矿石收音机论坛

 找回密码
 加入会员

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 34323|回复: 167

脉冲式数字ESR表的分析与设计(合作帖续篇)

  [复制链接]
     
发表于 2023-12-21 15:27:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 小鬼头 于 2023-12-21 15:34 编辑

脉冲式数字ESR表的分析与设计(合作帖续篇)

小鬼头      2023年12月21日



    本帖是如下《合作设计基于mcu的数字式电容ESR表 》帖子的延续(延续的起点见该帖子的676楼):

    http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2065408&extra=&page=46

    之所以要发新帖,是因为:

     1、合作设计已完全放弃了原帖子的方案。原帖采用的是正弦波激励、AC电压检出的路线,模拟电路过于复杂,而且对相关元件参数的宽容度差,现在决定改为采用脉冲激励、DC电压检出的新路线。新路线易于发挥MCU的优势,可令整机电路得到明显精简。

    2、原帖子已叠起高楼,不方便看帖者阅读和翻查。

    3、本人对参考用的外国数字式ESR表原理基本已吃透,并在此基础上进行的设计研究取得明显进展,有信心能设计出达到原定合作目标的数字式ESR表电路。用新的帖子来专门覆盖新的设计,会比较合适。


    一、所参考的外国数字式ESR表情况

   1、 所参考的外国数字式ESR表电路图如下:




    2、该外国ESR表的基本工作原理英文解说及翻译,是网友taotaoliu199贴出的:

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2106940&extra=page%3D2






   3、更详细的原机英文资料,可在以下网址下载得到:

https://evbesrmeter.pt/k7214_mk2.pdf

   4、该外国ESR表成品机外观图如下:






    二、合作设计的脉冲式ESR表的预期性能(目标)

    根据目前的研究进展,预期合作设计的脉冲式ESR表具备如下特点:

     1、ESR测量功能。

      即是可测电解电容的ESR,最小显示0.01Ω,最大显示99Ω,用于维修时通过测量对电解电容的好坏作出判断

      ESR分3个量程,量程一为0.01Ω~0.99Ω,量程二为1.0Ω~9.9Ω,量程三为10Ω~99Ω。

     2、CAP测量功能

     即是可测薄膜电容容量,最小显示0.001u,最大显示99u,用于维修时通过测量对薄膜电容的好坏作出判断

     容量测量分4个量程,量程一为0.001u~0.099u,量程二0.10u~0.99u,量程三为1.0u~9.9u,量程四为10u~99u。

     3、RES测量功能

     即是可测电压在90V以内的电池内阻(以及普通电阻),最小显示0.001Ω,最大显示99Ω

     电池内阻(电阻)测量分4个量程,量程一为0.001Ω~0.099Ω,量程二0.10Ω~0.99Ω,量程三为1.0Ω~9.9Ω,量程四为10Ω~99Ω。

    注:由于本脉冲式ESR表采用双线测量,会受接触电阻的明显影响,因此,测量低阻时精度有限。

     4、ESR、CAP、RES三项测量功能均为自动切换量程

     5、ESR和容量CAP测量均具备“在路测量”能力。

    即是,只要关掉电源,无需把待测电容从PCB上拆下来就可以进行测试。

    其中ESR部分,激励信号电平不超过200mV,因此,不受PN结影响。容量测量部分,当用他测量电风扇的1.2u启动用薄膜电容时,受并联的电机绕组DC电阻(约600多Ω)影响而带来的误差预计不超过10%,具备实用性。

     6、具备足够的耐操度,其自我保护能力大致与本人设计的指针式ESR表持平。

    即是,误测储有300V电的大电解、甚至是300V的DC电源,此脉冲式ESR表也不损坏。

评分

9

查看全部评分

     
 楼主| 发表于 2024-2-8 20:12:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 小鬼头 于 2024-2-8 20:14 编辑
luosifu 发表于 2024-2-4 13:45
此类技术贴,能否生成PDF格式文件(包括楼主的讲解、技术讨论,实验改进,连同所有坛友的各种回复,甚至像 ...


