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正确使用LCR数字电桥测量电阻、电容、电感

电阻、电容、电感是常被设计工程师所用的无源器件,但真正了解LCR的却不多,愿藉此向各位从事设计、维修等技术的工程师浅谈LCR数字电桥
 
一、理想的L、C、R:
  换句话说,在理想状态下,相角(θ)在纯电阻下是0O,在纯电容下是-90O,纯电感则为+90O。但理想归理想,实际的L、C、R却不是如此单纯,尤其对L、C而言。且看下面分析 。
  
二、电容C的一般应用:
常用的就是从市电进来(AC)要变成直流。电路如下:
市电(AC220V)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ES即为等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)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:Vripple (纹波)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,而有爆炸之虞!!
所以在设计时建议工程师,须选用LOWESR电容。换句话说,此时ESR的测量即成为工程师设计时不可缺少的测量因数。
在高频线路的运用中,通常搭配电感形成滤波器,来对线路的噪声进行抑制或对突如其来的浪涌(Spike)进行电路的保护。此时C的选择就与它的工作频率有关,因此在选择电容进 行测量时,就要注意测量频率的多容,通常小电容大多在高频线路中使用,故测量时要注意频率的选择。
另一种应用,以下列式子来描述:
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。)此电容广泛用于在A/D变换器中的双斜率积分电路内。
数字电桥
三、测量L、C时容易陷入的误区
(1) 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:
由上式可知理想状况下,D值=0时,Lp=Ls Cp=Cs
(2) 为何不同的频率点,所测出的电感、电容值会不一样?
任何元器件就像放大器一样都会有频率响应的问题,换句话说,如果排除测量仪器的误差,那么,在某个频点所测出来的值即表示这个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器件的值,就必须考虑这个器件在电路中的工作频率是多少,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经全波整流后100Hz,则测量频点可选在100HZ)
(3)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,因涉及铁芯的材质,故与频率点的选择一样,须选择适当的幅度,予以测量。
(4) 校正归零时,更须将测试线所存在的小电容、小电感予以扣除,才能测量出器件本身的真正值。一般而言,电容为开路归零,电感为短路归零,对于手动量程的仪表也 须遵循小电容(CP模式)开路归零,小电感(LS模式时)短路归零的原则。
 
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