折腾电桥的看看这个帖子

虾米

玩电桥，大概的原理还是要了解一下，才能准确的使用，发现这个帖子不错。可以看看http://bbs.38hot.net/thread-121040-1-1.html

虾米

[LCR] 安柏AT826 LCR 数字电桥原理解析——转自38度论坛
近期大家对AT826 产生了浓厚的兴趣，本人是AT826 的主设计师，从事LCR 设计近20年，斗胆就LCR对广大电子爱好者做一下普及，或许能帮大家有些帮助。由于时间匆忙，只能做简要描述，不明白之处大家共同研究。

AT826 主体框图


1.1      主控CPU
主控CPU使用的32位ARM-M0处理器，负责驱动TFT-LCD，同时使用2路12-bit ADC 对触摸屏进行采样并转换坐标，键盘扫描也直接由主控负责。
CPU内部另外1路12-bit ADC负责对电池电量检测，负责电池充电管理。

CPU的PWM负责调节LCD背光。

这款ARM-M0 处理器有USB2.0接口，我们用来跟PC上位机建立通讯，在CPU内部有两套程序工作，一套为Applent Boot Loader（简称ABoot） 程序负责主程序引导，仪器上电，ABoot首先执行，如果没有检测到主程序或是接收到主程序更新指令，AT826白屏以进入更新程序阶段，此时通过启动计算机上的Applent ATOSv2Bootloader 程序来更新主程序。第二套程序就是主程序。

1.2      CPLD
依赖于CPLD的高速度（5ns），所有的逻辑电路、控制电路都是由CPLD处理，使用并行总线与CPU通信。

正弦波发生器、0°/90°鉴相电路、AD之前都是由CPLD负责。

虾米

1.3       阻抗原理



数字电桥的目的就是获得阻抗值Zx，再通过理论公式得到L、C、或是R。


AT826 信号源施加到被测值Zx（L/C/R）上。对于阻抗测量，欧姆定律仍然适用。
图上半部分两个运放获得电压信号VuH和VuL，进入后续仪表运放差分得到：
Vu=VuH - VuL
下半部分两个运放用来获得电流信号，电流信号通过量程电阻被转换为电压信号用于鉴相PD和AD转换：
Vi = ViH - ViL
Ix = Vi/Rs
最后，
Zx = Vu/Ix = (Vu*Rs)/Vi


AT826 鉴相器PD和积分型AD转换器
顾名思义，鉴相器用检出阻抗的相位。
为了得到阻抗的实部R和虚部X，需要对电压信号Vu和电流信号Vi进行鉴相。鉴相器分别对Vu的0°和90°进行鉴相，并进入后续积分电路进行AD转换得到Vu的两个分量R1和X1：
Vu = R1+jX1
之后鉴相器又分别对Vi的0°和90°进行鉴相，并进入后续积分电路进行AD转换得到Vi的两个分量R2和X2：
Vi= R2+jX2

至此，在CPLD的协助下，主控CPU得到Vu和Vi的4个关键分量R1，X1，R2和X2，剩下的工作都由CPU来完成来得到Zx的实部R和虚部X。

虾米

AT826如果将Vu，Vi的值计算出实际测量结果？
为了获得实际测量结果，仪器会根据2套数学模型进行计算，串联和并联电路：

纯电阻就是阻抗的实部R
电容的容抗 Xc = 1/（2pi*fC）
电感的感抗XL= 2pi*fL
因此我们可以得到：
串联时的电容 Cs = 1/（2pi*fX）
并联时的电容 Cp = B / (2*pi*f)

关于品质因数Q
Q代表电抗纯度，及纯电抗程度，在没有电阻R的接近程度。电抗X代表存储能量，电阻R为损耗能量，因此
Q = 存储能量/损耗能量 = X/R = B/G

三角函数可以看出： Q = X/R = B/G = tanθ
由此可以计算出 θ= arctan（X/R）
Q一般用于电感器，X越大，Q值越大，其感抗越纯，品质越好，所有也叫做品质因数。
但电容器用耗损因数，通常叫做损耗D，而不用Q值表示其品质。
D= 1/Q = tanδ = R/X
其容抗越大，损耗越小。

ESR 串联等效电阻Equivalent Series Resistance

顾名思义：就是在串联等效电路下的电阻，就是阻抗的实部R。

ESR是电解电容器的重要参数，是一个储能元件自身的能量损耗。这个ESR在高频上表现的很凸出，我们使用的计算机主板为什么选用固定电容器，非常重要的考量是其ESR非常小，在主板的高频下其自身发热量就非常小。早前没有固态电容时普通的铝电解电容器经常有爆裂的情况发生，就是因为其ESR过大，自身发热造成电容爆浆。

