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如何正确选用LCR数字电桥 蓝河电子

广州市蓝河电子设备有限公司

2018/4/24 14:35:44

如何正确选用LCR数字电桥  蓝河电子

无源元件电阻、电容、电感是zui常被设计工程师所用的元器件,但真正了解L、C、R知识的人不一定很多,根据中国台湾专业人士叶正贤的经验,在此向各位从事设计、维修等技术的工程师浅谈LCR基本知识。
一、理想的L、C、R:

换句话说,在理想状态下,相位角(θ)在纯电阻下是O℃,在纯电容下是-90℃,纯电感则为+90℃。
实际情况下,L、C、R却不是如此单纯,尤其对L、C而言。
二、中、低频的L、C等效电路:

因为有等效电阻(R)的存在,所以电感就不再是+90℃,电容也不会是-90℃,因此产生了相位角(θ),以三角函数来看:

其中虚部为感抗或容抗,而实部为阻抗,因为感抗与容抗涉及到频率,故在不同的工作频率下就会得到不同的(θ)值。
了解到电感、电容中如果RS的成份越小(或RP越大),则此元器件越趋近于理想,这里我们定义了品质因数(Q)及损耗因数(D):
Q = 1 / D = 虚功 / 实功
以串联等效电路来看,若流入固定电流I

因此若RS = 0,则Q 变成无穷大,相对的D值 = 0。
并联等效电路亦如此类推,于是可以得到一个结论:对元器件而言,Q越大越好,D值越小越好。
三、电容C的一般应用:
zui常用的就是从市电进来(AC)要变成直流(交直转换)

市电(AC220V或110V)经变压器后,再经桥式整流器,此时即成为脉动直流(暂不考虑电解电容C)。

加上电解电容C后,即可变成直流,

但毕竟C并非理想电容,以串联等效电路来看,且加上负载RL后

当电容充电到峰值后,即会对负载RL放电(放电电流IL),此时,在RS上即产生一个压降(或功率消耗),波形变成

因此,原本的直流电压就会在上面叠加了一个交流信号,即所谓的纹波,而这纹波的大小除与所加上的负载RL有关外,也与ESR的大小有关,如果ESR太大,则纹波变大,同样,消耗功率也大,这也就是在实际电路工作时,有时在摸电解电容时会发热的原因,若ESR过大,则电解电容发烫,而有冒烟现象!!
所以在设计时建议工程师,须选用LOW ESR电容。换句话说,此时ESR的测量即成为工程师设计时*的测量因数。

亦即当C固定,若使用恒流源对电容C充电,即可产生斜波,当然仍须注意C的品质。(Q值越大越好,或D值越小越好。)
三、 电感L的一般应用
电感就是一组线圈,不管这组线圈有没有绕在铁蕊上,既然是用导线绕成线圈,导线上就会有内阻存在。现仍以其串联等效电路说明:

流入电流I,如果RS太大,则消耗功率也大,这是变压器为什么发热的原因。因此,RS的测量就成为必须的一个程序。但应用的电桥大多为交流电桥,不具备DCR功能,因此便无法测出RS值。
 

所测出来的值是包含jWLS的ZL而非单纯的RS。如何判断电感的好坏,当然RS 要越小越好。(Q值越大或D值越小越好。)
电感的应用,同样利用 ZL = jWL = j2πfL 这个公式。如果f越大,则感抗越高,便可将高频的噪声(Noise)或瞬间的浪涌(Spike) 予以抑制。
综合L、C,一般电路图中常见:就是这个道理。

四、测量L、C时容易陷入的误区
a. 如何选用并联模式(LP、CP)或串联模式(LS、CS)。
通常在并联模式(LP、CP)时是采用恒压方式测量,而在串联模式(LS、CS)是采用恒流方式测量。(因涉及电路设计,实无法一一详谈。)故一般针对小电容、大电感采用的是并联模式;大电容、小电感则采用串联模式测量,而其间的差异与D值有关,转换公式如下所示:

 

任何元器件都会有频率响应的问题,换句话说,如果排除测量仪器的精度问题,那么,在某个频点所测出来的值即表示这个元器件在这个频点的真正值。换句话说,如果工程师想测量某一个元器件的值,就必须考虑这个元器件在电路中的工件频率是多少,而选择该频率或接近的频率来测量,才会得到该元器件在该电路中的真正值。而从实际应用面来考虑,可以归结出下面结论供使用者参考。
小电容、小电感 →常用于高频电路 (测量时频率要高一点)
大电容、大电感 →常用于低频电路 (如市电50Hz或全波整后100Hz则测量频点可选在低频)
c. 如何选用测量幅度?
测量幅度的选择,譬如用在测量带有铁蕊的线圈(电感)时,因涉及铁蕊的材质,故与频率点的选择一样,须选择适当的幅度,予以测量。
d. 校正归零
对自动量程的仪器,在测量小电容、小电感时,为追求度,故必须归零,尤其是利用测试夹具时,更须将测试线所存在的小电容、小电感予以扣除,才能测量出元器件本身的真正值。一般而言,电容为开路时归零,电感为短路时归零,对于手动量程的仪表也须遵循小电容(CP模时)开路归零,小电感(LS模式时)短路归零的原则。
e.4线对2线的测量方法
当测量低阻抗元件时,导线上的电压跌落会影响测量结果.用4线测量方法可以消除导线电阻的影响,一般与高精度电压表和电源使用的方法一致,通过分离电源和测试线, 4线技术自动消除压降的影响.
三、 结论
综上所述,在教科书中所考虑的元件并不能够说明元件本身的特性,元件特性更依赖于环境,信号频率和幅度.这样LCR电桥除需要测量范围广、反应速度快、度高之外,仍须具备频点选择、幅度选择及D值(Q值)、DCR、θ值、ESR值测量等功能,才不会在设计时,产生"知其然而不知其所以然"之撼。