建议你给你的电脑(或手机)安装一个PDF打印机。在你用浏览器打开帖子后,使用PDF打印机把帖子内容保存为PDF文件。这只能一页一页地保存,或许有更好的办法,但我觉得还行。

我就是这么做的,以此来代替我以往的手工笔记。

而我上次设计指针式esr表,则刚好是反过来。即是,先做的是笔记底稿,后遇到《无线电》杂志编辑约稿,才把笔记整理并发表出来,成为杂志上一篇指针式esr表设计制作的专题文章——专题文章见下面链接:

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=148682
回复 支持 2 反对 1

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2024-1-2 15:05:12 | 显示全部楼层
icespirit 发表于 2024-1-2 13:57
看起来,这个软件代码才是关键吧

软件代码(软件编程)不是关键。对电路的原理及其运作过程的认识,才是关键。

没有原机的软件代码,可以在吃透电路原理后,自行编写出来。这也是目前我们正在做的,因为原机的代码我们找不到。

如果仅是有软件代码,不理解其中的原理,只要是把电路稍为改变一下(比如我上面的电路,已改为3V供电),可能就会出问题。

评分

1

查看全部评分

回复 支持 1 反对 2

使用道具 举报

     
发表于 2024-10-27 17:04:35 来自手机 | 显示全部楼层
holts 发表于 2024-6-11 08:26
没这么快,才刚开始焊,还有软件编程,慢慢来。

画了两种板,基本确定先做单片运放的板。

esr表怎么样了,程序完善了没有?
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-4-17 22:24:25 | 显示全部楼层
小鬼头 发表于 2024-4-10 17:31
脉冲式数字ESR表(带薄膜电容容量、电池内阻测量功能)的设计研究十一

    本节研究ESR表设计上的剩 ...

等待高手定型出pcb
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-4-10 20:26:56 | 显示全部楼层
小鬼头 发表于 2024-4-10 17:31
脉冲式数字ESR表(带薄膜电容容量、电池内阻测量功能)的设计研究十一

    本节研究ESR表设计上的剩 ...

支持大佬,期待
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-3-3 16:48:54 | 显示全部楼层
abbey_tom 发表于 2024-2-15 09:43
关于LDO芯片,
3V的比3.3V似乎要少
我现在用的是ME6206A30M3G

我用的CJ6101A30M,JLC买的,上面显示最大输入电压6V,但Datasheet里面又说可以到8伏。6伏,8伏我都没试过,我直接前面接了个7805
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-2-15 10:30:48 | 显示全部楼层
abbey_tom 发表于 2024-2-15 09:43
关于LDO芯片,
3V的比3.3V似乎要少
我现在用的是ME6206A30M3G

3.3.png

直接用这种,行不 ?
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-2-15 09:43:56 | 显示全部楼层
小鬼头 发表于 2024-2-14 09:51
1、原型机是使用一只68欧电阻来进行全部量程的cal校准的。

2、我们机子也打算采用原型机这种方法。也 ...


关于LDO芯片,
3V的比3.3V似乎要少
我现在用的是ME6206A30M3G
最大电流标称250mA
有否推荐更适用的芯片?
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-2-9 15:05:39 | 显示全部楼层
小鬼头 发表于 2024-2-9 10:40
根据近2周的仿真研究,我打算:

1、完全不依靠ADC,也不依靠DAC。

PY32F002A, PY32002B 国产M0+ MCU, 带2个比较器, 0.5~0.6元左右(TSSOP20), 带ADC, 只是性能是不如AIR32F103
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
发表于 2024-2-9 08:24:45 | 显示全部楼层
小鬼头 发表于 2024-2-8 23:49
这是机子工作正常的表现。如果测得的电压(或相应的计数值)低于300mV,才是不正常。

这是因为,送 ...

流程似乎比那个国外机要复杂些,
那个流程是直接计脉冲个数就是结果。
现在的计数方式
恐怕用昨天您贴的这些逻辑电路难以实现.

