一种自由轴法RLC测量电路设计

引 言

R，L，C是电子电路及系统的主要部件，R，L，C电桥法、谐振法、伏安法是参数的测量方法。伏安法测量中有固定轴法和自由轴法。固定轴法要求相敏检波器的相位参考基准与标准阻抗电压的相位严格相同，硬件要求高，相位误差少。相敏检波器在自由轴中的相位参考基准可以任意选择，只需保持两个坐标轴准确正交(相差90°)，简化硬件电路。常见的自由轴法RLC测试仪采用模拟相敏检波器，测量精度低，速度慢。本文介绍了基于数字相的自由轴RLC测量电路设计。

1 系统组成及测量原理

基于数字鉴相的自由轴法RLC如图1所示，主要由正弦信号源组成U前端测量电路，相敏检波器，A/D由转换器、微处理器、基准相位发生器、键盘、显示电路等组成。

为了提高信号源精度，正弦信号源U直接数字频率合成信号源(DDS)。R0为信号源内阻，RS是标准电阻，Zx被测阻抗，A电流一电压变换功能主要用于高输入阻抗和高增益放大器。测量时，开关S通过过程控制Ux或US由图1组成。UX=IOZX，US=-IORS，被测阻抗ZX为：

由式(1)可知，只要测量UX，US直角坐标系中的两个坐标轴x，y测量结果可以通过四个操作找到。

图1中，测量信号和相位参考基准信号通过相敏检波器后，输出是坐标轴上测量信号的投影重量。为了获得每个被测电压，相位参考基准代表坐标轴的方向(US或UX)基准相位发生器需要在两个坐标轴上提供90个相位差°相位参考基准信号。需要指出的是相位参考基准和自由轴法US没有确定关系，可以随意选择，即x，y可以随意选择坐标轴，只需保持两个坐标轴准确交90°。UX，US与坐标轴的关系如图2所示。

在测量应用图1时，通过开关S选择测量(如UX)，基准相位发生器依次送出两个相位相差90°相位参考基准信号，经相敏检波器分别获得UX两个坐标轴上的投影重量U1，U2。类似地，当开关S选择时US可分别获得时间US两个坐标轴上的投影重量U3，U4。各投影分量经A/D转换器可以获得相应的数字量，然后通过微处理器计算被测元件的参数值。