因此电解电容器厂家都必须在高频下测量ESR，国家标准是在100kHz下进行测量，低频测量没有意义。

EPR 并联等效电阻

尽管AT826是可以测量并联等效电阻（即并联下的R值），可能我对电容器行业不是太深入，没有听说电容器厂家会使用到这个参数。

1.4       AT826 设计考量
作为电池供电的LCR仪器，需要比台式仪器考虑更多，性能、电池电量、成本都要求考虑到。我们研发此仪器经过2年的研发周期，以便在找到最佳平衡点。

AT826定位于手持式便携LCR数字电桥，销售价格在2000元左右，经常还搞特价促销，我们研发组需要考虑主控CPU、TFT-LCD和触摸屏的成本，需要考虑锂电池的成本、需要考虑几十个运放的成本，需要考虑日益增加的人工成本，外加工成本，考虑销售成本，考虑到年产量，当然还要考虑利润。我们将仪器的准确度定在0.2%，4位半准确度，是对这些方面的综合考虑。研发一种仪器不是爱好者因为爱好而不惜代价，根本不需要需要这么多考量。


手持仪器的使用群体是一般用户维修和检验的需要，而不是用于实验室和高要求的场合，这种场合实际上0.2%的准确度无法适应的。

1.5 关于Q值的问题
之前有朋友一直对品质因数Q有误解，通过上述分析，我们知道Q=1/D
对与电容器来评价Q值很不合理，电容的损耗D通常不大，CBB电容1kHz时通常在0.0010以下，低频则更小一些，假定一个电容的损耗在0.0005，由于仪器的分辨率限制，其显示的0.0005实际会在0.00045~0.00054四舍五入的结果，如果使用Q来评估的话，Q值会一直在2222~1851间跳动。更小的值Q值更大，跳动也会激烈一些。

因为AT826只能显示5位，小数位数4位，倒数时Q值反映的是D的小数点第4位以后的情况，这个超出了仪器的测量能力，我们不对超范围的测量要求提供保障。我们的技术指标规定了0.2%的准确度，即D绝对值与实际值的绝对偏差在 -0.0020~+0.0020之间都认定为合格。
1.6 关于θ角的问题
有网友提出仪器测量电容的θ角超过了-90°。是的，理论上电容器的θ角永远是无限接近-90°，但任何仪器都不能能完全契合，一个采样低功耗低成本的手持仪器则更难实现。

仪器的开路和短路校准、软件校正会或多或少引入误差，我们无法保证其完全准确，但首先必须能够达到技术指标。有人测量出某种电容的实际值为-89.99，而AT826测出θ = -90.01，计算一下这个值与实际值的相对偏差，我们来计算一下这个百分比偏差：
       (90.01-89.99)/89.99*100 = 0.02%

希望以上草草的描述对大家有所帮助，有错误之处也请指正。
谢谢！

作者——38度论坛 Its-a-snap

虾米

唉，刚刚看了，弄了半天，此贴就来自本坛

jawf

我记得上学的时候做过一个交流电桥的实验 ，实验内容不记得。想起来一件事，这个电桥是用耳朵听耳机里的蜂鸣声判断平衡的。当电桥平衡时蜂鸣声最小。个别同学一开始就戴上耳机，结果耳膜差点震破，据说耳朵嗡嗡响了好几天。趋近平衡时声音变小，所以做实验时一般逐渐调大音量，后面的人来做实验时音量电位器已经在很高的位置

虾米

jawf 发表于 2020-3-24 22:56
我记得上学的时候做过一个交流电桥的实验 ，实验内容不记得。想起来一件事，这个电桥是用耳朵听耳机里的蜂 ...

您这可是老黄历了，我上高中（78年）的时候，做电桥试验就是电流计了。

乙猪

折腾完电桥之后呢？？

虾米

乙猪 发表于 2020-3-25 11:20
折腾完电桥之后呢？？

任务还有呢，折腾下面这个

乙猪

虾米 发表于 2020-3-25 14:59
任务还有呢，折腾下面这个

什么电路？抄板？？

虾米

乙猪 发表于 2020-3-25 15:17
什么电路？抄板？？

2009年买的隔壁长贵的板子。 压箱底十一年了。

乙猪

虾米 发表于 2020-3-25 16:19
2009年买的隔壁长贵的板子。 压箱底十一年了。

只有一块板？？
想折腾，得抄版。

jawf

虾米 发表于 2020-3-25 10:16
您这可是老黄历了，我上高中（78年）的时候，做电桥试验就是电流计了。

大虾，你那个是直流电桥，用电流计，和LC没关系。我说的是交流电桥

虾米

乙猪 发表于 2020-3-25 16:42
只有一块板？？
想折腾，得抄版。

哈哈，猪大：是两块，你想折腾，我就抄板给你。

乙猪

虾米 发表于 2020-3-25 17:36
哈哈，猪大：是两块，你想折腾，我就抄板给你。

抄，必须的。等你的电子文档。