按您现在的这种流程,
我看cal硬件(是1K的那个电位器吧)也可以省去。
从软件的角度,
无论是增益还是偏移
包括增益加偏移都可以校正的。

另外,根据我的初步试验情况,
PWM和比较器可以省去,
直接用ADC就行。
回复 支持 1 反对 1

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 15:50:04 | 显示全部楼层
下面,先把之前写的有关外国数字ESR表电路原理分析的内容贴过来

评分

1

查看全部评分

回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2023-12-21 15:51:08 | 显示全部楼层
能够在线测量是我最看好的功能
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 15:52:37 | 显示全部楼层
676楼的外国数字式电容ESR表电路原理分析之一


一、测量模型

如下图。由一个脉冲式的恒流源作驱动,图中的R代表的被测电容C的ESR,Id是驱动源的恒流值。ESR表测量时,检出的信号是Vo。




二、测量原理分析

1、先看纯电容C被恒流源驱动时的情形

如下图的中间波形。由于是恒流驱动,电容C两端电压会随着时间的增长而线性上升。这时电容电压Vc的上升速率为SR=Id/C,其中Id是驱动电流,C是电容容量,SR的计算单位是V/S(以伏/秒为单位)。



因为是由时间长度为t的脉冲电流驱动,所以,经过t秒后,电容Vc在到达t秒那一时刻,他的电压上升为Vc=SR*t。

2、电容的ESR可看作是纯电阻R,因此,他产生的压降为Vr=Id*R.

3、检出的电压Vo是Vr与Vc的线性叠加——(不是矢量叠加,我在那个帖子曾称为检出的是“矢量和”并不正确)。因此有

Vo=Vr+Vc=Id*R+SR*t

4、当电容容量C足够大、充电时长t足够短时,SR*t这一项可以忽略,这时近似有:ESR=R=Vo/Id。由于Id是已知且固定的,因此,只要检出Vo,就可以通过线性转换得到ESR的测量结果。这正是此外国ESR表的测量基本原理

5、类似地,当电容容量C足够小、充电时长t足够长、ESR足够小时(测量薄膜电容时可符合这一条件),SR*t这一项将在Vo中占主导地位,Id*R这一项可忽略。因此近似有 C=Id/SR=Id*t/Vo。这个式子表明,采用同一个测量模型(使用目前电路)再加上MCU能作除法运算,则可以增加一项功能,即能测出”电容的容量C。

以上的手工分析见下图:

评分

1

查看全部评分

回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 15:55:27 | 显示全部楼层
676楼的外国数字式电容ESR表电路原理分析之二


    三、与指针式ESR表测量原理的对比

    1、指针式ESR表测量模型

    指针式ESR表测量模型如下图。





    由频率为f的正弦波AC电流源驱动。检出的电压Vo是AC电压,因此,他是Vc与Vr两个AC电压的矢量叠加(即矢量和),存在着开平方与取平方根的关系,见下图(而外国ESR表的测量模型是在时域内工作,检出的Vo是DC电压,所以,Vo是Vc与Vr两个DC电压的线性的简单叠加)。


   

   2、指针式ESR表测量原理

     简单分析如下图



    由分析可知:

    (1)当Vc足够小(即电容容量C足够大、测试频率f足够高时)时,近似有:ESR=R=Vo/Id。这个近似式与外国ESR表相同,这也是指针式ESR表测量的基本关系式。

    (2)当Vr明显小于Vc时(需要让ESR足够小、测试频率足够低、待测电容的容量不至于太大),近似有:Xc=Vo/Id。由Xc计算公式Xc=1/(2*pi*f)可知,C=Id/(Vo*2*pi*f)。这表明:一是指针式ESR表具有测量容量的能力(适合于测薄膜电容)。二是测量关系式与外国ESR表甚为接近。若把外国ESR表此情形时的电容容量测量关系式 C=Id*t/Vo中的t视为是1/f,则两块表的测量关系式仅相差了一个2*pi的常数。

