stm32版100kHz电桥

xjw01

本表精度可以达到0.5%，细调的话，可以达到0.3%级别
没空写的原理，如果想知道原理，可以参考前年我发布的STC版的电桥
如果想了解100kHz（或更高频率，如300kHz）实现原理，可以参考我以前写的ESR表相关文章：
http://www.crystalradio.cn/forum ... read&tid=263591
ESR表中相关计算是在时域中计算方波响应。LCR表是正弦线性系统，直接在复数计算即可，分析计算比ESR表容易很多。如果看明白了ESR表鉴相原理，LCR的鉴相就是小儿科了。

顺便说一下，100kHz频率下，V/I变换器虚地电压不为零，夹具屏蔽层分流做用明显，须软件校正。

维超

将许老师的调校手册整理了下，方便坛友们DIY 100kHz电桥调校手册.pdf (152.46 KB, 下载次数: 5138)

2013-4-22 23:46 上传

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xjw01

100kHz电桥调校手册
检查stm32是否有纸纤维：
擦洗板时残留的。如果有，重新使用天那水清除。
检查NE5532：
测量第二个ne5532的输出是否归零（第7脚，或51k电阻上的那个引却）。在-0.01V到+0.03V以内是正常的。小于-0.03V本表可能无法正常工作，须更换ne5532，并重新进行开路短路清零并校准。
进入debug菜单（建议调到s0态）才能用万用表准确测得ne5532的输出。
正常时，开机v0及va应大于1000。批量装机前，直放接入接入低零漂的tl082，插后插入ne5532进行筛选，选用v0大于1200的，这样ne5532就是正常的。
检查开机V0
开机的V0在1700左右即可。在1200至2500范围是安全值。批量装机前，要对最后直放的TL082进行筛选。筛选前，应插入零点输出大于且接近于零的ne5532(在debug的s0态，再用用万用表检查)，如正的几毫伏。
如何调节对比度?
按住第一个键不放开机。注意，此时屏幕可能是无显示的。
按第2键粗调对比度，直到屏上有显示。
按第3、4键细调对比度。
按第5键，进行镜相切换。
主量程范围是多少?
当频率小等于10kHz，Z介于20欧到200k为主量程。
当频率等于100kHz，Z介于20欧到20k为主量程。
扩展量程是多少？
主量程之外扩展几十倍。可测0.x pF电容，也可测几千H电感。
本表精度是多少？
精度是0.3%，认真调效，有望达到0.2%的指标。电阻测量，有可能达到0.15%或更好的指标。当然，这是指主量程精度。样机上1kHz测得电阻精度约为0.05%以内，批量机没达到这个水平。
随便拿几个精密电阻比对测量，达到0.02%是正常的，但大批量验证不一定达到这个水平。建议用0.15%做为电阻的标称误差。
100kHz档，精度下降一到两级。按0.5%级左右估计吧，适应阻抗为30欧到30k。当屏上出现G>9，则100kHz频率下精度还要下降一到两级。
本表低阻分辨力是多少？
约0.2毫欧，但可能出现偶现最大“噪声”达1毫欧。实际制作工艺，对小信号噪声是有影响的。建议按1.5毫欧做为标称分辨力。BNC接触不良，引起10至20毫欧不稳定也是正常的，所以要求使用质量好的镀金器件。
屏上“G>9”是什么含义？
当屏上出现“G>9”说明已进入扩展量程，精度下降，基本误差按1%估计，当阻抗小于1欧，精度还要下降。如果是100kHz档，精度还要降一级到两级。
如何清零？
短路清零，指表笔短路后，等读数稳定，再按C键。
开路清零，指表笔开路后，等读数稳定，再按C键。
本表每次开机后，零点会有所差异。如果要求准确，则每次开机都要做一次开路清零或短路清零。当然，开路清零对高阻测量有帮助，短路清零对低阻测量有帮助。
为什么100kHz档，460nF测值变为470nF，与精密电桥测值不同，感觉误差有点严重？
100kHz频率下，测460nF已属于低阻测量，要注意短路清零。此问题可能是你没有做短路清零引起的。
表笔线分布电容的要求：
  表笔可以考虑使用50cm的线。单芯在35pF左右即可。每支表笔是两芯，约65到70pF。
更换表笔，因表线电容不同，需要重新校准R2X、R3X、R4X、R3b。特别是R3b及R3X
当表笔线每增加1pF，R3b所需校准量就要增加一两字。120pF以上表笔，有可能超出R3b的校准范围。
100kHz是桥，建议使用高频线夹具，表线的Q值在80以上。音频线，Q值在20左右，不太好。低Q线，理论在会影响到R3X的校准量，由于低Q所需校准量就大，对长稳不利，当然，Q只有20左右，也可以将就使用。我买过30元的一套成品夹具，线的Q值太低，不适合高频桥。因此，我使用DIY 的高Q夹具。
如何开机？
开机时，表笔需开路。
如果开、短路清零异常，本表无法正常工作，也无法校准。
如何校准？
1、首次下载，调对比度等。按住第1键，然后开机。
2、输入验证码：
验证码申明版权，请勿破解。Stm32下载时，有加密选项。不过，我不一定都做加密操作。如果我未加密，大家就就可以用下载器读出程序。但请注意，读出程序后，请留者自己使用，请务发布。
3、AD非线性改正：
热机数分钟，接上AD跳线（T1与T2连接），重启。按C键开始桥正。可以反复几次AD改正，直到最后校正点为0±2。校准前，没有充分预热，容易造成误差，即最后校正点严重偏差。
AD非线性校正之前需预热3分钟，每次按下C改正后，结束校准点的校准值在5字以内，则正常。反复改正几次，使末字为0或+-1。如果每C改正，末字校准值非常不规律，可达15字以上不确定，有可能是没有预热或者tl082有问题或者stm32有纸吸潮。
4、查看V0是否在1000到2500左右（推存1200到2300）,否则调51k*（有的PCB标为33k*）或更换tl082或ne5532
注：1、2、3、4项，是首次装机时调校。以后不必。
5、开、短路清零
6、开始校准：
①、首次下载程序会自动恢复到默认值。有时，我们需要进入校准菜单强制恢复默认值。
②、开路清零，短路清零
③、按M键进入校准（M键实现LCR测量、校准、debug三态切换）
校准之后，长按M键6秒钟则保存。如果长按C键6秒，则恢复为默认值。
④、校准项
参数        夹上元件        调整方法        备注
R1        Rx=100Ω，1/4瓦色环电阻        调到R=Rx       
R1X        Rx=100Ω，1/4瓦色环电阻        调到X=0.05Ω        建议使用默认值8
        或者Cx=16nF云母        调到Q=-Qx       
R2        Rx=1kΩ，1/4瓦色环电阻        调到R=Rx       
R2X        Cx=1.6nF，云母电容        调到Q=-1500至-3000        建议使用默认值7
R3        Rx=10kΩ，1/4瓦色环电阻        调到R=Rx       
R3b        Rx=10kΩ，1/4瓦色环电阻        调到R=Rx        建议调节值比接入值小0.05%至0.1%
R3X        Cx=8*20pF， NPO电容        调到Q=-2000左右       
R4        Rx=10kΩ，1/4瓦色环电阻        调到R=Rx       
R4X        Cx=8*20pF，NPO电容        调到Q=-2000左右       
G1、G1b、G2默认值为-3，-2，1，这三个校准项建议使用默认值。如果希望3倍档（比如测量2.9k至8k范围）误差小到只有1字，可以适到调整G1实现统调。G1通常置0即可。
G2和G2b采用9k电阻调节。
G2X采用180pF是容，调到Q=-2000，注意，Q取负值。

