请教关于LCR测量的若干问题

scu319hy

上回给我弄的单片机万用表添加LCR相关功能，效果不理想。
然后我把LCR部分拿出来单独重新画了块板子，专门验证LCR相关的功能。
如下：

新板子效果好了很多。
但在测量电感时，电感两端电压总会像被狗啃过一样。
测量小电感时几乎无法避免。测量大一些的电感(数百uH)时，在特定频率下也会出现。
如下：

(为了方便调试，我专门给我的编辑器加了个绘图功能)
红线为参考电阻上的电压，黑线是电感上的电压。
电感的电压曲线就像被狗啃过，这是啥情况呢？示波器上也能看到相同的问题

再就是关于屏蔽的问题，当参考电阻大于100欧时，外部干扰的影响非常大
测试频率越高，受影响越严重。我暂时用铝箔接地后包了一下。
感觉效果还不是很理想，请教各位大神，有啥好办法可以让我借(chao)鉴(xi)一下
我之前的万用表板子似乎也有相同的问题....

最后，关于分布参数的问题。
目前这个板子本身就有60p以上的分布电容，但在不同频率下测试还会变化，也不知道是啥原因
有啥比较好的办法能减小这个分布电容呢？
我已经新画了一块板子，把铺铜去掉了一块。除此之外我已经想不出其它办法了

JuncoJet

绘图功能流弊
是和Arduino那样的数据自动绘图吗
好像不能实现双线绘制

scu319hy

JuncoJet 发表于 2024-6-18 09:33
绘图功能流弊
是和Arduino那样的数据自动绘图吗
好像不能实现双线绘制

现在这个绘图只是个雏形，有一堆想法，还没有把它们有机的整合起来。感觉最近脑子有点不好使。
很多年没有用过Arduino了。它刚增加串口数据绘图功能的时候看过一眼。具体和它有什么区别我也不知道
我的目标如下：
1. 可以支持从任意数据来源采集数据(串口，调试器，内存，文件或其它什么设备)
2. 支持用户自定义数据提取算法或扩展。有条件的话，最好能支持一些常见设备/仪器的数据采集接口
3. 支持基本的数据绘图，分析功能。
4. 实现示波器类似的触发，测量功能
5. 支持多数据视图，数据源任意分组
6. 支持自定义数据过滤/计算(如：滤波，频谱，协议数据分析等)
7. 支持数据重放


目前我只实现了从Segger RTT/控制台/调试器/串口获取提取固定格式数据的功能，可以支持任意通道数据
还实现了个最简单的水平缩放。
想法挺多，但脑子里还是一锅粥的状态

435788A

这是俄版LCR测量52uH电感上的波形

scu319hy

435788A 发表于 2024-6-18 11:24
这是俄版LCR测量52uH电感上的波形

感谢提供参考信息，这和我这里的现象是一样的。
在波峰和波谷会有一个反向的尖峰。感觉像是在电流方向翻转的时候产生的？

scu319hy

突然脑子灵光乍现。
电感波形的问题是不是因为测试信号导致的？
毕竟DAC精度和速率有限，在输出频率较高时会变得更差
100KHz时每个周期只有32个采样，精度估计连8Bit都没有
虽然滤波后示波器看不太出来问题，但在测量小电感时会表现出来

以上纯属自己瞎想的，还请大家指正

scu319hy

果然被我猜中了开头，只是我没有猜中结尾
电感的波形问题的确是测试信号问题导致的，我也仿真出了相同的结果，如下：

导致这个问题原因是由于在测量小电感时，负载会比较大。
一般的运放输出不了太大的电流，所以我加了一级推挽输出扩流。仿真电路如下：

由于静态电流不够大，在空载的时候看不出交越失真，到负载时交越失真变大。
这个失真虽然不是很明显，但经过小电感“放大”就变成了电感两端的电压跳变。
解决的办法就是加大静态电流。
把上面仿真电路中的R3改为270欧，仿真时电感两端的电压跳变就会变小很多。
实测如下：

已经基本看不太出电压跳变了。

PS：至于为啥不像功放那样搞可调的恒流三极管偏置
因为现在这样电路简单，不占板子空间，都是固定元件，型号参数一定基本不用调试

也欢迎各位给我提出更好的建议

435788A

俄版LCR的测量电压为2.1V p-p，运放能输出30mA的，2.1V p-p串的电阻为150欧，运放输出的电流是足够的

接入470uH电感：

scu319hy

435788A 发表于 2024-6-19 20:46
俄版LCR的测量电压为2.1V p-p，运放能输出30mA的，2.1V p-p串的电阻为150欧，运放输出的电流是足够的

接 ...

如果你用的是MCP6002，按手册上说的，短路电流是23mA。

在这之前，输出早都已经失真了吧？
我之前没加扩流运放直接驱动时这个问题更严重。都输出都要削顶。
你可以试一下，并一片运放，看这个问题会不会得到改善？

435788A

scu319hy 发表于 2024-6-19 21:30
如果你用的是MCP6002，按手册上说的，短路电流是23mA。

在这之前，输出早都已经失真了吧？

2.1vp~p，150欧，14mA的电流。没有23mA这么大

下面电夹子短路，R7，150欧电阻上的波形：




2.5vp~p，150欧，16.666mA的电流

scu319hy

435788A 发表于 2024-6-19 21:56
2.1vp~p，150欧，14mA的电流。没有23mA这么大

下面电夹子短路，R7，150欧电阻上的波形：

你这几个波形都可以明显看到有交越失真了

xiaolaba

掃頻看看 找到共振頻率再換個思考方式 可行嗎

scu319hy

xiaolaba 发表于 2024-6-22 16:28
掃頻看看 找到共振頻率再換個思考方式 可行嗎

没有明白你的意思。
你是说用共振法测量？这个方法对测量Q值比较灵敏。但扫频速度非常慢。
用I-V法测量几乎没有延迟，只要ADC/时间/参考电阻精度够高，测量结果就非常准确。

scu319hy

又遇到了新问题。
初步分析，似乎模拟开关本身的导通电阻和寄生电容会产生一个非常小的相移。
这会导致参考电阻的电压稍微有点滞后，在测量电容时会产生>90度的情况。频率越高，这个偏差越大。
用手册上大致相同的参数仿真了一下，得到了类似的结果。
如果想要消除这个相移，我能想到的方案有以下几个：
1. 在软件上补偿。但这需要有足够标准的器件来测量，得到在不同频率下的相位偏移。并且测试频率较高时，干扰因素很多。
2. 在线路上补偿。我只需要在被测器件上引入相同的相移，就可以抵消参考电阻上的相移。通过仿真验证，感觉可行。可以把测量结果的相移减小几个数量级。
3. 找个相移足够小的模拟开关。只要模拟开关的导通电阻变小，带来的影响就会变小。我目前用的74hc4051，按最坏的200欧来仿真与实测结果相似。如果换个导通电阻在欧姆极别的模拟开关，这个影响就会小到几乎可以忽略。不过我没找到导通电阻够小，且便宜的其它可用型号。如果用继电器的话，就可以“完全”消除这个问题，但价格贵体积大很不划算
看上去，方案2最靠谱。但如何得到合适的补偿参数又是个问题。

marshallemon

你用的啥编译软件？那个波形是怎么出来的？