DIY数字电桥说明(2)

接问题，包括元件引脚顺序、极性的识别，焊接技巧，飞线方法，检查连线正误的技巧，焊接质量、温度控制等等。这些问题不是一两天就能学会的，需要一定的时间积累。因此，从来没有电子DIY的朋友，请不要制作本电路，建议从基础的开始。

双面PCB板孔洞疏通：电阻位置焊错了，得取出重新焊接。取出后，焊盘被堵，可能造成其它元件（如集成电路）安装不了，这时得疏通焊孔。可以使用“现场”工具来解决：平时剪下来的电阻引线不要扔，在烙铁加热下，把电阻引线穿进洞中。控制好温度，同时让电阻线只往一个方向运动，直到引线取出，这时孔内的焊锡就会被带出来。也可以试试牙签等工具。

焊接鳄鱼夹：把它夹在一个镊子上焊接。焊接这类元件是，一般要对两个待连接端子事先分别上锡。

双面板拆集成：1、引脚集体加热，同时拆。2、烙铁功率小，集体加热不灵。把引脚全部剪断，一脚一脚拆，这是万能的，不伤害PCB板的。

集成电路一般不会焊错，电阻容易焊错。

LCR1.0 PCB板上有一个错误。从PCB板的背面看（没有文字标注的那一面），7805的输入端，引出了两条线，一条接到整流二极管，另一条接到地线去了（长度约0.5cm），显然发生了错误。请把这条0.5cm的线割断，改接到7805的第二脚。

首先安装调的元件是电源部分，而不是其它元件。电源不正常，如输出电压过高，很容易把单片机烧掉，到时就麻烦了。在双面板上取下集成电路，不是很容易。所以，电源调试正常了，再安装其它元件。变压器请使用小功率的，那么调试过程中，万一短路什么的，通常不烧器件的。

电路的元件参数有改动，请按新版PCB的标注安装。

机械开关，按下时启动20欧档输助功能，请注意安装方向。输助开关仅在20欧档才能打开，其它档必须关闭。输助开关是用来扩展20欧档量程下限的。

OP07输出接了一个2k电阻。由于新版电路还利用20欧电阻加了偏置电压，而PCB板是上星期制作的，没有偏置。建议这样解决问题：2k电阻与20欧电阻串联后，变成一个直插元件，插入原来的2k电阻孔，要注意方向，串联体的2k电阻引脚接电源端，20欧电阻接1N4148端。再取100k电阻，从串联体电阻的中间连接头直接飞到104电容，与104电容连接的那个电阻孔可以利用，在PCB板正面飞过去。注意，这个100k电阻两引脚的对地阻抗是不同的，接104电容的那一脚对地是高阻抗的，所以引线要短一点，另一头是低阻抗的，长还是短无所谓。原PCB板上相应的100k电阻也标错了，在7905右边，被标注为1k欧。通过飞线安装100k电阻，PCB板上当然就不要再装这个100k电阻了。

装完后，应检查TL082信号输出是否与设计值相同，偏小10%是可以的。偏大10%则不可以。我试装两台，另一位坛友也试装一台，均一次性达到设计值，无需讨整。

电路中的电源滤波小电容，采用瓷片电容或独石电容。

接P1.0口的那两个104电容，采用体积小的涤纶电容或独电容，用大体积的涤纶电容不一定能装得下。最好，测定一下它的漏电情况，测量方法是：电容一脚接到5V源，另一脚接数字万用表电压档正极，万用表负极接地，数字万用表最终显示的数值小于1mV，说明它的漏电很小。几个mV漏电不要紧。

其它的最好多使用涤纶电容。

除电解电容外，LCR表上的阻容元件的参数，几乎都不能做改动，所有的电阻的阻值关系，不单单是“调试”出来的，它经过了理论的计算与调试验证得到的，如果因为手上没有合适的阻值的元件，而改动参数，多半会影响电桥的精度或可靠性。

一定要看明PCB板上各元件对应电路图中的哪个元件，才能明白哪些电阻要求精确。 全部安装完成后，请进入菜单7，设置参数，否则LCR表无法工作，尤期是零点校准工作。详见“校准”一节。

