小物大用:可跨越七個(gè)數量級的電感及電容測量電路
但是,要想覆蓋這么大的值域,會(huì )稍微有點(diǎn)麻煩,因為要確定被測器件的值,您需要先調節可變電阻器,然后再查看校正曲線(xiàn)上對應的電容值或電感值,而不是直接讀數。 關(guān)于該電路的運行,首先請看圖1中所示的基本原理圖。在圖1a中,方波電壓源驅動(dòng)被測電容器的底部端子。頂部端子電壓為一系列在+5V電源軌上下呈指數衰減的正向和負向脈沖。衰減時(shí)間常數自然為R和CTEST的乘積。同樣地,在圖1b中,方波電壓源饋入被測電感器,從而在+5V電源軌上下引起類(lèi)似的瞬變,此時(shí)衰減時(shí)間常數則等于LTEST/R。在電壓呈指數衰減的過(guò)程中,被占用方波的兩個(gè)半周各自的比例由時(shí)間常數和振蕩周期之間的關(guān)系決定。

圖1:利用變頻方波測量電容器和電感器的基本原理圖。 下面請看圖2所示的完整原理圖。IC1布置成一個(gè)簡(jiǎn)易的施密特觸發(fā)器阻容振蕩器和輸出緩沖器,在這段電路中會(huì )產(chǎn)生方波。其頻率由可變電阻器R9設定,頻率范圍跨越六個(gè)十進(jìn)位電容器的A段到F段。R9應具備線(xiàn)性電阻分布特性,使振蕩器周期隨順時(shí)針軸旋轉而增加。


圖3:R9刻度標記示例圖。 振蕩器范圍開(kāi)關(guān)將覆蓋六個(gè)十進(jìn)制,但最小周期會(huì )受IC1傳輸延遲限制。因此,它能夠從低到高覆蓋A段至F段的六個(gè)數量級的電容值或電感值。將被測元件部署到電路中,找到范圍開(kāi)關(guān)的設置以及輸出1.00V電壓時(shí)的可變電阻器,最后在每個(gè)頻段對應的圖表中查看所測得的值即可。A段的最低可測量值約為10pF或2μH,F段的最高可測量值約為10μF或4H。 若想要對1pF和200nH左右的低元件值進(jìn)行測量,可以采用另一種方法。小偏置元件C1和L1總是在電容或電感測量模式下形成最小的時(shí)間常數,因而當在這些小偏置元件上加入被測器件后,通過(guò)對比外部電壓計上電壓讀數的變化,便可針對極低元件值繪制出另一張校準圖表。 測量上述最低元件值范圍的方法是:首先,通過(guò)使電容器測試夾開(kāi)路或使電感器測試夾短路而將被測元件排除在電路外;然后,將振蕩器的頻率設定在A(yíng)段,并通過(guò)R9對振蕩周期進(jìn)行調整,直到僅靠偏置元件便使電路達到1V的目標電壓值;最后,將被測元件連接到電路中,并觀(guān)察電壓計讀數的變化。通過(guò)查看校準圖表上的偏置電壓,即可確定小元件值。 以下可下載的文件包含一個(gè)刻度盤(pán)示例、一些校準圖表示例以及用來(lái)生成這些示例的gnuplot數據和腳本文件。采用最小二乘法擬合去除了無(wú)功分量中典型的±10%變化后,即可看到測量值與所有頻段下刻度盤(pán)讀數的線(xiàn)性關(guān)系。不同元器件的校準結果可能有所不同,但是您可以編輯數據文件并生成自己的校準圖表。
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