LC振荡电路测量电容和电感的设计原理介绍

文中针对电容和电感的测量，简单介绍了关于LC振荡电路测量电容和电感的设计原理。同时通过实验证明该方案能进行高频电感和电容的测量。测量的精度能达到应有要求。

　　1 测量原理

　　采用LC振荡器的振荡原理，LC振荡器选择L或是C参数为固定值。通过LC的组合，振荡器起振，当测量电容时电感固定，测量电感时电容固定。通过LC振荡器的频率计算公式

　　其中，

　　，可以计算出待测的电容或电感数值。

　　2 电路工作原理

　　2.1 电路框图设计

　　如图1所示。框图包括输入切换部分、振荡部分、分频部分、单片机部分、显示部分和键盘部分。此系统由STC89C51单片机作为控制核心，输入切换部分采用双刀双掷继电器完成待测电容或电感的线路切换，振荡电路工作在放大谐振状态，频率有高频管9018的集电极输出，由于频率较高，所以需经过信号分频，再者由于输出的电压幅度大，此处无需再加一级驱动，以74LS393数字分频芯片，把分频端级联实现100分频，最终信号进入单片机，由单片机计算出频率，经过算法设计，实现未知电容或电感参数的测定。图1给出了系统的总体框架图。

　　2.2 输入切换电路

　　输入切换电路使用双刀双掷继电器实现，主要负责电容和电感的输入切换，当连接上电容时系统通过继电器K2，如图2所示。连接单片机，K2的固定端直接连接单片机的引脚IO3和IO4，常开节点连接待测电容或电感的引脚两端，并且初始设置两个引脚一个为逻辑高电平5 V，一个为逻辑低电平0 V，当给K2通电，固定端和常闭端连接，由于IO3和IO4分别为5 V和0 V。电容对直流是开路，所以IO3和IO4电平维持原来的状态。若为电感，由于电感对直流相当于导线，那么5 V的IO会被0 V的拉低。两个IO都为0 V。由此得出没有短路在一起时，单片机判断为电容，从而选择测量电容的方法，此时通过单片机对IO1脚的设置把另一个双刀双掷开关K1，开关拨到上，上为与电容C2并联，如图2所示。而短路在一起时，单片机判断为电感，单片机选择测量电感的方法，此时通过单片机对IO1脚的设置把另一个双刀双掷开关K1开关拨到下，即与电感L并联。

4 实际测量数据及其分析

　　4.1 提高测量精度的方法

　　采用该系统进行电容和电感的测量，由于元器的热稳定性和外界对电路的干扰影响，测量的结果会有所跳动，是因为三极管的结电容随着温度的变化而变化，从而影响测量结果，这也是电容三点式振荡电路不稳定的关键原因。基于以上原因，在测量过程中可以采用多次测量求平均值的方法提高测量精度。

　　4.2 实际测量

　　电路的固定参数如下：Rb1=10 kΩ，Rb2=10 kΩ，Rc=4 kΩ，Re=4.7 kΩ，Cb=1μF，Ce=0.1μF，选择不同的电容分别测试3次，得到表1。选择不同的电感分别测试3次，得到表2。由表得出测量值与标称值几乎接近，表明系统设计方案的正确性，满足一般的实验室和工程设计用到的电子元器件参数测试精度要求。

　　5 结束语

　　本系统采用单片机和振荡器起振的组合，计算电容和电感值。系统拥有比较智能的测量方法和简易的操作方法。单片机进行全自动的判断和测量，通过单片机的IO口判断来确认所要测量的对象。然后进行频率的测量和测量结果的计算，最终计算出被测对象的真实值。该系统通过相应的实验和实际的测量，能准确地测量电容和电感的数值，测量范围为0.001～22μF和0.01～100 mH，测量精度在5%以内。