如何正確選用LCR數(shù)字電橋  藍(lán)河電子

無(wú)源元件電阻、電容、電感是zui常被設(shè)計(jì)工程師所用的元器件，但真正了解L、C、R知識(shí)的人不一定很多，根據(jù)中國(guó)臺(tái)灣專業(yè)人士葉正賢的經(jīng)驗(yàn)，在此向各位從事設(shè)計(jì)、維修等技術(shù)的工程師淺談LCR基本知識(shí)。
一、理想的L、C、R：

換句話說(shuō)，在理想狀態(tài)下，相位角(θ)在純電阻下是O℃，在純電容下是-90℃，純電感則為+90℃。
實(shí)際情況下，L、C、R卻不是如此單純，尤其對(duì)L、C而言。
二、中、低頻的L、C等效電路：

因?yàn)橛械刃щ娮?R)的存在，所以電感就不再是+90℃，電容也不會(huì)是-90℃，因此產(chǎn)生了相位角(θ)，以三角函數(shù)來(lái)看：

其中虛部為感抗或容抗，而實(shí)部為阻抗，因?yàn)楦锌古c容抗涉及到頻率，故在不同的工作頻率下就會(huì)得到不同的（θ）值。
了解到電感、電容中如果RS的成份越小(或RP越大)，則此元器件越趨近于理想，這里我們定義了品質(zhì)因數(shù)(Q)及損耗因數(shù)(D)：
Q = 1 / D = 虛功 / 實(shí)功
以串聯(lián)等效電路來(lái)看，若流入固定電流I

因此若RS = 0，則Q 變成無(wú)窮大，相對(duì)的D值 = 0。
并聯(lián)等效電路亦如此類推，于是可以得到一個(gè)結(jié)論：對(duì)元器件而言，Q越大越好，D值越小越好。
三、電容C的一般應(yīng)用：
zui常用的就是從市電進(jìn)來(lái)(AC)要變成直流(交直轉(zhuǎn)換)

市電(AC220V或110V)經(jīng)變壓器后，再經(jīng)橋式整流器，此時(shí)即成為脈動(dòng)直流(暫不考慮電解電容C)。

加上電解電容C后，即可變成直流，

但畢竟C并非理想電容，以串聯(lián)等效電路來(lái)看，且加上負(fù)載RL后

當(dāng)電容充電到峰值后，即會(huì)對(duì)負(fù)載RL放電(放電電流IL)，此時(shí)，在RS上即產(chǎn)生一個(gè)壓降(或功率消耗)，波形變成

因此，原本的直流電壓就會(huì)在上面疊加了一個(gè)交流信號(hào)，即所謂的紋波，而這紋波的大小除與所加上的負(fù)載RL有關(guān)外，也與ESR的大小有關(guān)，如果ESR太大，則紋波變大，同樣，消耗功率也大，這也就是在實(shí)際電路工作時(shí)，有時(shí)在摸電解電容時(shí)會(huì)發(fā)熱的原因，若ESR過(guò)大，則電解電容發(fā)燙,而有冒煙現(xiàn)象??！
所以在設(shè)計(jì)時(shí)建議工程師，須選用LOW ESR電容。換句話說(shuō)，此時(shí)ESR的測(cè)量即成為工程師設(shè)計(jì)時(shí)*的測(cè)量因數(shù)。

亦即當(dāng)C固定，若使用恒流源對(duì)電容C充電，即可產(chǎn)生斜波，當(dāng)然仍須注意C的品質(zhì)。（Q值越大越好，或D值越小越好。）
三、 電感L的一般應(yīng)用
電感就是一組線圈，不管這組線圈有沒(méi)有繞在鐵蕊上，既然是用導(dǎo)線繞成線圈，導(dǎo)線上就會(huì)有內(nèi)阻存在?，F(xiàn)仍以其串聯(lián)等效電路說(shuō)明：

流入電流I，如果RS太大，則消耗功率也大，這是變壓器為什么發(fā)熱的原因。因此，RS的測(cè)量就成為必須的一個(gè)程序。但應(yīng)用的電橋大多為交流電橋，不具備DCR功能，因此便無(wú)法測(cè)出RS值。
 

所測(cè)出來(lái)的值是包含jWLS的ZL而非單純的RS。如何判斷電感的好壞，當(dāng)然RS 要越小越好。（Q值越大或D值越小越好。）
電感的應(yīng)用，同樣利用 ZL = jWL = j2πfL 這個(gè)公式。如果f越大，則感抗越高，便可將高頻的噪聲（Noise）或瞬間的浪涌（Spike） 予以抑制。
綜合L、C，一般電路圖中常見(jiàn)：就是這個(gè)道理。

四、測(cè)量L、C時(shí)容易陷入的誤區(qū)
a. 如何選用并聯(lián)模式（LP、CP）或串聯(lián)模式（LS、CS）。
通常在并聯(lián)模式（LP、CP）時(shí)是采用恒壓方式測(cè)量，而在串聯(lián)模式（LS、CS）是采用恒流方式測(cè)量。(因涉及電路設(shè)計(jì)，實(shí)無(wú)法一一詳談。)故一般針對(duì)小電容、大電感采用的是并聯(lián)模式；大電容、小電感則采用串聯(lián)模式測(cè)量，而其間的差異與D值有關(guān)，轉(zhuǎn)換公式如下所示：

