适合DIY的ESR表

适合DIY的ESR表
一、概述量程概述：
总共只有一个量程。

1、r测量范围：0.01至18欧
2、c测量范围：0.15u至1000uf
3、r精度：1%+20毫欧，测了十几个电容或电阻，esr通通是误差1%+0.01欧以内。

4、c精度：72khz和3khz同时测量，得到两个电容值。

小电容误差也是1%左右误差。

随着容量增加，误差变大。

相对误差则表示为3khz时容量误差可以则表示为0.05+c/300，72k就是电解
0.05+c/15，式中c的单位就是uf，如果就是低q电容则误差大很多
容量大了误差变大。

6khz电容测量范围3uf至300uf，72kh测量范围0.15uf至20uf。

创意设计：
1、使用单片机端口轻易展开同步检波
2、采用单片机生成方波和精密的同步信号
3、使用相似lcr数字电桥的方法检波。

90安远相后同步检波，获得电容量。

不过，
由于使用二线法，容量达至10uf以上，受到导线电感影响很大，容量测量精度上升，这
个问题得降频率化解，即为使用双频法测大电解c与esr。

4、采用恒阻激励。

为解决恒阻激励的非线性问题，把rc对方波响应展开为级数，取
级数前现两项计算rs与cs，大大提高了2uf以下高q的cbb电容的测量精度
5、采用过取样技术，ad转换器同10bit下降至12比特左右，因此，只需一个量程就同时实现了0.01至20欧的测量，并且上限有余量。

6、带有自动稳零功能，确保零点长时间稳定。

运放存在直流零点漂移，单片机端口
也有直流漂移。

特别是单片机，要驱动升压电路，工作电流大，稳定性受到一些影响，冷
态与热态存在2mv级别的漂移。

最终反应为开机后，零点会有小量漂移，这对100毫欧以
下的esr的测量很不利。

所以，新版程序加入稳零算法。

用36khz频率对72khz信号同步
检波，滤除信号源的影响，而保证单片机状不变，精准测出零点漂移情况，并在软件中修
正实现稳零。

7、加入温漂被偿电路，检测端结构接近于桥式电路，温漂很小。

缺点：
1、没消解导线电感及被测件内部残存电感对方波的微分积极响应的影响。

2、还没有设计前端保护电路及电池稳压电路，还不是完整的手持表。

建议前端用两
个1n4007限幅一下。

使用方法
屏上第一行表明esr，行首显示字符“r”。

屏上第二行显示被测元件的副参数，行首显示字符有6种，分别是c、d、x、y、z、vp、j0。

用k键转换菜单，可以在“esr”、“vp校准”、“j0校准”这三个菜单之间转换。

开机进入“esr”菜单，用k键切换副参数，可在c、d、x、y、z这5个参数间切换。

c参数是电容的容量，共两个，第1个是72khz方波测得，第2个是3khz方波测得
d参数就是零点直流，存有两个参数，第1个就是清零时刻的零点值，第2个就是当
前时刻零点相对于清零时刻的飘移量。

调试esr表中采用。

x参数是72khz下x轴测值，有两个参数，第1个是清零时刻测值，第2个是当前时
刻测量相对值（即扣除清零值和直流漂移）。

调试esr表使用。

y参数就是72khz之下y轴测值，存有两个参数，第1个就是清零时刻值要，第2个
就是当前时刻测量相对值（即为计入清零值和直流飘移）。

调试esr表中采用。

z参数是3khz下y轴测值，有两个参数，第1个是清零时刻测值，第2个是当前时刻测量相对值（即扣除清零值和直流漂移）。

调试esr表使用。

测量前要展开短路清零。

用3厘米短的粗铜线短路，然后按下c键。

清零数据可以留
存至单片机内部的eeprom中。

有可能存有零点飘移，建议每次采用复查短路情况，如果
显著不失效则应当清零处置。

二、校准
要校两个参数，vp和j0。

vp参数是幅度校准项，正确值应是0左右，单位是0.1%，信号幅度误差、限流电阻
误差等，可以使用该参数综合校准。

j0参数就是增益校准项，恰当值应就是13左右，单位就是0.001弧度。

校准前，如果j0是40以上的值或-30以下的值，请先把j0置0，然后进行以下校准。

1、用3cm粗铜线进行短路清零，这是第一步，是前提。

2、幅值校准：互连一个15至20欧色环电阻。

按menu键，转换至vp校准菜单，用“c”和“k”多寡vp值，使r的表明值与被测电阻尽量吻合。

3、相位校准：接入已知esr的0.47uf/630vcbb电容（esr一般在20至30毫欧）。

按m键，切换到j0校准菜单，用“c”和“k”增减j0值，使得r的显示值与电容esr尽
量接近。

4、握住m键3秒钟，然后抬起，将自动留存参数，屏上存有提示信息。

5、再按m键，回到至esr测量状态
三、检波原理
1、关于方波的rc分数后的同步检波排序
p点电压为:前半周u(t)?a?be?trc，后半周则为u(t)??(a?be?trc)
电容上的电压，前后半周就是严苛等距，符号恰好相反绝对值相同。

