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大范围丈量电感及电容办法

大多数用来测量无功元件的简单电路所能覆盖的元件值范围都很有限。本文介绍的电路虽然只是由一些便宜的元器件组成,但它能测量的电容值和电

大多数用来丈量无功元件的简略电路所能掩盖的元件值规模都很有限。本文介绍的电路尽管仅仅由一些廉价的元器材组成,但它能丈量的电容值和电感值可跨过七个数量级。无论是容量规模约为1pF~10μF的电容器,仍是电感值规模约为200nH~4H的电感器,均能够使用该电路测出其元件值。

可是,要想掩盖这么大的值域,会略微有点费事,因为要确认被测器材的值,您需求先调理可变电阻器,然后再检查校正曲线上对应的电容值或电感值,而不是直接读数。

关于该电路的运转,首要请看图1中所示的根本原理图。在图1a中,方波电压源驱动被测电容器的底部端子。顶部端子电压为一系列在+5V电源轨上下呈指数衰减的正向和负向脉冲。衰减时间常数天然为R和CTEST的乘积。同样地,在图1b中,方波电压源馈入被测电感器,从而在+5V电源轨上下引起相似的瞬变,此刻衰减时间常数则等于LTEST/R。在电压呈指数衰减的过程中,被占用方波的两个半周各自的份额由时间常数和振动周期之间的联系决议。


图1:使用变频方波丈量电容器和电感器的根本原理图。

下面请看图2所示的完好原理图。IC1安置成一个简易的施密特触发器阻容振动器和输出缓冲器,在这段电路中会发生方波。其频率由可变电阻器R9设定,频率规模跨过六个十进位电容器的A段到F段。R9应具有线性电阻散布特性,使振动器周期随顺时针轴旋转而添加。


图2:电容/电感表完好原理图。

通 过一只双刀双掷开关,能够在电容器和电感器丈量形式之间进行挑选。根据图1所示的根本原理图,直接由IC1输出的电压或由Q1发生的电流别离馈入被测电容 器或电感器。电阻值为510Ω的电阻器R2作为图1中电感丈量形式下的衰减电阻R,而串联的R5和R2则构成电容丈量形式下的衰减电阻(R5的作用是将 Q2基极的电压偏移维持在足够低的水平,以防止呈现饱满。偏压电阻器R7以及二极管D3和D4将Q3基极维持在+5V电源轨以下约2VBE的水平。在这个偏压点下,Q2、R3及Q3构成一个整流跨导块,跨导块带有少数无功电流,而该电流仅能活络地感应到来自被测元件且在+5V电源轨上方的正向瞬变。来自Q3的集电极电流脉冲在经过R4时变弱,而由此发生的电压经C2和C3平衡之后再经过外部电压表丈量。

在方波周期中的某一特定时段内呈指数衰减的瞬变将发生相应的输出直流电压,可是占空比与输出电压之间的非线性联系并不重要。因为Q2和Q3别离处于高速共集电极和共基极组态,该电路的响应速度很快,而且占空比丈量根本上与频率无关。

使用R9对振动周期进行调整之后,输出电压可停留在某个固定的参阅电平(例如1.00V),从而使呈指数衰减的时间常数与振动周期之间构成固定的相关。

由 于衰减时间常数跟着被测元件的无功值呈线性改变,所测电容值或电感值将与振动周期呈线性联系,而且因此与R9轴角呈线性联系。经过在R9上使用适宜的刻度 符号并参照几个已知的电容值和电感值对电路进行校准,便可制作出校准图表,以便用来确认任何元件值。图3显现了R9的刻度符号图,该图包括在可下载的示例 校准包内(见文章结尾)。


图3:R9刻度符号示例图。

振 荡器规模开关将掩盖六个十进制,但最小周期会受%&&&&&%1传输推迟约束。因此,它能够从低到高掩盖A段至F段的六个数量级的电容值或电感值。将被测元件布置到 电路中,找到规模开关的设置以及输出1.00V电压时的可变电阻器,最终在每个频段对应的图表中检查所测得的值即可。A段的最低可丈量值约为10pF或 2μH,F段的最高可丈量值约为10μF或4H。

若想要对1pF和200nH左右的低元件值进行丈量,能够选用另一种办法。小偏置元件C1和L1总是在电容或电感丈量形式下构成最小的时间常数,因此当在这些小偏置元件上参加被测器材后,经过比照外部电压计上电压读数的改变,便可针对极低元件值制作出另一张校准图表。

测 量上述最低元件值规模的办法是:首要,经过使%&&&&&%器测验夹开路或使电感器测验夹短路而将被测元件扫除在电路外;然后,将振动器的频率设定在A段,并经过 R9对振动周期进行调整,直到仅靠偏置元件便使电路到达1V的方针电压值;最终,将被测元件连接到电路中,并调查电压计读数的改变。经过检查校准图表上的 偏置电压,即可确认小元件值。

以下可下载的文件包括一个刻度盘示例、一些校准图表示例以及用来生成这些示例的gnuplot 数据和脚本文件。选用最小二乘法拟合去除了无功重量中典型的±10%改变后,即可看到丈量值与一切频段下刻度盘读数的线性联系。不同元器材的校准成果或许 有所不同,可是您能够修改数据文件并生成自己的校准图表。

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