    (3)根据以上两项,从整体上来看,把外国ESR表视为采用与指针式ESR表相同的“容抗法”是没有问题的。

    (4)测量容量时,由于ESR引致的误差,指针式ESR表在理论上会更小(比线性叠加关系的数字式ESR表小)。但实际制作中,指针式ESR表不方便改变测试频率,而数字式ESR表则可以通过改变脉冲宽度来扭转这一局面。


    四、两种ESR表测量模型有关检出电压Vo的简单仿真验证

   1、外国ESR表的检出电压Vo

   用Multisim的瞬态仿真功能得到如下结果。可看出,Vo是Vc与Vr两个DC电压的线性叠加,即Vo=Vr+Vc.



   2、指针式ESR表的检出电压Vo

   用Multisim的交互仿真功能得到如下结果。可看出,Vo是Vc与Vr两个AC电压的矢量叠加,即Vo=sqt(Vr^2+Vc^2).




(待续)
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 15:58:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 小鬼头 于 2023-12-21 16:11 编辑

本帖最后由 小鬼头 于 2023-12-6 17:34 编辑


676楼的外国数字式电容ESR表电路原理分析之三
   

     五、利用MCU计数器获得ESR阻值读数的原理

   这款外国数字ESR表,通过采用脉冲激励检出DC电压的方法(注:这个检出电压是周期性获取的,实际输出到比较器的是脉冲串形式的AC电压波形,因此,可以使用AC放大器进行放大),避开了AC/DC转换的麻烦,让电路得以简化。另一方面,他还采用这里要分析的方法,只需使用MCU最擅长的计数器功能,而不需使用ADC芯片,就能得到测量结果数值(ESR值)。

    其具体方法总体上是:启动计数器计算检出电压波形的脉冲个数,同时利用Vref随测试时间渐变的电压比较器,与检出电压进行比较;一旦检出电压低于Vref电压,比较器的输出状态出现翻转,MCU即时停止计数,并将计数的结果作为ESR值作显示。

    下面用画出波形图的方法来进行分析。

     1、比较器的输入波形1(检出电压的波形)

     比较器获得的检出电压Vo波形,是持续的一连串极接近方波的脉冲串波形,如下图。



     在这款外国ESR表中,一个周期里有T=tc+td,tc是恒流源驱动的充电时长8uS,td是放电时长492uS。因此,一个周期为0.5mS。

    这个波形的脉冲幅度为Vo,即前面683楼的检出电压Vo。为方便理解,先假定ESR=100欧姆时的检出电压为Vo=1000mV——如果不符合,可通过合理设置AC放大器的放大倍数令其符合。


    2、比较器的输入波形2(渐变的Vref波形/锯齿波波形)

     比较器另一个输入信号是Vref,他的电压幅度渐变的,即是随时间线性增长。这可以用电流为I的恒流源驱动容量为C的电容来获得,其电压上升的速率为SR=I/C。此款ESR表设定为SR=10mV/0.5mS。



    由这个SR值可计得,从启动开始,经过4*0.5mS后,Vref上升为4*10mV=40mV。类似地有,经过50*0.5mS后,Vref上升为500mV;经过100*0.5mS后,Vref上升为1000mV。

    3、比较器的工作波形

如下图。




    图上方画出了检出电压Vo的脉冲串波形,以及用虚线表示的锯齿波Vre波形。图下方则画出了比较器的输出电压波形,可见到,在Vo电压幅度刚好低于Vref那一时刻,比较器的输出状态产生翻转,由H变为L。

      从启动时刻的0秒起,MCU开始计数,到达这个比较器翻转时共耗用的时间为t。而在比较器翻转的同时,MCU停止计数。在t这段时间里,计数器的累计数值将与Vo的电压幅值对应了起来————只要令Vo幅值合适(通过调整AC放大器的增益),就可以把计数器的结果作为ESR值进行显示。

     其对应关系大致如下图:




     六、原机电路比较器部分的实际运作分析

    1、之前的分析

    在676楼给出的那个帖子7楼,我从电路运作角度进行过分析,现转录过来(稍修改原来明显有误的地方):

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2106940&extra=page%3D2




---------------------------------------------------------
p27引脚控制锯齿波发生器电路,以SR=I/C的电压速率产生随时间而线性上升的斜坡波形。其电压通过p33输送给比较器,与p31的电压进行比较。

p31检测的电压近似为esr*Ic(经过放大后的),Ic是mcu控制选择的固定恒流充电电流。这个电流分3档,分别对应3个测试量程(实际上是控制led数码管的小数点显示位置)。

单次测量过程是:

1、mcu控制开启恒流源,以固定电流给被测电容充电。这个充电是周期性的,一个周期里充电数us,放电(大电流放电)数百us。这样一来,无论经过多少个周期,电容两端的电压,纯电容部分的升压很少(因为仅充电数us),与esr压降相比,基本可以忽略(电容容量太小时则不能忽略,见后述)。

2、mcu在开启恒流源进行充电的同时,也开启锯齿波的产生。

3、mcu通过比较器监测p31、p33的电压,同时开启内部计数器(计算第1项的恒流充电的周期数)。当监测到p33的电压升高至高于p31电压时,比较器翻转,就停止计数,把这个计数结果作为esr数值直接显示在led数码管上,并让计数器和锯齿波电路复位,以准备下一次测量。

4、如果在第3步过程中,计数器的计数超过某个值,还没出现比较器的翻转,那么,mcu就控制改换恒流充电电流,再重新作测量。这也是此电路的自动切换量程的操作。

从整个电路的esr检出方式来看,他在本质上,与指针表esr一样,基本同属于容抗法。因此,将会呈现出指针式esr表的测量特点:当电容容量足够大时,测到的是esr,容量足够小时,测到的是容抗。

这个电路设计比较聪明,运用了类似icl7106双斜积分ad的方法,无需使用专门的AD器件,就能获得普通电路所需的电压测量功能。

-------------------------------------------------------------

    2、相关的AC放大器分析

   此机Q7、Q8构成一个约20倍的AC放大器。其输入采用AC耦合,输出采用DC耦合。

    (1)此放大器设有微调电阻VR2,用于调整增益,以获得前面所述的合适Vo幅度。此为gain校准(增益校准)。

    (2)由于此AC放大器的输出端有固定的DC电压(不能为零电位,否则电路不能正常工作),即offset电压/偏移电压,因此,比较器输入端信号总是叠加了有这个DC电压,与前面分析内容并不吻合。但可以通过MCU软件的方式予以扣除(舍弃初期的若干个计数)的方式,让其与前面分析内容相一致。实际电路中,是通过S1这个ON/OFF/ZERO多功能键来执法此项校准。此为offset校准(偏移校准)。

     实际上,执行此校准时,还把测试端子附带的引线、接触电阻一并扣除掉,实现了“调零”,因此,原机用ZERO(归零校准)来作按键的功能标示。

评分

1

查看全部评分

回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 16:03:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 小鬼头 于 2023-12-21 16:10 编辑

676楼的外国数字式电容ESR表电路原理分析之四


     在此,先对前面分析三的疏漏作出更正。

      分析三的第3张图(即下图),相关表述不准确。此图中画出的比较器输出波形,其实只是MCU“看到”的波形。



     比较器的实际输出波形,应为下图上方的样子。由于MCU是在充电脉冲结束、放电即将开始那一瞬间(即图上方的多个小箭头所指),对比较器的输出状态进行检测的,其他时间里MCU被遮住了眼睛,因此,MCU“看到”的波形是本图下方的样子。下方的波形,可视作为经MCU“处理”后的比较器输出等效波形。




