出。为此,第三级输出电容采用0.22uF,对100Hz有小量衰减,所以100Hz的DDS输出采用200mV不会溢出。最后信号源输出设计为:100Hz,有效值140mV,峰峰值200mV1kHz,有效值130mV,峰峰值180mV7.813kHz,有交值134mV,峰峰值190mV调试电路时,测定一下信号源运放输出端的信号强度,须比小于等于以上电压设计值。如果比以上值高了10%,本LCR表不能可靠工作。8、V/I变换器与差动输入的关系当频率高时,V/I变换器运放的内部增益下降,运放负输入端对地电压不是零,当电流较大时,“虚地”电压也可高达数毫伏。此时,如果不采用差动法检测量桥臂上的电压,误差会很大。为了对付这个问题,差动三运放须有较强的共模抑制能力,两臂上的2k与10k电阻要尽量严格对称。对于上臂电压,为了消除导线电抗影响,也是需要差动放大的。有些精简版的LCR电桥,不采用差动三运放,而改用一个运放,这种情况下,电桥精度略有下降,而且只能用于较低频率的大Zx小电流(如1kHz以)条件下测定Zx9、AD问题单片机自带的AD只有10bit,用10倍步进,会影响精度。为了改善这个问题,放大器可控增益的调节以3倍左右的倍率关系步进。其次,借助AD的高速能力及信号噪声,进行60倍过采样,AD的分辨力提高2bit以上。STC自带的AD,不能测量小于3字的信号。所以,电路中给输出直流信号加了偏置电压。这个偏置电压是利用OP07输出端的2k电阻与20欧电阻分压实现的。10、V/I变换器与信号源的关系。V/I变换器也存在过载问题,也要消除它,虽然人工切换量程时可以判断它是否过载,但对于没有经验的使用者来说,并不容易,因为,用眼睛看失真,不如耳朵听失真来得容易。V/I变换器过载的原因有二,首先,那个运放的反馈回路接了500欧左右内阻的电子开关,它相当于输出衰减器;其次,TL082内部串接了200至300欧电阻,也是一个限流衰减。这样一来,100欧档为了得到0.472V,TL082内部电压将是0.472*(500+300+100)/100 = 4.25V,此时,内部过载。为了解决过载问题,采用以下方法:考虑到信号源TL082也有过载问题,所以上臂限流电路与下臂电阻电路设计成对称的电路,那么只要信号源不过载,V/I变换器也不过载。此外,V/I变换器的20欧档,采用了机械输助开关,那么相同电流下,更不容易过载的。11、信号源前述,V/I与限流器采用对称结构时,Zx短路,V/I变换器输出端的电压与信号源输出端是一样的。信号源不过载,V/转换器也不过载。信号源采用DDS,频率精度高。可以输出任意频率。本表采用100Hz、1kHz、7.813Hz不使用10kHz的原因是:DDS的钟频采用62.5k,输出频率10kHz时,频率已经比较接过钟频了,相位噪声大。为了消除相噪,采用钟频的2n分之一的频率,这里使用1/8钟频。信号输出加出了简单的RC滤波器,对于1kHz以下的频率输出,此滤波器相当于6阶滤波器,可以得到良好波形。对于7.813kHz,到了第5阶输出,在示波器中观察已基本看不到失真,到了第6级输出,已经是无法直接观察到失真。由于不是理想的高阶滤波器,Q值低,所以对7.813kHz的衰减很严重,为了保持100Hz、1kHz、7.813kHz三档输出幅度相对一致,利用单片机控制电子开关对1kHz和100Hz降幅。五、菜单使用要点:键名与菜单:1键X,2键R,3键L,4键C,5键Q,6键F,7键Rng,8键Menu使用8键加1键切换到菜单1,使用8键加2键切换到菜单2菜单1(Menu+X键):这是开机启动默认菜单LED版1
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025至2030中国生物质固体成型燃料行业深度研究及发展前景投资评估分析
- 2025至2030中国现金和硬币存放袋行业市场深度研究及发展前景投资可行性分析报告
- 2025至2030中国特氟龙板材行业市场竞争格局及有效策略与实施路径评估报告
- 探索教育机器人在远程教育中的应用
- 教育科技产业的政策环境分析
- 家庭教育资源的全球化及教育政策的推动作用
- 医疗健康教育与教师的责任担当研究
- 探索虚拟现实VR在体育训练中的运用
- 医疗教育改革中的教育投入分析
- 教学软件的安全性与数据保护问题探讨
- (高清版)DB31∕T 1427-2023 首席质量官评价规范
- 一级医院医保管理制度
- 2025年呼伦贝尔农垦集团有限公司招聘笔试参考题库含答案解析
- 2025年重庆市中考数学试卷真题(含标准答案)
- 2025年内蒙古煤炭地质勘查(集团)一零九有限公司招聘笔试参考题库含答案解析
- T/CBMCA 039-2023陶瓷大板岩板装修镶贴应用规范
- 涂装厂协议书范本
- 服装立体裁剪试题及答案
- 板式家具生产工艺流程
- 《神经母细胞瘤》课件
- 植保知识无人机课件图片
评论
0/150
提交评论