合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

小鬼头

印象中，有了方波源要弄出负电源，电路挺简单，觉得有1只二极管和1只电容就够。

刚才看了具体电路图，这回可以彻底死心了：

https://m.hqew.com/tech/circuit_500164

至少要使用4只元件，也少不了多少。更重要的是，要使用2只电解，体积大不说，还不耐用的，将成为esr表最易引发问题的地方。而原电路里，虽然电源端也有电解，但即使出了状况，因为电池内阻足够低、还有小电容辅助，一般还不造成故障。

想想也是，这种电路是以正电源端（比如+5v）为参考的，要产生同伏数（-5v）的负电源，就必需使用倍压整流，才能得到足够的负压（-10v），以抵消掉原来的正电压（+5v）。所以倍压整流就是图里的样子。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-29 20:22
印象中，有了方波源要弄出负电源，电路挺简单，觉得有1只二极管和1只电容就够。

刚才看了具体电路图，这 ...

见过许老师曾用方波在3.3V基础上，
同时产生+5.5V和－2V

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-3-29 20:35
见过许老师曾用方波在3.3V基础上，
同时产生+5.5V和－2V

这个电路是2组倍压整流，正负各一

zmc419

发一个电路，我觉得方波信号源用555代替，显示用7107数字表头，电路不算复杂。如果用单片机，方波用单片机输出，三极管扩流。显示用单片机的AD和1602液晶屏也不错。谁感兴趣了可制个样品出来。

zmc419

zmc419 发表于 2023-3-29 21:33
发一个电路，我觉得方波信号源用555代替，显示用7107数字表头，电路不算复杂。如果用单片机，方波用单片机 ...

小信号高频峰值整流，采用高频运放，用LTspice仿真，线下很不理想。所以要效果好，需要相敏检波，可惜我不是相关专业科班出身，搞不定，有大神了请发表电路或资料。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-29 21:27
这个电路是2组倍压整流，正负各一

记得前面说要两个引脚两个不同幅度方波的事儿，
现在不需要了么？

另外频率是固定的一个频率，
不需要切换频率么

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-3-29 21:58
记得前面说要两个引脚两个不同幅度方波的事儿，
现在不需要了么？

我还没弄到这一块。这一块大体上是涉及：

1、校准问题。也就是说，让单片机知道电路的增益是多少，还有这个电路拓扑所特有的固定偏移量是多少（知道固定偏移量才能准确归零）。

2、测电容容量。这个需要降低频率，才能扩大测量范围。难测的，还要加上降低信号电平，以免测量输出信号过强令pn结导通，实现不了在路测试。

3、测电感。情况类似2。

电容容量和电感的测量范围还没确定，尤其是电感。电容希望能保证测0.01u至20u，这是维修时常坏的薄膜电容主要分布区域。

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-3-29 22:50
我还没弄到这一块。这一块大体上是涉及：

1、校准问题。也就是说，让单片机知道电路的增益是多少，还 ...

校准打算这样进行：

假设需要用到3个频率，比如100khz、10khz和1KHz。那么，

1、面板上设一个归零按键，方便用户使用时归零。

启动归零后，用户把表笔短接。这时，机子的内部程序自动测出这3个频率时的dc输出电压，把他记下来，作为固定偏移值（显示为零的值，即零位值），作为之后使用。

如果有2种测试电平，那么，2种测试电平的3个频率都要按此记下固定偏移值（零位值）。如果有3种测试电平，也类似。

2、在菜单里面，设一项校准功能，需要用户进入菜单才能操作。这项功能主要是让mcu记下电路的增益，以便计算得到测量结果。具体是

（1）先让用户做一次上面说的归零操作，记下固定偏移量（零位值）。

（2）再让用户接一只校准用的10欧姆电阻。像前面说的那样，mcu记下不同频率、不同电平测到的dc电压值。

（3）将这个电压值减去对应的零位值（指相同频率、相同电平下），就得到了不同频率、不同测试电平的10欧姆的真正测量值（真值）。除以10，就是1欧姆真值。

3、得到10欧姆/1欧姆真值后，一直保留至下次用户进入菜单进行同样校准操作时。只要不做此项校准，就不改此值（使用面板的归零按键操作也不改）。

4、有了上述2个数据后，每次测量测到的dc电压值，都要根据测量频率、测量电平找到他对应的这2个数据，将这个dc电压值减去零位值，再除以1欧姆真值，得到的数值就是被测“电阻”的阻值。此阻值可根据测量频率，转换得到电容容量值、或电感量值。

5、第1、2的操作，最好屏幕上都有提示，提醒用户短接表笔进行归零，以及接10欧姆电阻进行校准，完成后也有提示。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-29 23:49
校准打算这样进行：

假设需要用到3个频率，比如100khz、10khz和1KHz。那么，

好的，没问题。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-29 22:50
我还没弄到这一块。这一块大体上是涉及：

1、校准问题。也就是说，让单片机知道电路的增益是多少，还 ...

