LC仪表。方案、说明

液晶仪表。无线电电子电气工程百科全书

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在无线电业余爱好者的实践中，测量所用无线电元件的参数是实现创建无线电工程或电子综合体时设定的目标的第一个基本步骤。如果不知道“基本砖”的特性，就很难说用它们建造的房子将具有什么特性。在本文中，读者将了解每个无线电爱好者在实验室中都应该拥有的简单测量设备。

所提出的 LC 表的工作原理是基于测量电容器电场和线圈磁场中积累的能量。这种方法首次在业余设计中被描述于[1]中，在随后的几年中，经过微小的修改，它被广泛应用于许多电感和电容计的设计中。在该设计中使用微控制器和 LCD 指示器可以创建一个简单、小尺寸、便宜且易于使用的设备，并且具有相当高的测量精度。使用该设备时，您不需要操纵任何控件，只需连接被测元件并从指示器读取读数即可。

Техническиехарактеристики

测量电容范围......0,1pF...5mkF
测量电感范围......0,1 μH...5 H
测量值的误差，不多，%......±3
电源电压，V ...... 7,5 ... 9
消耗电流，mA，仅此而已...... 15
自动范围选择
软件零
尺寸，毫米......140x40x30

该装置的示意图如图1所示。一

（点击放大）

根据该方案，来自微控制器DD6的引脚1(PB1)的矩形激励电压信号通过三个下部缓冲元件DD2被馈送到装置的测量部分。在高电压电平期间，被测电容器Cx通过电阻R9和二极管VD6充电，在低电压电平期间，通过R9和VD5放电。平均放电电流与测量的电容值成正比，设备使用运算放大器 DA1 将其转换为电压。电容器C5和C7平滑其纹波。电阻器 R14 用于对运算放大器进行精确调零。

当测量高电平时的电感时，线圈中的电流上升到由电阻R10确定的值，而在低电平时，被测线圈的自感电动势产生的电流也馈送到通过VD4和R11接入DA1微电路。

因此，在电源电压和信号频率恒定的情况下，运算放大器输出端的电压与测量的电容或电感值成正比。但这仅适用于电容器在激励电压的一半周期内完全充电并且在另一半周期内完全放电的情况。电感器也是如此。其中的电流应该有时间增长到最大值并下降到零。这些条件可以通过适当选择电阻器R9-R11和激励电压的频率来保证。

与被测元件参数值成正比的电压从运算放大器的输出通过滤波器R6C2馈送到DD1微控制器的内置十位ADC。电容C1是ADC内部参考电压源的滤波器。

电路中的前三个元件DD2以及VD1、VD2、C4、C11用于产生运算放大器工作所需的-5V电压

仪器将测量结果显示在十位七段LCD HG1（KO-4V，泽莱诺格勒Telesystems系列生产）上。 “PANAPHONE”电话中也使用类似的指示器。

为了提高精度，该设备有九个测量子范围。第一子带中的激励电压的频率是800kHz。在此频率下，可测量电容高达约 90 pF 的电容器和电感高达 90 μH 的线圈。在随后的每个子范围，频率分别降低4倍，测量限值扩大相同的倍数。在第九个子范围上，频率为12 Hz，这可以确保测量电容高达5 μF的电容器和电感高达5 H的线圈。仪器自动选择所需的子量程，打开电源后，从第XNUMX个子量程开始测量。在切换过程中，指示器上会显示子带编号，使您可以确定在什么频率下进行测量。

选择所需的子范围后，测量结果以 pF 或 μH 为单位显示在指示器上。为了便于阅读，十分之一 pF (μH) 和 μF (H) 单位之间用空字符空格分隔，结果四舍五入到三位有效数字。

红色 HL1 LED 用作 1,5 V 稳压器，为指示器供电。 SB1按钮用于软件校零，有助于补偿端子和开关SA1的电容和电感。可以通过安装单独的端子来连接被测电感和电容来取消该开关，但这在操作上不太方便。电阻R7设计用于在电源关闭时快速对电容器C9和C10放电。如果没有它，则可以在 10 秒后再次打开，以确保指示器的正确操作，这在操作过程中有些不方便。

除SA1开关外，该器件的所有部件均安装在单面印刷电路板上，如图2所示。 XNUMX.

液相色谱仪

HG1指示灯和SB1按钮从安装侧安装到前面板上。 SA1 开关和输入端子的连线长度不应超过 2 ... 3 cm。VD3-VD6 为高频、低压降二极管，可使用 D311、D18、D20。微调电阻R11、R12、R14小型SPZ-19型。用线电阻代替 R11 是不可取的，因为这会导致测量精度下降。 140UD1208芯片可以替换为其他具有调零电路且可在±5 V电压下工作的运放，K561LN2可以替换为1561、1554、74NS、74AC系列中的任何CMOS芯片，包含六个逆变器，例如74NS14。使用TTL系列155、555、1533等是不可取的。 ATMEL 的 ATtinyl 5L 微控制器没有类似物，并且在不调整程序的情况下不可能用其他类型替换它，例如流行的 AT90S2313。