任何元器件都會(huì)有頻率響應(yīng)的問(wèn)題，換句話說(shuō)，如果排除測(cè)量?jī)x器的精度問(wèn)題，那么，在某個(gè)頻點(diǎn)所測(cè)出來(lái)的值即表示這個(gè)元器件在這個(gè)頻點(diǎn)的真正值。換句話說(shuō)，如果工程師想測(cè)量某一個(gè)元器件的值，就必須考慮這個(gè)元器件在電路中的工件頻率是多少，而選擇該頻率或接近的頻率來(lái)測(cè)量，才會(huì)得到該元器件在該電路中的真正值。而從實(shí)際應(yīng)用面來(lái)考慮，可以歸結(jié)出下面結(jié)論供使用者參考。
小電容、小電感 →常用于高頻電路 (測(cè)量時(shí)頻率要高一點(diǎn))
大電容、大電感 →常用于低頻電路 (如市電50Hz或全波整后100Hz則測(cè)量頻點(diǎn)可選在低頻)
c. 如何選用測(cè)量幅度？
測(cè)量幅度的選擇，譬如用在測(cè)量帶有鐵蕊的線圈（電感）時(shí)，因涉及鐵蕊的材質(zhì)，故與頻率點(diǎn)的選擇一樣，須選擇適當(dāng)?shù)姆?，予以測(cè)量。
d. 校正歸零
對(duì)自動(dòng)量程的儀器，在測(cè)量小電容、小電感時(shí)，為追求度，故必須歸零，尤其是利用測(cè)試夾具時(shí)，更須將測(cè)試線所存在的小電容、小電感予以扣除，才能測(cè)量出元器件本身的真正值。一般而言，電容為開(kāi)路時(shí)歸零，電感為短路時(shí)歸零，對(duì)于手動(dòng)量程的儀表也須遵循小電容（CP模時(shí)）開(kāi)路歸零，小電感（LS模式時(shí)）短路歸零的原則。
e.4線對(duì)2線的測(cè)量方法
當(dāng)測(cè)量低阻抗元件時(shí),導(dǎo)線上的電壓跌落會(huì)影響測(cè)量結(jié)果.用4線測(cè)量方法可以消除導(dǎo)線電阻的影響,一般與高精度電壓表和電源使用的方法一致,通過(guò)分離電源和測(cè)試線, 4線技術(shù)自動(dòng)消除壓降的影響.
三、 結(jié)論
綜上所述，在教科書(shū)中所考慮的元件并不能夠說(shuō)明元件本身的特性,元件特性更依賴于環(huán)境,信號(hào)頻率和幅度.這樣LCR電橋除需要測(cè)量范圍廣、反應(yīng)速度快、度高之外，仍須具備頻點(diǎn)選擇、幅度選擇及D值（Q值）、DCR、θ值、ESR值測(cè)量等功能，才不會(huì)在設(shè)計(jì)時(shí)，產(chǎn)生"知其然而不知其所以然"之撼。

UC2851A 10KHZ通用電橋
 

簡(jiǎn)單介紹

■  UC2851A是一款采用技術(shù)平臺(tái)高性能低價(jià)格的低端元器件測(cè)試儀。其采用當(dāng)前zui流行的4.3寸真彩TFT顯示器，使用戶能更直觀，更舒服的讀出測(cè)試結(jié)果。強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)單的操作，50HZ-10KHZ多頻率點(diǎn)以及0.2%的精度可滿足生產(chǎn)線質(zhì)量保證、進(jìn)貨檢驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量要求。

性能特點(diǎn)

■  采用的技術(shù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)*比對(duì)國(guó)外同行產(chǎn)品 ■  4.3英寸真彩TFT顯示器，分辨率480×272 RGB ■  30 Ω, 100 Ω兩種不同信號(hào)源輸出阻抗 ■  關(guān)機(jī)自動(dòng)保存測(cè)試條件，更人性化 ■  簡(jiǎn)體中文，英文可選 ■  內(nèi)建比較器, 1檔分選靈活的合格和不良報(bào)警模式 ■  100多組內(nèi)部?jī)x器設(shè)定供存儲(chǔ)/調(diào)用，U盤(pán)擴(kuò)展500多組 ■  可通過(guò)USB HOST來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器軟件版本的升級(jí)和更新 ■  U盤(pán)拷屏功能保存數(shù)據(jù)更方便,可支持格式FAT16, FAT32文件系統(tǒng) ■  標(biāo)配RS232C、HANDLER、USB HOST，USBCDC，USBTMC，耳機(jī)接口，可選GPIB

技術(shù)參數(shù)