增加测电容功能和测电感功能，
上面的硬件电路都可以了吗

chaplin1999

负压直接用国产的SGM3204  sot23-6 封装，淘宝才不到1块钱

abbey_tom

chaplin1999 发表于 2023-3-30 08:09
负压直接用国产的SGM3204  sot23-6 封装，淘宝才不到1块钱

感谢推荐，这个片子确实还不错。
以后有需求我可以用一用。

其内部使用了950kHz进行变换，
不知EMC做得如何？

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-3-30 07:59
增加测电容功能和测电感功能，
上面的硬件电路都可以了吗

完全可以。

hotdll原型电路就有这些功能，原理上是没有问题的。只是这些功能天生上，受测试对象的其他参数影响，比如测电感时受电感本身的电阻影响、测电容esr时受其电容容量影响等，测试精度有限。所以，无法跟虚实分离的lcr电桥拼精度。而我们是业余维修之用和一般使用，这样的精度应该已足够。

事实上，以前有些带电容容量测试功能的数字万用表，采用的同是这种容抗法。仪表厂商那些非虚实分离的lc表，电容容量测试采用的是充放电法（电感量如何测，没了解过），估计测试精度比容抗法好不了多少。

虽然精度有限，但我们这里可以突出自己的2大优势：

1、能做在路测量，而不影响精度。就维修用途来说，具备这一能力的仪表是最好用最实用的。

2、采用经受住300v直流电压考验的保护电路，令他格外的坚固耐用。现在市场上那些能测电容esr的正规仪表，估计没有1个具有这种程度的自我保护能力。

也正因为想保持这2个特点，我在没有找到解决基本精度与保护能力之间矛盾的答案之时，差一点就要放弃现在这个电路拓扑方案。

abbey_tom

从表盘上看MF47就有测电容、电感的功能，
我做MF47双显表的时候，
研究了半天它的分度函数，
最后发现其实就是交流阻抗法，
虚实不分离，
假定被测电容和电感是理想的：
把阻抗直接当作容抗或感抗。

后来在仿制指针ESR表时，
还就有关问题请教过您。
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=308632

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-3-29 21:58
记得前面说要两个引脚两个不同幅度方波的事儿，
现在不需要了么？

既然你问到，那我先把高频稳定性问题研究放后一点。

因为这些涉及到测量范围问题，而测量范围又与电路信号电平安排密切相关，所以，需要从电路入手、从ESR测量档位（即电阻测量）开始理一理。先看下图的信号电平安排。这个图画的是ESR表模拟部分的简化电路




1、因为初定ESR测量上限为19.99欧（实际可显示为19.999欧），所以，图中被测电阻20欧的压降（电平）需加以限制。

大约是限制为400mVp-p比较适合，因为单个方向最高只有200mV，还不足以令PN结导通。

2、因为10欧电阻与被测的20欧电阻流过相同的电流，所以，图中10欧基准电阻上的压降（电平）为20欧电阻的一半，这样，可知运放U1A的负输入端信号电平也为200mVp-p。相应地，要求U1A正输入端的输入信号电平为200mVp-p。

最后更新的设计草图，没有标上元件值的前面那几只阻容，到时也要根据这个电平来安排。

3、由于10欧和20欧的压降一共是600mVp-p，所以，整流电路的运放U1B得到的信号电平也是此值。

U1B在这里接成2倍放大形式，所以，经放大后，AC信号电平变为600mVp-pX2=1200mVp-p。但是，因为在反馈电阻上串有整流二极管，以400mV的二极管压降计算，可得到，U1B的输出信号摆幅是1600mVp-p。刚好是运放供电电压3.3V的约一半，从中也可以知道，这样的电平安排不会出现信号削波的问题，而且有余量可供某些情况下的特殊需要（即不需进行在路测试、但要求测量上限需提高）。但这个余量实在不多，也只做到允许U1A的输入电平提高至大约470mVp-p（即是为原来的2倍多），没有多少利用价值（如果运放采用9V供电，则可能有一些利用价值）。这也在一定程度上反过来证明，我们上面的电平安排，对电路动态范围的利用率还算是不错的。

PS：上述电平安排，基准电阻10欧流过的电流为20mAp-p，单个方向为10mAp，这也是对U1A提出的驱动能力需求。此值算是比较合适，很多运放都具备这样的峰值电流输出能力。如果达到30mAp，那么，运放的可选范围就缩小了很多。