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stm32版100kHz电桥

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发表于 2013-2-24 14:47:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xjw01 于 2013-2-25 08:17 编辑

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。


100kHz电桥.png

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发表于 2013-4-22 23:46:46 | 显示全部楼层
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: 4351)

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 楼主| 发表于 2013-4-8 15:55:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 xjw01 于 2013-4-8 16:46 编辑

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
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发表于 2023-10-15 15:27:00 | 显示全部楼层
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
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发表于 2013-2-24 20:19:41 | 显示全部楼层
顶徐老师,期待电桥早日成功。
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 楼主| 发表于 2022-1-9 09:23:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 xjw01 于 2022-1-9 09:25 编辑
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。
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 楼主| 发表于 2014-3-31 21:55:26 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2016-3-20 17:38:40 | 显示全部楼层
显示屏弄个更大尺寸的,顶你!
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发表于 2019-3-19 00:55:14 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2013-5-3 13:50:50 | 显示全部楼层
许老师  认真哦。。。。。。  辛苦您了  
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发表于 2019-12-21 20:05:14 | 显示全部楼层
印象中许老师说过,输入验证码后两位可以临时使用!

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发表于 2013-2-24 14:55:43 | 显示全部楼层
支持许老师
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发表于 2013-2-24 14:56:38 | 显示全部楼层
100K,这个值得拥有。
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发表于 2013-2-24 14:58:38 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2013-2-24 15:18:24 | 显示全部楼层
期待100k早日与大家见面。 许老师辛苦了
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发表于 2013-2-24 16:05:08 | 显示全部楼层
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
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发表于 2013-2-24 16:09:18 | 显示全部楼层
好东东,等套件或成品!!
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发表于 2013-2-24 16:15:29 | 显示全部楼层
其实10K的足够用了
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发表于 2013-2-24 16:54:54 | 显示全部楼层
风雨来临,生命在于折腾,期待。
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 楼主| 发表于 2013-2-24 17:05:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 xjw01 于 2013-2-24 19:33 编辑
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。

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 楼主| 发表于 2013-2-24 17:07:55 | 显示全部楼层
还打算做一版数码管的。但不知用什么方案比较合适。
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发表于 2013-2-24 18:42:51 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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发表于 2013-2-24 18:43:55 | 显示全部楼层
感觉这几款电桥屏幕是短板
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发表于 2013-2-24 20:11:33 | 显示全部楼层
许老师的无私奉献直得敬佩。
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