     七、基本测量模型的误差分析

    1、电容容量(容抗)带来的误差影响

     由分析一可知,测量原理的Vo检出电压关系式是:Vo=Id*t/C+Id*ESR。此式两边除以Id,可得到检出的总阻抗是Rt=t/C+ESR。
     此式表明,本仪表实际检测出来的阻值,包含有电容的“容抗”t/C。电容容量越小,这个容抗就越大,由此带来的测量误差就越大。由于此表设定充电脉冲宽度为t=8uS,因此,对于容量为1u的电容来说,他的“容抗”为8Ω。也就是说,在理论上,本仪表测量1u电容时,他测出来的ESR值总是比真实值高出8Ω。类似地,测10u电容测得的ESR值总是比真实值高出0.8Ω,测100u电容测得的ESR值总是比真实值高出0.08Ω。
     以上是考虑电容容量(容抗)带来的误差影响。下面,再研究一下电容的等效串联电感ESL带来的误差影响
   
    2、电容的等效串联电感ESL带来的误差影响

    由电路知识可知,用一个脉冲驱动一个电感,他将在脉冲的上升沿和下降沿激发出一个尖峰电压。如下图

   

   再用仿真软件看一看加入了ESL后的测量模型检出电压Vo的情况。如下图



   可看到,在我们MCU检测比较器输出状态时的那一瞬间附近,出现了一个向下的电压尖峰。这个尖峰往往是呈阻尼衰减的,其尖峰幅度是由电感量、脉冲下降沿的陡峭度(下降沿时间tf)、电感的Q值等一系列因素决定的,计算起来可不容易。但幸运的是,MCU是在尖峰出现之前那一刻进行检测的,因此,这个尖峰不会给测量带来实际影响。退一步来说,纵使有影响,我们可以让MCU将检测时间稍稍提前一些,这样,就能让其影响变为零。

  综上所述,ESL带来的误差为零,不会给测量结果造成影响。

   八、充电脉宽参数的设定及其影响
   
   这块外国数字式ESR表,将充电脉宽设为tc=8us,是综合考虑的结果。

   1、现在充电脉宽为8uS,对AC放大器、比较器速度性能所提出的要求,大致上等同于周期为16uS、即频率为62.5kHz的方波信号。如果将tc时间缩短,就会对AC放大器、比较器的速度性能提出更高的要求。

   2、如果将tc时间延长,就会相应增加前面所述的“容抗”所带来的影响,令ESR表的适用范围变小。

    根据我常用的普通电解ESR值参考极限值表,1u电解的极限参考值是50Ω(50u是20Ω,100u是10Ω),现在tc=8us的设定下,实际测量结果所附带的8Ω误差值,已离这个极限值不远,但属于尚可使用。因此:
     (1)tc=8us的设定下,决定了此表仅适用于检测容量为1u以上的电解。
     (2)tc的时长不宜再增加,否则,在检测小容量电解(好坏)时,容易造成误判。

评分

1

查看全部评分

回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2023-12-21 16:04:48 | 显示全部楼层
676楼的外国数字式电容ESR表电路原理分析之五



    九、其他重要电路参数的设定与影响

    1、恒流充电电流

    本机共设3档ESR测量量程,由MCU控制切换恒流源来得到。分别是:

    (1)0.01Ω~0.99Ω量程。使用50mA的恒流电流来进行激励
    (2)0.1Ω~9.9Ω量程。恒流电流为5mA。
    (3)1Ω~99Ω。恒流电流为0.5mA。

    这3档量程不论是哪一档量程,当电容的ESR被恒流电流激励时,ESR上的压降(即灌出的测试信号幅度)最大仅为50mV,这个测试信号的幅度远低于PN结的导通电压,因此,能充分满足“在路测试(不需将电容从PCB上拆下即可进行测试)”的要求。

    若将上述3档的测试恒流电流适当增大(比如分别改为100mA、10mA、1mA),也是能够满足“在路测试”的要求,而且,可以让AC放大器的承担放大任务减轻(放大倍数相应减小)。但这样一来,对电源提出更高的要求,测试时这一部分的耗电也相应增大。

