电桥测试仪的工作原理

电桥测试仪的核心是惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）的扩展原理，通过平衡电路测量电子元件的阻抗参数（电阻 (R)、电容 (C)、电感 (L)、损耗因子 (D)、品质因数 (Q) 等）。其工作流程如下：

1. 四臂电桥结构
   仪器内部构造四个电阻臂（或阻抗臂），其中一个臂连接被测器件（DUT），其余为已知标准元件。
2. 平衡条件
   电桥工作时，通过调节标准元件的值或输出信号频率，使电桥两端的电压差为零（即达到平衡状态）。此时满足：
   [ \frac{Z_1}{Z_2} = \frac{Z3}{Z{DUT}} ]
   其中 (Z_1, Z_2, Z3) 为标准阻抗，(Z{DUT}) 为被测阻抗。
3. 数字信号处理（现代仪器）
   • 信号源：产生正弦波测试信号（频率可调，通常为1Hz至100MHz）。
   • 矢量电压测量：检测DUT两端的电压幅值与相位差。
   • 相敏检波器：分离出阻抗的实部（电阻）和虚部（电抗）。
   • 自动平衡控制：内置反馈电路自动调整参数使电桥快速平衡。

如何使用电桥测试仪（以数字LCR表为例）

操作步骤

1. 准备工作

   • 连接测试夹具（如开尔文夹、同轴探头），确保接地良好。
   • 开机预热（精密测量需等待温度稳定）。

2. 设置参数

   • 测试频率：根据器件类型选择（例：电解电容用100Hz/1kHz，电感用1kHz/10kHz）。
   • 测试信号电平：避免过高电压损坏敏感器件（例：半导体元件使用0.1-1V，功率电感用1V+）。
   • 测量模式：选择并联（(C_p, G)）或串联（(C_s, R_s)）等效模型（高频用并联，低损耗用串联）。

3. 校准（关键步骤！）

   • 开路校准：断开所有被测件，按“OPEN”键消除夹具杂散电容。
   • 短路校准：短接测试端，按“SHORT”键消除引线电阻。
   • 负载校准（可选）：连接标准电阻/电容修正系统误差。

4. 连接被测器件

   • 将DUT固定到夹具，确保接触稳定（接触不良导致数据跳动）。
   • 避免人体接触（人体电容影响高频测量）。

5. 读取数据

   • 直接读取屏幕显示的参数（如 (L=100\,\mu H, Q=50) 或 (C=10\,nF, D=0.01)）。
   • 使用“Δ%”功能比较实测值与标称值偏差。

6. 高级功能

   • 扫描测试：设定频率范围，自动绘制 (Z-f) 或 (Q-f) 曲线。
   • DC偏置：叠加直流电压测试电容（如电解电容的 (C-V) 特性）。

注意事项

• 安全：测量大容量电容前先放电！
• 环境：远离强电磁干扰源（如电源适配器）。
• 温度：高频测量时避免温度波动（影响介电常数）。
• 夹具选择：高频（>10MHz）使用屏蔽同轴夹具降低辐射损耗。

操作实例：
测量1μF陶瓷电容：

1. 选择测试频率1kHz、信号电平1V；
2. 开路/短路校准夹具；
3. 用开尔文夹夹住电容引脚；
4. 读取 (C_s=0.98\,\mu F, D=0.002)（串联等效模型）。

掌握电桥测试仪的关键在于理解阻抗模型的选择逻辑和精确校准操作，通过实践可快速提升测试效率。