L:電感(為了紀念物理學家 Heinrich Lenz) ,C: 電容(Capacitor),R: 電阻(Resistance),LCR 數字電橋就是能夠測量電感,電容,電阻,阻抗的儀器,這是一個傳統習慣的說法。最早的阻抗測量用的是真正的電橋方法,如下圖:
這個是最早的測量方法
以上就早已淘汰。
LCR數字電橋的基本原理框圖如圖:
這個也是常見的
上圖中:首先由信號源發生一個一定頻率和幅度的正弦交流信號,這個信號加到被測件 DUT上產生電流流到虛地“OV”,由于運放輸入電流為零,所以流過 DUT 的電流完全流過 Rr,最后根據歐姆定律 DUT 的阻抗: Z=-V1*Rr/V2。因為運算放大器虛地功能的引入,使這種測量方法的精度和抗干擾能力產生了質的飛躍。
一言以蔽之,就是通過測量待測元件兩端的電流與電壓(同時記錄相位信息),根據矢量形式的歐姆定律就可以計算得到各種所需參數。 絕大部分LCR數字電橋均有四個被測端,其名字不同廠家的儀器有所區別,國內廠家的儀器一般稱之為HD、LD、HS、LS。這四個端口的含義為: HD: 輸出激勵源正極 LD:輸出激勵源負極 HS: 檢測信號輸入正極 LS: 檢測信號輸入負極 大部分測量單個元件的時候,將HS與HS短接后接到元件正極上;LD與LS短接后接到元件負極上。如圖所示:
圖中IH即上文HD,IL即LD,PH即HS,PL即LS。 不過在某些情況下,需要使用其他的連接方式,比如是德科技在其文檔“高效變壓器/低頻線圈測試”中就介紹了使用LCR數字電橋測量變壓器互感的方法,如圖所示:
此圖是基于其4263B LCR表的,不過對于其他型號的LCR數字電橋應該也可以使用。 除此之外,還有所謂的三端連接法,如圖所示:
簡要介紹一下串聯模型與并聯模型,如圖所示:
圖中等效模型是以電容為例,不過對于電感同樣存在串聯模型與并聯模型。 上面的原理就是簡單的寫寫,我還沒有搞明白。至于用LCR的時候會考慮P,S哪個測量檔,我就放兩個圖就知道。
不同器件需要不同測試頻率的信號進行測量,如電解電容器通常需用 100H、120Hz 進行測量,而薄膜電容器需用 1KHz 或 10kHz 等進行測量,均是根據實際需要而定。一般遵循的原則是,選擇的測試頻率與電容電感的值成反比:
1、大電容和大電感用低的測試頻率,一般來說大電容和大電感(如電解電容幾百 uF 和 mH 級別的)放在100Hz 來測量。
2、小電容和小電感用高的測試頻率,小電容小電感(比如 pF 級別和幾 nH 等)放在 10kHz 以及更高頻率。
若已知一個電容、電感或者電阻大概的值,如何選擇測試條件 ?
1、電阻低于 1K選擇串聯 120HZ(10H)通常稱為直流電阻測量,選擇低頻減小交流影響,選串聯模式減小被測件等效串聯電感的影響 ;
2、電阻大于等于 1K2,選擇并聯 120HZ(100Hz),選擇低頻減少交流影響,選擇“并聯”,是因為測量過程中出現電抗部份,等效為被測件并聯一個電容呈現的高電抗,用并聯模式減小這種影響,如果 Q<0.1,已存在小電容影響3、電容小于 2nF 選擇 選擇串聯 1KHz,選用高的測試信號可提高測試精度,樣能測量大于 1000uF 以上電容
電解電容選擇 100Hz ;
4、電感小于 2mH,用串聯 1KHz,選擇高測試頻率可提高測試精度
5、電感大于 200H,并聯,120Hz,選擇低測試頻率可提高測試精度
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原文標題:數字電橋LCR原理
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