电容器C4、C5、C11的电容值不应减小。开关 SA1 应较小，并且输出之间的电容应最小。

对微控制器进行编程时，所有 FUSE 位应保留默认值：BODLEVEL=0、BODEN=1、SPIEN=0、RSTDISBL=1、CKSEL1 ...0=00。校准字节必须写入程序的低字节地址 $000F。这将为 1,6 MHz 的时钟频率提供准确的设置，并相应地为测量电路的第一范围 800 kHz 的激励电压频率提供准确的设置。在作者拥有的 ATtinyl 5L 副本中，校准字节为 $8B。

微控制器固件代码

调整时，需要选择几个参数值在设备测量范围内且面值偏差容差最小的线圈和电容器。如果可能，应使用工业 LC 仪表测量它们的准确值。这些将是您的“参考”元素。考虑到仪表的刻度是线性的，原则上一个电容一个线圈就足够了。但最好控制整个范围。 DM、DP 型标准化扼流圈非常适合作为示例线圈。

调整首先将 DA1 芯片调零，用万用表控制其输出电压。该电压应通过电阻器 R0 设置在 5 ... + 14 mV 范围内。电阻R12的滑块应处于中间位置，并且最好将SA1开关与电路板断开，以减少输入的寄生电容。在这种情况下，指示器读数应在 0...3 范围内。然后恢复连接 SA1，按下并释放按钮 SB1。 2 秒后，指示器应显示 0...±1。之后，将示例性电容连接到输入端子，并且通过旋转 R12 滑块，将读数设置为对应于所选电容器的电容的真实值。最低有效数字的价格是 0,1 pF。然后有必要检查整个范围，并在必要时澄清 R12 发动机的位置，力求误差不低于 2 ... 3%。如果刻度末端的读数稍微被低估或高估，调零也是可以接受的。但每次改变R14滑块的位置后，应关闭被测电容器并按下调零按钮。

将设备设置为电容测量模式后，应按照图示将SA1移至下方位置，关闭输入插孔并按SB1。对输入进行零位校正后，连接示例线圈并使用电阻器 R11 设置所需的读数。最低有效数字的价格是 0,1 μH。此时应注意电阻R11的阻值至少为800欧姆，否则应减小电阻R10的阻值。如果 R11 大于 1 kOhm，则必须增大 R10，即 R10 和 R11 的值必须接近。该设置为线圈“充电”和“放电”提供了大致相同的时间常数，从而提供了最小的测量误差。

当测量电容器时，可以毫无困难地实现不低于± 2 ... 3% 的误差，但当测量线圈时，一切都稍微复杂一些。线圈的电感很大程度上取决于许多伴随条件 - 绕组的有源电阻、涡流引起的磁路损耗、磁滞、铁磁体的磁导率与磁场强度呈非线性关系等。线圈测量过程中会受到各种外部场的影响，所有实际的铁磁体都具有相当高的剩余感应值。 [2] 更详细地描述了磁性材料磁化过程中发生的过程。由于所有这些因素，设备在测量某些线圈的电感时的读数可能与工业设备在固定频率下测量复电阻的读数不一致。但不要急于责骂这个设备及其作者。您只需考虑测量原理的特殊性。对于无磁芯的线圈、非封闭磁芯和有间隙的铁磁芯，如果线圈的有功电阻不超过20 ... 30 Ohm，则测量精度是相当令人满意的。这意味着高频器件、开关电源变压器等的所有线圈和扼流圈的电感都可以非常精确地测量。

但测量细线匝数多、无间隙闭合磁路的小尺寸线圈（特别是变压器钢）的电感时，会出现较大误差。但毕竟，在实际设备中，线圈的工作条件可能与测量复电阻时提供的理想条件不相符。例如，笔者拥有的一台变压器的绕组电感，用工业LC表测量，结果约为3H。当仅施加 5 mA 的直流偏置电流时，读数变为约 450 mH，即电感下降了 7 倍！在实际工作的设备中，通过线圈的电流几乎总是具有恒定的分量。所述的仪表显示该变压器的绕组的电感为1,5 Gn。而哪个数字更接近实际工况仍不得而知。

上述所有内容在某种程度上对于所有业余 LC 仪表来说都是正确的，无一例外。只是他们的作者对此保持谦虚的沉默。尤其是由于这个原因，许多型号的廉价万用表都具有电容测量功能，而只有昂贵且复杂的专业设备才能测量电感。在业余条件下，很难制作出一台好的、准确的复阻计，如果你真的需要的话，购买工业复阻计会更容易。如果由于某种原因这是不可能的，我认为所提出的设计可以作为价格、质量和易用性的最佳比例的良好折衷方案。

文学

Stepanov A. 简单的液相色谱仪。 - 广播，1982 年，第 3 期，第 47 页。 48、XNUMX。
Semenov B. 电力电子。 - M.：SOLON-R，2001。

作者：基洛夫 I. Khlyupin

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