   
   2、锯齿波电压的上升速率SR

    本机设定为SR=10mV/0.5mS。

    因为一个档位的量程有100个计数,因此,锯齿波电压的幅度最小为100*10mV=1V。由于AC放大器的DC输出offset电压约为1V,这个电压将与检出电压Vo叠加在一起送往比较器。所以,未计其他需要作offset校准补偿的因素,仅这一项,锯齿波电压的幅度还需要提高,至少为2V。
    由于电源电压是5V,这样安排的SR速率,已利用了电源电压所提供的至少40%的动态范围。
    若将SR提高,则容易令锯齿波电压超出动态范围,导致工作不正常。如果将SR降低,则不利于比较器的工作。

    实际电路中,由于元件值的偏差,SR并不会精确等于10mV/0.5mS的目标值。上面的恒流充电电流也一样,总是与目标值有偏离。这里的误差属于gain(增益)误差,可通过微调AC放大器的放大倍数来予以矫正。后面的研究将对此作进一步分析。


   3、AC放大器的放大倍数

   在设定好锯齿波电压的上升速率SR、各档的恒流充电电流值之后,根据比较器的工作要求,AC放大器的放大倍数的设定目标值自然就是20倍放大,即AC gain=20X.

    也由于前述的其他2项重要参数及前端电路的“增益”总是有偏差,因此,把AC放大器的放大倍数设计成可以进行微调,以便作gain(增益)校正。另外,从本机的整体电路看,也是在这里设gain(增益)校准相对较为方便——把SR改成可微调也能获得类似的效果(我们重新设计数字式ESR表时可在此作文章)。



    4、充电脉冲周期

    本机的充电脉冲周期设为T=tc+td=0.5mS,其中,充电脉冲宽度为tc=8uS,一个周期内的放电时长是td=492uS。

    这个周期的设定,与本机测量读数的刷新率(或者称每秒钟的测量/读取结果的次数)密切相关。

    由于本机有3档量程,最大的测量读数是99Ω,量程采用自动切换方式。当测量99Ω时,需要跨越3个量程。前面切换的2个量程最小要计100个脉冲数,转换为时间是100*0.5mS=50mS。这种测量显示99Ω结果时,最少要耗用2*50mS+99*0.5mS,即近似为150mS。而这还是没有考虑机子需要作offset校准时的耗时。

    由前面可知,扣除offset误差部分(至少1V的DC电压),至少要增大1倍的测量耗时,因此,测量测量99Ω时,其总耗时约为300mS,即刷新率约为3.3次/秒,这与采用ICL7106芯片的常见数字万用表相近。

    可见,若把充电脉冲周期设得过长,将会降低本机测量读数的刷新率。若把充电脉冲周期设得过短,则会增大机子的耗电(测量充电脉冲的占空比增大),对电路其他方面的性能提出了更高要求。

   
(未完待续)

评分

2

查看全部评分

回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-21 18:42:17 | 显示全部楼层
看不懂的人表示啥时候出成品啊?
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

发表于 2023-12-21 21:29:15 | 显示全部楼层
还是单打独斗比较好,一人做事一人当有效率。商用LCR会越来越便宜,但商用应该不会涉险去趟在线上电状态电解测ESR,所以这个才是敌爱歪的选择。
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-22 08:47:08 | 显示全部楼层
期待已久,终于看到希望了,要是能出成品就好了
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-22 15:53:04 | 显示全部楼层
为大师的努力钻研点赞,功夫不负有心人,相信很快有佳作出品。
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-22 15:56:13 | 显示全部楼层
楼主还是从善如流将其称之为脉冲法了
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-22 16:09:47 | 显示全部楼层
很是期待!
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2023-12-26 09:25:57 | 显示全部楼层
期待早日完成设计
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 加入会员

本版积分规则

小黑屋|手机版|矿石收音机 ( 蒙ICP备05000029号-1 )

蒙公网安备 15040402000005号

GMT+8, 2025-4-28 17:25

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2023 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表