简易RLC测试仪

简易RLC 测试仪

【摘要】：本文介绍了一种通用的电阻、电感和电容的测量电路，基于伏安法测阻抗原理，采用自由轴法确定相位参考基准。

【关键字】：

1.测量原理：

简易RLC 测试仪是一种用来测量元件阻抗的仪器，阻抗的测量一般包括R 、L 、C 以及电感Q 值和电容耗散参数D 等参数。本系统采用电压电流法电路，利用自由轴法来测量，其原理如下：

图1.1（电压电流法电路）

Y

X Z B 两端的电压U R 的关系如图2 1 2、U 3、U 4，便可以代入公式求阻抗Z X ，导纳Y X 。

341250i X B B R U U jU Z Z Z R j L U U jU ω+=⨯==+++ （1）

120034111150R X i B B U U jU Y Y jX U Z U jU Z Y j C ω+=+=⨯==+++ （2） 由此得到

1324221250B U U U U R Z U U +=-+ （3）

14232212B U U U U Z L U U ω-=+ （4）

1324022341B U U U U Y U U Z +=

+ （5） 2314022341B U U U U X U U Z -=+ （6） 22000220050()(150)(50)Y X Y Y Y X -+=-+ （7）

02200((150)(50))X C Y X ω=-+ (8) 14231324U U U U L

Q R U U U U ω-==+ （9） 22000050()Y X Y Y D C X ω-+== （10） 从计算出的电抗的正负可以判断元件是容性还是感性。

2.方案设计论证：

2.1系统的基本方案比较:

2.1. 1方案一：

用谐振法来测量，这个方案要求的激励信号的频率较高，适合高频元件的测量，一般用来测量电感和电容，以及Q值和D，不适合测量电阻。而且测量的精度不是很高。

用电桥法来测量，这个方案是以电桥平衡原理为基础，有直流电桥和交流电桥，测量精度比较高，不过要反复调节电桥平衡，测量时间比较长，不易进行快速的自动测量。

2.1.3方案三：

采用电压电流法测量，这个方案利用图1的自动平衡电桥，利用MCU来处理被测阻抗和标准阻抗两端的电压，可采用自由轴或固定轴法，来精确快速地测量。固定轴法对硬件的要求较高，一般不容易实现。自由轴法则较容易实现。

综合考虑后，我们决定采用方案三，电压电流测量的自由轴法来。

2.2系统方案可行性设计

2.2.1 激励信号发生模块：

本系统所需要的激励信号是个正弦信号，而且需要另一路和激励信号正交或同相的信号，输入到相敏检波部分进行相敏检波。一种方案是采用一个振荡源，进行分频，利用D触发器产生正交以及同相的信号。这个方案的产生的激励信号是方波，需要滤波才能得到正弦信号，频谱不能做到很纯。另外振荡源也需要很稳定，不易实现。我们采用的方案是采用DDS产生激励信号，DDS产生的信号频率是十分稳定的，频谱很干净，而且很容易产生两路正交或同步的信号，输出的幅度很稳定。

2.2.2 电压电流测量模：

（1）输入级电路，为测量电路中的被测阻抗以及标准电阻两端的电压，而不影响被测电阻以及标准电阻，必需采用高阻抗的输入级。为了抑制共模电压，需采用差分放大缓冲。因此采用高输入阻抗的差分放大电路采用电路。

（2）量程选择电路，为了尽量减少换档时器件对标准电阻带来的影响，我们采用继电器进行换档，用ULN2803对继电器进行驱动，这样可以通过单片机控制ULN2803进行自动控制换档。

（4）过载检测电路，电路在测量时会遇到大的标准电阻去测小阻抗，这样就会使标准电阻两端的电压放大截止失真，反馈后导致输入信号也失真，就会导致测量错误。过载检测电路能检测这种情况，使单片机自动切换量程到一个正确的量程测量。

2.2.3 单片机处理模块：

单片机是此系统的核心，要控制整个系统的工作，我们选用C8051F120单片机。

（1）AD采集电路，我们采用单片机内部的AD对检波后的电压进行采集，由于可能出现负电压，这超出了单片机AD的采集范围，因此在前端做了一个电压的跌加电路。确保电平在AD的采集范围内。

（2）

2.3 系统框图:

3.

3.1:单片机模块

3.2:DDS信号源模块：

3.3电压电流测量模块:

(1).高输入阻抗的差放缓冲模块

(2)．过载检测模块

当输入信号伏值大于比较端电压，比较器输出接近负电压，使D1导通，迟滞反向器的输入为负，反向输出为高，使检测端输出为高。当输入信号伏值小于比较端时，比较器输出为正电压，D1不导通，迟滞反向器输入为高，输出为0电平，使检测端输出低。

(3)．测试头模块

Hc：高端电流，激励信号源输出通过该端口加到被测件Zx上。

Hp：高端电压，信号送入差分放大电路的一端，用于被测件的矢量电压。

Lc：低端电流，信号通过元件后流入电路（运放的反向端）。

Lp：低端电压，信号送入差分放大电路的另一端。

4.测试报告及分析：