型號(hào) UC2851A【帶1檔報(bào)警】 測(cè)試參數(shù) L,C, R, | Z|, D, Q，X，ESR，θ（Deg），θ（Rad） 測(cè)試頻率 100Hz, 120Hz,1kHz,10kHz 基本測(cè)量準(zhǔn)確度 0.2%  測(cè)試信號(hào)電平 0.1V、0.3V、1V 等效電路 串聯(lián), 并聯(lián) 數(shù)學(xué)功能 百分比偏差 量程方式 自動(dòng), 保持, 手動(dòng)選擇 觸發(fā)方式 內(nèi)部, 手動(dòng), 外部, 總線 測(cè)量速度（≥1kHz） 快速: zui快30次/秒, 中速: 10次/秒, 慢速: 3次/秒 平均次數(shù) 1—255 延時(shí)時(shí)間 0—60s, 以1ms步進(jìn) 校準(zhǔn)功能 開(kāi)路/ 短路 / 負(fù)載 測(cè)試端配置 五端 顯示方式 直讀，Δ%，V/I（被測(cè)電壓/電流監(jiān)視） 顯示器 主副參數(shù)5位顯示，4.3英寸真彩LCD顯示器 輸出阻抗 30 Ω, 100Ω可選擇 顯示范圍 |Z|, R，X，ESR 0.1mΩ — 99.999MΩ C 0.01 pF — 99999uF L 0.01 µH — 99999 H D 0.0001 — 9.9999 Q 0.0001 — 9999.9 θ（Deg） -179.99° — 179.99° θ（Rad） -3.1416 — 3.1416 Δ% -999.99% — 999.99% 其他 比較器功能 1檔分選  UC1062AX 200KHZ數(shù)字電橋   簡(jiǎn)單介紹 ■UC1062AX是一款用于對(duì)各種電子元器件進(jìn)行檢驗(yàn)的多功能元件測(cè)試儀。其采用當(dāng)前zui流行的4.3寸LCD顯示器，使用戶能更直觀，更舒服的讀出測(cè)試結(jié)果。它是一種高速度、測(cè)試范圍寬、5位測(cè)試分辨率的阻抗測(cè)量?jī)x，可滿足生產(chǎn)線質(zhì)量保證、進(jìn)貨檢驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量要求。 性能特點(diǎn) ■  4.3英寸LCD顯示器，更直觀清晰 ■  50 Hz－200 kHz，37個(gè)典型頻率點(diǎn) ■  30 Ω, 100 Ω兩種不同信號(hào)源輸出阻抗 ■  內(nèi)建比較器, 十檔分選及檔計(jì)數(shù)功能 ■  內(nèi)部100組設(shè)定文件，U盤(pán)擴(kuò)展多組測(cè)試文件保存或調(diào)用 ■  可通過(guò)USB HOST來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器軟件版本的升級(jí)和更新 ■  U盤(pán)拷屏功能保存數(shù)據(jù)更方便,可支持格式FAT16, FAT32文件系統(tǒng) ■  標(biāo)配RS232C、HANDLER、USB HOST，可選GPIB 技術(shù)參數(shù) 測(cè)量功能 LCR測(cè)試參數(shù) | Z|, |Y|, C, L, X, B, R, G, D, Q, θ 測(cè)試頻率 50、60、80、100、120、150、200、250、300、400、500、600、800、1K、1.2K、1.5K、2K、2.5K、3K、4K、5K、6K、8K、10K、12K、15K、20K、25K、30K、40K、50K、60K、80K、100K、120K、150K、200K(Hz)，37個(gè)頻點(diǎn) 基本測(cè)量準(zhǔn)確度 0.1% 等效電路 串聯(lián), 并聯(lián) 數(shù)學(xué)功能 值偏差, 百分比偏差 量程方式 自動(dòng), 保持, 手動(dòng)選擇 觸發(fā)方式 內(nèi)部, 手動(dòng), 外部, 總線 測(cè)量速度（≥1kHz） 快速: zui快40次/秒, 中速: 11次/秒, 慢速: 3次/秒 平均次數(shù) 1—255 延時(shí)時(shí)間 0—60s, 以1ms步進(jìn) 校準(zhǔn)功能 開(kāi)路/ 短路/ 負(fù)載 測(cè)試端配置 五端 顯示方式 直讀，Δ，Δ%，V/I（被測(cè)電壓/電流監(jiān)視） 顯示器 5位分辨率，4.3英寸LCD顯示器 測(cè)試信號(hào) 測(cè)試信號(hào)頻率 50 Hz－200 kHz 輸出阻抗 30 Ω, 100Ω可選擇 測(cè)試信號(hào)電平 正常：0.1V、0.25V、0.3V、0.5V、1V 準(zhǔn)確度：10% 顯示范圍 |Z|, R, X 0.01mΩ — 99.999 MΩ |Y|, G, B 0.0001µS — 99.999 S C 0.0001 pF — 9.9999 F L 0.0001 µH — 999.99 H D 0.0001 — 9.9999 Q 0.0001 — 99999 θ (DEG) -179.99º — 179.99 º θ (RAD) -3.14159 — 3.14159 其他 比較器功能 十檔分選功能 存儲(chǔ)器 100組內(nèi)部?jī)x器設(shè)定供存儲(chǔ)/調(diào)用，外部500組 接口 標(biāo)配RS232C、USB HOST，可選GPIB、HANDLER