所以，任一起点半周期内，起点与终点电压就是等距的。

即u(0)=u(t)，式中t为半周期时间，得：
a?be0?rc??(a?bet?rc)?b??2a1?e?trc?u(t)?a(1?2e?trc?trc)
1?e?trc同步检波实为对u(t)半周期积分得平均电压v，得
at2e2rc2rc1?e(1?)dt?a(1?)?a(1?)ttt?0tttt1?erc1?erc1?erc输入电压中所含双曲函数，进行为级数形式：
vx0??tu(t)dt?t?rcet0?trcvxt11?e?2x1ex?e?x记x?，得?11??x
2rcax1?e?2xxe?e?x进行后获得:
vx112177?1??(x?x3?x5?x??)ax315315
12174?x2?x4?x??3153152、90度移相后的同步检波输入
vy?vyavy?t20u(t)dt??tu(t)dt2tt2rc?te?trct?tt/2rc?et/20?1?e?trc
12(1?x)axe?e?x153?x?x??224?
3、方波测量esr的计算方程
esr的耦合压降为vr，限流电阻压降为vr，电容压降vx，零度相敏检波测得电压为v=vx+vr，90度相敏检波获得电容压降vy
那么，由基尔霍夫定电压定律得知vx?vr?vr?a再用电流定律代入得
a?vv?vx?，式中r为电容的esr，r就是限流电阻rr得r?v?vxaa2vy2r，其中
vx?x2?()，这就是软件中使用的esr计算公式a?v33a严苛的说道，由于r的存有，所以vy也就是无法轻易测出的，但r相对于限流电阻不大，所以
vy依然可以用测值表示。

4、方波测量电容c的计算方程由90度检波公式得
vy?axtaa?a?，即c?24rc8frc8frvy四、电感响应方波得到的微分电压对测量的影响
本电路就是无法测量电感的。

甚至连表笔电感也可以影响测量。

10cm短的表笔，大约影响10毫欧。

用短路法最容易理解，当我们短路之后，用示波器测量接线柱上的波形，会看到极短
的正负脉冲信号，这正是表笔电感对方波信号微分的结果。

微分电压为vl?aer?tl
lr?t0llael?a
trtrtvdt??相敏检波时，只在半周期内积分，得到平均电压
t大电阻r对方波积极响应的，分数的结果就是
ardtrrarartrrr对比以上两个表达式，不难发现测r时，表笔电感的存在会造
成多测量了l/t的结果。

表
笔电感约为0.2uh，t=1/(72000*2)秒，所以l/t=29毫欧
表笔形状改变电感量l也会变化，所以影响了开路清零。

即开路清零时与正式测量时，表笔电感是不同的，造成低阻误差0.00x毫欧
此外，方波所含谐波分量，频率很高，表笔电阻变小小，所以表笔形状变化也可能将
引发表笔电阻变化。

综合起来看，10cm长度的表笔，形变后，可能对测量引起了15毫欧的影响。

五、问
题解答
1、限流电阻真值就是多少，与否须要准确标定？
限流电阻=100欧+三极管内阻约3欧+单片机内阻150欧/三极管放大倍数约1欧+电容esr约0.5欧=100+3+1+0.5=104.5欧不需要精确标定，因为r?v?vxr，r误差可以通过调
整a得到补偿，当v相对于a很a?v小时这种补偿方法对线性度影响很小。

2、软件中如
何处理工频干扰消除
高力阻测量中，工频阻碍可以忽略。

但电路板上轻微受到影响。

ad取样时，展开500
次取样，耗时约20毫秒，刚好可以抵销工频阻碍。

3、为什么无法测绕线电阻
绕线电阻的残余电感太大，微分效应过大，严重影响esr测量。

4、表笔电感的影如
何消除
很难全然消解。

建议短路清零时，用一段3cm的粗铜线清零，这样，清零与测量时，
表笔形状相似。

5、热电势对测量是否有影响有影响，但不明显。

6、如何选择元件。

电阻用金属膜电阻即可。

小电容，采用独石、cbb、涤纶均可。

4.7mh电感，内阻取20至50欧即可。

测试信号输入端的100uf电容，采用esr大于0.5欧且漏电大的电解电容。

粗铜脚电
解的esr大。

漏电必须大一些。

表笔短路，在最后一个菜单上检查ad读数，用c键展开
增益转换使xw=0，读数大于1300字表明电路的零点偏置电压正常(我的集是850左右)。

如果偏置过小，有可能就是这个100uf电解漏电导致的，也有可能就是地线相连接不规范。

小电流地线，应当采用粗线相连接至电源端子，恳请按原理图相连接。

lcd1602可以使用5v的。

具体接线方案，不同的液晶片子可能有所不同，但不要在负
2v电压上吸取过大电流。

负压是单片机产生的，负载能力很差，空载是-2.7v，仅接上
op07负载后就降到-2v。

单片机使用3v的stc12le5a60s27、夹具如何制作尽量长一些即可。

如果是长线，建议把两条线固定在一起，在末端开叉，以减小测量过程中夹具导线的
电感量变化，防止精度下降过多。

8、运放有何要求?
单片机零点端口直流就是5mv左右，op07压缩52倍后，变成260mv。

如果运放零点失调很大，放大52倍之后有可能超出ad的量限。

比如，运放失调-
10mv，加上端口本身的直流电压，得到-5mv偏置，放大后变为-260mv，而stc内部ad是
无法转换负电压的。

仪表无法工作。

9、4.7mh电感的作用是什么？。