电阻精度要求：

1、除单片机部分，其它与交流信号有关的，须全部使用1%金属膜电阻，或精度更高的电阻。

2、4个下臂电阻，须筛选到0.1%精度以上。

3、9倍增益切换运放的反馈电阻，2k和16k两电阻，须是8.000倍关系，即不要求电阻精确，要求比值精确，筛选到0.05%精度是比较容易的。

4、3倍增益切换运放的反馈电阻，1k和2k两电阻，须是2.000倍关系，即不要求电阻精确，要求比值精确，筛选到0.05%精度是比较容易的。

5、5倍增益运放的电阻，共有8个，四个2k和四个10k电阻

上臂的2k电阻(负输入)与下臂2k电阻(负输入)，应严格相同，匹配到0.05%至0.1% 上臂的10k电阻(负反馈)与下臂10k电阻(负反馈)，应严格相同，匹配到0.05%到0.1% 上臂的2k电阻(正输入)与下臂2k电阻(正输入)，1%精度，此电阻精度影响共模抑制，对高频大电流很重要

上臂的10k电阻(正接地)与下臂10k电阻(正接地)，1%精度，此电阻精度影响共模抑制，对高频大电流很重要

由于4个下臂电阻，筛选到0.1%精度难度大。所以软件中提供了下臂电阻软件校准功能。电阻误差小于0.5%，就可以被有效的校正，超过0.5%则无法校准。

2制作要点：

关键电阻的精度要高一些。详见上述“电阻精度要求”

电源变压器使用8V*2或9V*2，其中7905与7805无需加散热器。接变压器的排针与接下载线的排针最好区别开，如果不区分，万一把9V电源插到下载线排针，单片机或电路有可能烧毁，当然通常是不会烧的。

接线完成后，检查的关键是：每个IC电源和地线有没有接错。若电源没接错，IC通常不会烧。

飞线多，不小心就会错，所以9V变压器使用小容量的，万一接错或碰电，由于变压器功率不足，反而会保护电路。

单片机的电压不可过高，如果高于5.5V，有危险。比如，不小心加入12V电压，单片机必烧。所以各个IC的供电是关键。

如果夹具采用两线法，测试线和线夹总长度应小于10cm，线径采用0.75平方毫米。 TL082负载能力测试：在信号输出运放的输出端，对地接51欧电阻，三个频率档位下输出的波形不得有失真，直接用示波器观察即可。测试完成后，拆除51欧电阻。没有示波器，此项工作可省略。

制作时，应注意TL082信号输出的幅值，是否在设计规定的范围内。用频响较好的万用表测量即可。

首次下载程序，用“Menu+Rng键”进入校准模式。然后按下五次“C键”以便载入默认参数。最后按下“L键”保存。

DDS滤波后的输出应是200mV，100Hz；180mV，1kHz；190mV，7.8kHz，比上面的值小一些不要紧，如果大了10%就不好，因为，可能造成校准时无法得到平衡电桥。

调整7.8kHz的幅度，是通过调整运放反馈回路的3.3n电容实现的。通常无须调整。100Hz与1kHz，无需调整，幅值肯定是200mV和180mV左右。 四、设计思路

设计此表，前后花费了一个多月的业余时间，更改了多个版本，总体比较满意。 本表主参数精度良好，副参数精度较差。这是表头AD灵敏度不够造成的。因此，如果想测量Q值，当Q值大于100时精度非常低。

本表从一开始就没有在副数上多下功夫，始终坚持采用单片机自带的10bit AD转换器，以便大幅度简化电路结构。

网上流行的俄版电路，其核心部分本表均未采用。

俄版电路采用ICL7135作为AD转换器，精度比STC单片机自带的AD性能好很多。然而，

经过多次计算分析，结论是用自带AD也可以得到优于1%的主参数精度，所以最后放弃ICL7135。设计后期，对电路优化设计，很大程度上泥补了STC单片机AD的不足。， ICL7135的最终精度与芯片质量及积分电路有关，因此要使ICL7135精度达到4位半表头，也不是很容易。7135的几个电容就足已占去半块PCB板。仿制者通常用低压的小电容代替，这种情况，AD转换器本身的精度一般是低于0.05%的，最后得到的LCR表也会低于0.1%精度。当我们对LCR表的精度要求特别高时，对电阻的精度要求也高，精密电阻不好找。综合这些因素，最后选STC自带AD，代价是损失少量主参数精度，同时损失较多副参数精度。 信号源是LCR表的一个核心部件，俄版的正弦信号发生器及0°、90°方波发生器，其综合性能并不会优于本电路，相反，本电路显得非常简单，仅使用了一组RC滤波器及DDS程序就完成了这两种信号的生成。

