简易电阻、电容和电感测量仪.pdf

标准文案 竞赛题目：简易电阻、电容和电感测量仪 2012 年 4 月 10 日 大全 标准文案 简易电阻、电容和电感测量仪 摘要 ：本系统是以 STM32为控制系统的简易数字式电阻、电容和电感测量仪。 系统利用半桥测量 RLC的原理，设计了由信号产生电路、半桥电路、信号放大 电路、真有效值测量电路、相位检测电路构成的系统。电阻、电容和电感的信 息通过半桥电路变成电信号，由放大电路和检测电路变换为可测量量，由控制 系统计算得到元器件信息。整个系统可以实现电阻、电容和电感的测量。 关键词： RLC测量仪 半桥电路 真有效值测量 相位检测 STM32 1. 绪论 现今的万用表可以测量交流电压，交流电流，直流电压，直流电流，电阻， 二极管正向压降，晶体管共发射极电流放大系数，有一些还能测试电容量，电 导，温度等，但是对于电感量却不能直接测出，也不能够免掉在不同测量量之 间切换的麻烦。在模拟电子技术中， 最基本的元器件莫过于电阻、 电容和电感， 如何准确、快速的测出这三者各项系数对于快速选择元器件和设计和搭建电路 至关重要。 本组成员通过参看国内外万用表数据资料，了解其工作原理，并借鉴有关 RLC 测量的方法，通过对比谐振法和电桥法，并根据客观条件，选用了一种既 能够较准确的测量各项参数，又符合实际条件的方法——电桥法。 2. 方案论证 2.1 总体方案 题目要求系统能对电阻、电容、电感测量，测量范围：电阻 100Ω~1MΩ； 电感 100Pf~10000pF；电感 100uH~10mH；测量精度为± 10%。 方案一：运用谐振法， 利用不同的频率使 RLC电路产生谐振， 从而测量出 R、L、 C参数。利用信号源产生两种不同分辨率、两种不同频率范围的纯正弦波信号； 经宽带稳压放大电路放大， 形成检测电路需要的 10V 恒压；测试接口电路根据测 试参数自动切换量程；通过 A/D 转换芯片检测接口电路中电容两端电压，经 MCU 处理； MCU根据谐振时，电容两端电压最大原理判断电路是否处于谐振，在谐振 时，多次重复测量相关参数以减少随机误差， 最后将计算结果显示。基本系统如 下： 大全 标准文案 显示 MCU 取样保持 正弦信号发生电路 稳压放大 测试端口 A/D 转换 图 1 缺陷：对信号源要求比较高，要发生几 Hz到几十 MHz的信号，在几 Hz的频率下， 容易有外部杂波干扰，使测试数据不准确，要发生 MHz以上的信号时，硬件电路 很难满足要求， 要切换不同频率的信号， 并且要在满足电容两端电压最大的条件 下才能读取数据，使测量速度变得很慢。 方案二：电桥法：利用数字半桥的原理， R、L、C 的参数通过半桥电路变 为幅度信号和相位差信号，通过测量电路测量信号幅度和相位差，通过计算测 量幅值关系和相位关系得到电阻电容电感各项参数。系统框图具体如下 正弦信号 半桥变换电 参