数字电桥LCR原理详解

L:电感(为了纪念物理学家 Heinrich Lenz) ，C: 电容(Capacitor)，R: 电阻(Resistance),LCR 数字电桥就是能够测量电感，电容，电阻，阻抗的仪器，这是一个传统习惯的说法。最早的阻抗测量用的是真正的电桥方法，如下图:

这个是最早的测量方法

以上就早已淘汰。

LCR数字电桥的基本原理框图如图：

这个也是常见的

上图中:首先由信号源发生一个一定频率和幅度的正弦交流信号，这个信号加到被测件 DUT上产生电流流到虚地“OV”，由于运放输入电流为零，所以流过 DUT 的电流完全流过 Rr，最后根据欧姆定律 DUT 的阻抗: Z=-V1*Rr/V2。因为运算放大器虚地功能的引入，使这种测量方法的精度和抗干扰能力产生了质的飞跃。

一言以蔽之，就是通过测量待测元件两端的电流与电压（同时记录相位信息），根据矢量形式的欧姆定律就可以计算得到各种所需参数。 绝大部分LCR数字电桥均有四个被测端，其名字不同厂家的仪器有所区别，国内厂家的仪器一般称之为HD、LD、HS、LS。这四个端口的含义为： HD: 输出激励源正极 LD：输出激励源负极 HS: 检测信号输入正极 LS: 检测信号输入负极 大部分测量单个元件的时候，将HS与HS短接后接到元件正极上；LD与LS短接后接到元件负极上。如图所示：

图中IH即上文HD，IL即LD，PH即HS，PL即LS。 不过在某些情况下，需要使用其他的连接方式，比如是德科技在其文档“高效变压器/低频线圈测试”中就介绍了使用LCR数字电桥测量变压器互感的方法，如图所示：

此图是基于其4263B LCR表的，不过对于其他型号的LCR数字电桥应该也可以使用。 除此之外，还有所谓的三端连接法，如图所示：

简要介绍一下串联模型与并联模型，如图所示：

图中等效模型是以电容为例，不过对于电感同样存在串联模型与并联模型。 上面的原理就是简单的写写，我还没有搞明白。至于用LCR的时候会考虑P，S哪个测量档，我就放两个图就知道。

不同器件需要不同测试频率的信号进行测量，如电解电容器通常需用 100H、120Hz 进行测量，而薄膜电容器需用 1KHz 或 10kHz 等进行测量，均是根据实际需要而定。一般遵循的原则是，选择的测试频率与电容电感的值成反比:

1、大电容和大电感用低的测试频率，一般来说大电容和大电感(如电解电容几百 uF 和 mH 级别的)放在100Hz 来测量。

2、小电容和小电感用高的测试频率，小电容小电感(比如 pF 级别和几 nH 等)放在 10kHz 以及更高频率。

 若已知一个电容、电感或者电阻大概的值，如何选择测试条件 ?

1、电阻低于 1K选择串联 120HZ(10H)通常称为直流电阻测量,选择低频减小交流影响,选串联模式减小被测件等效串联电感的影响 ;

2、电阻大于等于 1K2,选择并联 120HZ(100Hz),选择低频减少交流影响,选择“并联”,是因为测量过程中出现电抗部份,等效为被测件并联一个电容呈现的高电抗,用并联模式减小这种影响,如果 Q<0.1,已存在小电容影响3、电容小于 2nF 选择 选择串联 1KHz,选用高的测试信号可提高测试精度,样能测量大于 1000uF 以上电容

电解电容选择 100Hz ;

4、电感小于 2mH,用串联 1KHz,选择高测试频率可提高测试精度

5、电感大于 200H,并联,120Hz,选择低测试频率可提高测试精度

小电感

大电感

测量模式

 

　　审核编辑：汤梓红