相对许多其它形式的LC测量电路，相敏检波器是LCR表特有的。本电路采用开关式相敏检波器，性能良好。实测了几个数据，比我预想的要好。比如，小信号用0度轴检波，OP07输出得到293.5mV，用180轴得到-293.0，这当中包含用OP07的输出失调、万用表正反向测量误差0.1mV。OP07输出失调的主要原因是输出端用3个1N4148二极管升压。但从最终数据看，两次测量理论值应是互为相反数，实测仅误差0.5mV（0.2%），大信号时，误差还更小，本表采用满度4500mV表头输出。

本LCR电桥的相敏检波器依靠单个模拟开关实现，可以抑制偶次谐波，但没有奇次谐波抑制能力。开关导通时间是半个基波周期，偶次谐波在半周期内共有整倍数谐波周期，谐波的直流平均值是零。奇次谐波，在半个基波周期内有N倍又1/2个谐波周期，多余的1/2周期的直流平均值不是零。DDS输出的奇次谐波是很小的。对于1kHz和100Hz，理论3次谐波幅值约为DAC分辨率的1/2，相当于-50dB左右。对于7.8kHz，采用DDS时钟的2^n分之一倍，相噪小。由于7.8kHz频率与时钟较接近，PWM型DAC的噪声大，谐波失真较大，所以电路中对DDS输出做了6级针对PWM的RC滤波，最后也使得谐波基本消失（在示波器中，在第5级滤波时，就已经无法发现谐波失真）。

由于来自单片机谐波干扰，有可能造成相敏检波质量下降，电路中的带通滤波器，正好对高次谐波有较强的抑制能力。对于7.8kHz，如果没有这个滤波器，测量小信号时，噪声非常大，很容易造成末级过载。这组7.8kHz的滤波器阻抗不能太高，否则很容易耦合其它信号其它，而影响精度。如果使用16k+1nF，阻抗过高，对于7.8kHz频率时，耦合到的杂散信号足以使精度下降0.3%

控制相敏检波器开关的方波信号，本身也是一种干扰信号，但对于这个低频电桥，它的影响可以忽略。从最终的正交分离能力测试来看，相敏检波器的性能优良，虽然只用了一个

电子开关。 2设计要点：

本LCR表的各级放大器，大多工作在大信号状态，所以要精心设计好放大器，否则容易造成运放过载。

之所以选择大信号，主要还是为了提高抗干扰能力，使得LCR表更容易调试。可以在无屏蔽盒的情况下正常调试。

矿机元件一般都很大个，比如大环天线，直径常常到到1米，用线数十米，天线上的信号也很强。为了更可靠测量，还在电路中加入了带通滤波器。

交流放大器由多级放大器构成，设计时，不论增益开关处于那个状态，应保证第n级运输出信号大于等于第n-1级放大器的输出信号。道理是：当不满足上述条件时，前级可能过载失真，而程序全然不知。在音响系统中，前级调音台过载，可以被电平指示灯显示，也可以被耳朵听出来，这时，我们就可以调大后级功放音量，调小前级调音台的增益，这样就不会失真了。但是，单片机程序没有金耳朵，所以中间级电路本身不得过载，以免造成单片机误判。各运放的最大输出能力相同，所以最好的办法就是后级输出幅度大于等于前级输出，那么过载现象必然引起后级输出过大，进而毫伏表超量程，程序立刻知道电路过载了。 1、表头满度值

表头满度是5.0V，由于OP07运态范围限制及纹波等因素影响，表头满度设计为4.6V，对应950字。 2、相敏检波器增益

检波波器理论灵敏度为2/3.1416*(2*51)/(20+4*51)=0.29倍 3、末级直流放大量设计

末级直流放大量过多，不利于提高信噪比，放大量太少，会造成前级过载。

第三级（U2D运放）信号为A，它的最大不失真的幅度为A0，约为3.5V，取保守值为3.0V，表头满度设计为Vo=4.6V，OP07和相敏检波器的直流总增益是K

当正弦信号达到最大不失幅度A0时，须使表头必须满度，以方便判断是否过载，并充分利用表头分辨率。所以K的合理设计值是A0*K>Vo，算得K>Vo/A0=4.6/3=1.5。类似的，在音频功放中，要使功放得到充分的功率输出，功放的增益K要足够大，使得前级满幅时，功放可以超过最大输出Vo。

实际上，“K=Vo/A0”中的Vo指正弦峰值上限。在正交检波输出后，是Vx和Vy两个量，并不直接输了峰值的Vo，要取模计算才得到Vo。即输入信号的模值达到Vo时被认定为表头满度。

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