变压器如何选用？
变压器使用双9V的，两个9V端子直流内阻为20至27欧的。即每绕阻内阻为10至13欧的变压器。
如果内阻只有1欧，应在两个9V端子分别串联一个10欧左右的电阻。可以使用5个51欧1/4W电阻并联得到10欧电阻，以防电压过高。当电压过高，不但会引起7805过热，而且可能烧毁1117-3.3集成稳压管，stm32就危险了。1117的耐压只有18V，由于是否正品不得知，所以请降额使用，不要引入过高的电压。大功率双9V变压器输入直流电压可高达15V

wspytu

您好，许老师，求一下验证码，邮箱wspytu@163.com

坛友“一棵小草”分享的线路板成品，学习LCR电桥
开机图片如下：


刚接触LCR电桥，模拟部分还不理解;
输入验证码前两位进入测试后，100KHZ档测电阻数值一点不准确，原因有哪些？

lzyjack

http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5075357&highlight=stm32%2B%E4%B8%B2%E5%8F%A3%E4%B8%8B%E8%BD%BD
下载用的，不知道对大家有没有帮助！

cccy1782

ddzx 发表于 2023-7-15 15:16
许老师您好，请给个注册码

大佬，还有板子么

caiyusheng

顶徐老师，期待电桥早日成功。

xjw01

闻太师 发表于 2022-1-7 11:30
许老师，我看了一下您电桥的输入保护。Hcur和Hpot都是防止超过正负电源，而Lcur和Lpot却是防止超过地。虽然 ...

