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技術文章
電阻電容電感測試儀的設計與制作
點擊次數(shù)：3196 發(fā)布時間：2015-12-25
前言
電阻、電容、電感測量儀是實驗室及工程中經(jīng)常遇到的常用儀器。而目前現(xiàn)有RCL測量儀，測量范圍較窄。而且它對于大電容、電感及小電容、電感的測量精度不夠高、智能化程度不夠好，儀器極其昂貴，限制了普通電子實驗人員的使用。隨著單片機技術的發(fā)展，電阻、電容、電感的測量精度要求越來越高。可以實現(xiàn)儀表測量的自動化，并能進行數(shù)據(jù)分析處理，以達到儀表的高可靠性、高精度和多功能。本設計提出了一種利用MCS51系列的STC89C52RC單片機和DDS函數(shù)信號發(fā)生器來實現(xiàn)自動電阻、電容、電感的測量、Q值等。精度高，范圍寬，能顯示信號頻率、電壓、測量時間、并有存儲功能，此儀器還可以完成對其它參數(shù)的測量。
1．方案比較、論證與選擇 1.1 電阻、電感、電容測量方案比較、論證與選擇 (1)電橋法：具有較高的測量精度，被廣泛采用，現(xiàn)已派生出許多類型。但電橋 法測量需要反復進行平衡調(diào)節(jié)，測量時間長，很難實現(xiàn)快速的自動測量。 (2)諧振法：要求較高頻率的激勵信號，一般不容易滿足高精度的要求。由于測 試頻率不固定，測試速度也很難提高。 (3)伏安法：zui經(jīng)典的方法，它的測量原理來源于阻抗的定義。即若已知流經(jīng)被 測阻抗的電流相量并測得被測阻抗兩端的電壓，則通過比率便可得到被測阻 抗的相量。顯然，要實現(xiàn)這種方法，儀器必須能進行相量測量及除法運算. 綜合考慮，方案（3）綜合性能優(yōu)于其它兩中方案，能在穩(wěn)定的正弦波信號源下較為的測出待測元件的電阻、電容和電感的值。所以從測量速度和測量精度雙重方面考慮，方案（3）滿足測量準確度要求，且電路原理簡單，連線方便，成本很低。故本設計電阻、電容和電感測量網(wǎng)絡采用方案（3）。
1.2 信號發(fā)生器方案比較、論證與選擇 (1)石英晶體振蕩電路：頻率計振幅穩(wěn)定性較好，比較適合作為波形發(fā)生器。但波形發(fā)生頻率由晶振頻率決定，頻率不便于調(diào)節(jié)。本設計要求信號連續(xù)可調(diào)，故不能達到要求。 (2)傳統(tǒng)的直接頻率合成技術(DS)：該類方法能實現(xiàn)快速頻率變換,具有低相位噪聲以及所有方法中zui高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié),導致其結(jié)構復雜、體積龐大、成本昂貴,而且容易產(chǎn)生過多雜散分量。 (3)鎖相環(huán)式頻率合成器(PLL)：該類技術具有良好窄帶跟蹤特性,可選擇所需頻率信號,抑制雜散分量,且省去大量濾波器,有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是個惰性環(huán)節(jié),鎖定時間較長,因而頻率轉(zhuǎn)換時間較D長,且由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)(如幅度、頻率和相位等) 都難以定量控制。 (4)直接數(shù)字式頻率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer)：該類方法具有高頻率穩(wěn)定度，可達2的n次方個頻點(N為相位累加器位數(shù))、高頻率分辨率、頻率純度高以及極短的頻率轉(zhuǎn)換時間（可達us量級）、輸出相位噪聲低，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用。此外,全數(shù)字化結(jié)構便于集成,輸出相位連續(xù),頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控,體積小、重量輕，能夠?qū)崿F(xiàn)任意波形。