UC2851A 10KHZ通用电桥
 

简单介绍
■  UC2851A是一款采用技术平台高性能低价格的低端元器件测试仪。其采用当前zui流行的4.3寸真彩TFT显示器,使用户能更直观,更舒服的读出测试结果。强大的功能和简单的操作,50HZ-10KHZ多频率点以及0.2%的精度可满足生产线质量保证、进货检验及实验室测量要求。
性能特点
■  采用的技术平台,数据*比对国外同行产品
■  4.3英寸真彩TFT显示器,分辨率480×272 RGB
■  30 Ω, 100 Ω两种不同信号源输出阻抗
■  关机自动保存测试条件,更人性化
■  简体中文,英文可选
■  内建比较器, 1档分选灵活的合格和不良报警模式
■  100多组内部仪器设定供存储/调用,U盘扩展500多组
■  可通过USB HOST来实现仪器软件版本的升级和更新
■  U盘拷屏功能保存数据更方便,可支持格式FAT16, FAT32文件系统
■  标配RS232C、HANDLER、USB HOST,USBCDC,USBTMC,耳机接口,可选GPIB
技术参数
型号UC2851A【带1档报警】
测试参数L,C, R, | Z|, D, Q,X,ESR,θ(Deg),θ(Rad)
测试频率100Hz, 120Hz,1kHz,10kHz
基本测量准确度0.2% 
测试信号电平0.1V、0.3V、1V
等效电路串联, 并联
数学功能百分比偏差
量程方式自动, 保持, 手动选择
触发方式内部, 手动, 外部, 总线
测量速度(≥1kHz)快速: zui快30次/秒, 中速: 10次/秒, 慢速: 3次/秒
平均次数1—255
延时时间0—60s, 以1ms步进
校准功能开路/ 短路 / 负载
测试端配置五端
显示方式直读,Δ%,V/I(被测电压/电流监视)
显示器主副参数5位显示,4.3英寸真彩LCD显示器
输出阻抗30 Ω, 100Ω可选择
显示范围
|Z|, R,X,ESR0.1mΩ — 99.999MΩ
C0.01 pF — 99999uF
L0.01 µH — 99999 H
D0.0001 — 9.9999
Q0.0001 — 9999.9
θ(Deg)-179.99° — 179.99°
θ(Rad)-3.1416 — 3.1416
Δ%-999.99% — 999.99%
其他
比较器功能1档分选

 UC1062AX 200KHZ数字电桥
 

简单介绍
■UC1062AX是一款用于对各种电子元器件进行检验的多功能元件测试仪。其采用当前zui流行的4.3寸LCD显示器,使用户能更直观,更舒服的读出测试结果。它是一种高速度、测试范围宽、5位测试分辨率的阻抗测量仪,可满足生产线质量保证、进货检验及实验室测量要求。
性能特点
  4.3英寸LCD显示器,更直观清晰
■  50 Hz-200 kHz,37个典型频率点
■  30 Ω, 100 Ω两种不同信号源输出阻抗
■  内建比较器, 十档分选及档计数功能
■  内部100组设定文件,U盘扩展多组测试文件保存或调用
■  可通过USB HOST来实现仪器软件版本的升级和更新
■  U盘拷屏功能保存数据更方便,可支持格式FAT16, FAT32文件系统
■  标配RS232C、HANDLER、USB HOST,可选GPIB
技术参数
测量功能
LCR测试参数| Z|, |Y|, C, L, X, B, R, G, D, Q, θ
测试频率50、60、80、100、120、150、200、250、300、400、500、600、800、1K、1.2K、1.5K、2K、2.5K、3K、4K、5K、6K、8K、10K、12K、15K、20K、25K、30K、40K、50K、60K、80K、100K、120K、150K、200K(Hz),37个频点
基本测量准确度0.1%
等效电路串联, 并联
数学功能值偏差, 百分比偏差
量程方式自动, 保持, 手动选择
触发方式内部, 手动, 外部, 总线
测量速度(≥1kHz)快速: zui快40次/秒, 中速: 11次/秒, 慢速: 3次/秒
平均次数1—255
延时时间0—60s, 以1ms步进
校准功能开路/ 短路/ 负载
测试端配置五端
显示方式直读,Δ,Δ%,V/I(被测电压/电流监视)
显示器5位分辨率,4.3英寸LCD显示器
测试信号
测试信号频率50 Hz-200 kHz
输出阻抗30 Ω, 100Ω可选择
测试信号电平正常:0.1V、0.25V、0.3V、0.5V、1V 准确度:10%
显示范围
|Z|, R, X0.01mΩ — 99.999 MΩ
|Y|, G, B0.0001µS — 99.999 S
C0.0001 pF — 9.9999 F
L0.0001 µH — 999.99 H
D0.0001 — 9.9999
Q0.0001 — 99999
θ (DEG)-179.99º — 179.99 º
θ (RAD)-3.14159 — 3.14159
其他
比较器功能十档分选功能
存储器100组内部仪器设定供存储/调用,外部500组
接口标配RS232C、USB HOST,可选GPIB、HANDLER

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