電容電感測試儀的設計
2020-11-25 電子產品世界
文中針對電容和電感的測量，簡單介紹了關於LC振蕩電路測量電容和電感的設計原理。同時通過實驗證明該方案能進行高頻電感和電容的測量。測量的精度能達到應有要求。
1 測量原理
採用LC振蕩器的振蕩原理，LC振蕩器選擇L或是C參數為固定值。通過LC的組合，振蕩器起振，當測量電容時電感固定，測量電感時電容固定。通過LC振蕩器的頻率計算公式
其中，，可以計算出待測的電容或電感數值。
2 電路工作原理
2．1 電路框圖設計
如圖1所示。框圖包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機部分、顯示部分和鍵盤部分。此系統由STC89C51單片機作為控制核心，輸入切換部分採用雙刀雙擲繼電器完成待測電容或電感的線路切換，振蕩電路工作在放大諧振狀態，頻率有高頻管9018的集電極輸出，由於頻率較高，所以需經過信號分頻，再者由於輸出的電壓幅度大，此處無需再加一級驅動，以74LS393數字分頻晶片，把分頻端級聯實現100分頻，最終信號進入單片機，由單片機計算出頻率，經過算法設計，實現未知電容或電感參數的測定。圖1給出了系統的總體框架圖。
2．2 輸入切換電路
輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實現，主要負責電容和電感的輸入切換，當連接上電容時系統通過繼電器K2，如圖2所示。連接單片機，K2的固定端直接連接單片機的引腳IO3和IO4，常開節點連接待測電容或電感的引腳兩端，並且初始設置兩個引腳一個為邏輯高電平5 V，一個為邏輯低電平0 V，當給K2通電，固定端和常閉端連接，由於IO3和IO4分別為5 V和0 V。電容對直流是開路，所以IO3和IO4電平維持原來的狀態。若為電感，由於電感對直流相當於導線，那麼5 V的IO會被0 V的拉低。兩個IO都為0 V。由此得出沒有短路在一起時，單片機判斷為電容，從而選擇測量電容的方法，此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1，開關撥到上，上為與電容C2並聯，如圖2所示。而短路在一起時，單片機判斷為電感，單片機選擇測量電感的方法，此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1開關撥到下，即與電感L並聯。
2．3 振蕩電路原理
振蕩電路採用LC振蕩電路，振蕩的頻率由L和C確定。振蕩管採用9018，Rb1和Rb2為基極偏置，Rc為限流電阻，電容C1、C2和電感L構成正反饋選頻網絡，反饋信號取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過程中，當測量電感時，輸入電路自動把待測電感Lx並聯到L的兩端。當測量電容時，輸入電路自動把要測量的電容Cx並聯到C1的兩端。
2．4 分頻電路原理
分頻電路採用74LS393數字分頻晶片，分頻端級聯實現100分頻，高頻管9018的集電極輸出振蕩信號，之後把振蕩器輸出的信號100分頻，頻率將降到單片機測量的範圍之內。
2．5 單片機實現電容和電感的計算
當把待測的電容或電感接入時，系統自動進行判斷，根據判斷結果確定算法。當判斷到是電容時，系統計入電容的計算方式，電容的計算方式採用公式
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