一種自由軸法RLC測(cè)量電路設(shè)計(jì)

　　引 言

　　R，L，C是電子電路及系統(tǒng)的主要元件，R，L，C參數(shù)的測(cè)量方法有電橋法、諧振法、伏安法。伏安法測(cè)量中，有固定軸法和自由軸法兩種，固定軸法要求相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)嚴(yán)格地與標(biāo)準(zhǔn)阻抗電壓的相位相同，對(duì)硬件要求很高，并且存在同相誤差，已很少使用。自由軸法中相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)可以任意選擇，只要求保持兩個(gè)坐標(biāo)軸準(zhǔn)確正交(相差90°)，從而使硬件電路簡(jiǎn)化。常見的自由軸法RLC測(cè)試儀采用模擬相敏檢波器，測(cè)量精度低，速度慢。本文介紹一種基于數(shù)字鑒相的自由軸法RLC測(cè)量電路設(shè)計(jì)。

　　1 系統(tǒng)組成及測(cè)量原理

　　基于數(shù)字鑒相的自由軸法RLC測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，主要由正弦信號(hào)源U0、前端測(cè)量電路、相敏檢波器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、基準(zhǔn)相位發(fā)生器以及鍵盤、顯示電路等組成。

?

　　為了提高信號(hào)源精度，正弦信號(hào)源U0采用直接數(shù)字頻率合成信號(hào)源(DDS)。R0為信號(hào)源內(nèi)阻，RS是標(biāo)準(zhǔn)電阻，Zx為被測(cè)阻抗，A為高輸入阻抗、高增益放大器，主要完成電流一電壓變換功能。測(cè)量時(shí)，開關(guān)S通過程控置于Ux或US端。由圖1有：UX=IOZX，US=-IORS，被測(cè)阻抗ZX為：

?

　　由式(1)可知，只要測(cè)出UX，US在直角坐標(biāo)系中兩坐標(biāo)軸x，y上的投影分量，經(jīng)過四則運(yùn)算，即可求出測(cè)量結(jié)果。

　　圖1中，被測(cè)信號(hào)與相位參考基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過相敏檢波器后，輸出就是被測(cè)信號(hào)在坐標(biāo)軸上的投影分量。相位參考基準(zhǔn)代表著坐標(biāo)軸的方向，為了得到每一被測(cè)電壓(US或UX)在兩坐標(biāo)軸上的投影分量，基準(zhǔn)相位發(fā)生器需要提供兩個(gè)相位相差90°的相位參考基準(zhǔn)信號(hào)。需要指出的是在自由軸法中，相位參考基準(zhǔn)與US沒有確定關(guān)系，可以任意選擇，即x，y坐標(biāo)軸可以任意選擇，只需保持兩坐標(biāo)軸準(zhǔn)確正交90°。UX，US和坐標(biāo)軸的關(guān)系如圖2所示。

?

　　應(yīng)用圖1測(cè)量時(shí)，通過開關(guān)S選擇某一被測(cè)量(如UX)，基準(zhǔn)相位發(fā)生器依次送出兩個(gè)相位相差90°的相位參考基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)相敏檢波器后分別得到UX在兩坐標(biāo)軸上的投影分量U1，U2。類似，當(dāng)開關(guān)S選擇US時(shí)，可分別得到US在兩坐標(biāo)軸上的投影分量U3，U4。各投影分量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器可得對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，再經(jīng)微處理器計(jì)算便得到被測(cè)元件參數(shù)值。