当时想提升一点抗电压冲击的性能。
完整的保户，要增加多个元件，后来只是简单加了几个二极管。我希望短时间过压，能够得到保护。
不过，电源部分还要改，否则效果不好，但是当时没有做这项工作。
电源应提供反向放电回路。

曾有一位坛友，忘了对电容放电，造成损坏。几乎更换了所有的集成电路，最终发现4052坏了(7.8k版)。我估计是那一瞬间，电源过压。
单片机瞬间高压一般不会坏。有一次，我接错电路，STC单片机输入16V电压，也没坏。运放也是这样的，不怕短时过压。
CD4052好像更容易受损。

stm32版本，采用STC版的一些设计。
当时纠结最久的是鉴相电路。鉴相电路需要额外的电路支持，而STM32的速度足够块，本想直接做DFT，但损失了一些ADC分辨率。
因为DFT与开关鉴相本质上是一样的，都是做乘法操作，一个是用方波做乘法，一个是用正弦波做乘法，前者可以消除3次谐波的影响。
做数字电桥时，3次谐波的影响不容易消阻，所以用DFT会更好一些。由于损失了一半分辨率，那么我觉得用还不如直接用STC版，因为我在STC版做了带通滤波，可以适当抑制3次及5次谐波。
STM32中，本想加入带波滤波，但当时的电路基板用满了，很难加电路，于是放弃带通滤波。
后来又发现，没有加偏置，开漏检波容易过载，本想改电路，不过，后来没时间，就不改了。
现在回想，带波滤波有不少好处，可以提升前端过载能力，使得低压供电的电桥的抗干抗能力能与台式电桥相当。
最后，我没有再继续做stm32，还有一个原因是，stm32不能保证ADC完全正常，存在“断码”问题。有的地方，可以边续断了8个码(DNL问题)
发现这个问题后，只好加入辅肋三角波，进行过采样，算法上搞得有点复杂。早知会断码，还不如直接做DFT，DFT实际上已经在做过采样操作了。
STC有的批次，也存在断码问题。
处理好断码问题，STC的ADC才是10bit的，stm32才是12bit，否则他们都一个样，可靠应用只有9bit。过采样处理后，可以增加几个比特。
总之，直接用STC或STM32的ADC不太可靠。做高精度的，不是很靠谱，有必要在算法上做一些补偿工作。

xjw01

fushandz 发表于 2014-3-31 21:06
自己拿个正常板通道测下就行了，我现板子不正常数跳，按许老师调说明5532 7脚要有-0.01到+0.03 但我这测出 ...

不要负偏太多就可以了。

如果NE5532输出不为零，即含有直流分量，可能存在的问题：
1、负偏：端口许可的负压是0.3V以内，记得当时设计时为了保险(如温度升高后，许可值会下降)，控制在0.25V以内。如果负偏0.05，那么端口的动态范围会减小20%，容易过载。小量过载，电桥还是可以工作的，但线性度会下降，严重这载，电桥自动档可能出问题。
2、正偏：如果两个检波口在一周期内的导通时间不完全相同，那么，那么直流偏移也会被输出。比如，一个导通45%，一个导通50%，零偏0.05V，那么输出会有0.05*5%/2=0.00125V，放大30倍后得0.04V，有可能影响后级工作。
不过，后来改进程序，两个检波口的导通周期是严格一样的，所以，正偏直流基本不会影响电桥工作。
第一stm32 100k电桥，因端口导能时间不严格相同，造成直流分量无法消除，测量500uF到2000uF电容跳动。后来补发了程序。

3、板上的尖峰干扰也会在端口留下直流电压(端口的非线性引起的检波)，尖峰电压是通过分布电容偶合过来的。
所以，布线时，检波口要对称，也要远离方波信号源。


综上，本表怕负偏。正偏不要紧，适度正偏是有好处的，起码可以增加动态范围。

linyou

显示屏弄个更大尺寸的，顶你！

Z-XINJING

你所说的固件应当是单片机程序，在本项目中大概60页开始找找看，下载一个和你的电路符合的程序灌入单片机。

人生感悟

支持许老师

g13108

100K，这个值得拥有。

浩祺心

迟到了，板凳都没有了，期待100k早日与大家见面。 许老师辛苦了。

胆胆收音机

期待100k早日与大家见面。 许老师辛苦了

bosch

期待100k早日与大家见面。最好能缩小 pcb 的面积做成手持式的就更棒了，就不用辛苦的去寻找二手的了， 许老师辛苦了，谢谢许老师

sodohe

好东东，等套件或成品!!

风筝鱼

其实10K的足够用了

lnc

风雨来临，生命在于折腾，期待。

xjw01

gyp2000 发表于 2013-2-24 15:48
100K 电桥，这真是大工程。支持。许老师辛苦了，元宵节还在工作，祝大家元宵节快乐！

新年快乐！

今年寒假，玩了3种东西：
1、st7920的12864、ks0108的12864、cog12864(7565)、拆机件33脚cog12864、nokia 5110液晶、2004液晶
2、点阵字库浏览器与编辑器制作
3、设计100kHz电桥。

xjw01

还打算做一版数码管的。但不知用什么方案比较合适。

风筝鱼

感觉这几款电桥屏幕是短板

weisohu

许老师的无私奉献直得敬佩。