DIY集电容、电感和频率测量为一体的仪器
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在平时的工作中,有时候我们需要测试一下电感、电容还有小信号的频率,为了方便,今天我给大家介绍一个利用单片机STC89C52/AT89S52为主控的,集合以上三种功能的神器。以下是详细制作过程。
我初步给这个产品划定的测量范围是:
电感测量范围: 0.1μH--------1H
小电容测量范围: 1pF-------2.2μF(非电解电容)
频率测量范围: 50Hz------400KHz(可测小信号)
电解电容测量范围: 0.5μF--12000μF(电解电容、非电解电容均可)
在开始制作之前,先给大家讲解一下测量原理:
1、小电容、电感测量原理:
电路是一个由LM393(U3A)组成的LC振荡器。由单片机测量LC震荡回路的频率F1,然后根据标准电容C1【原理图中的Cref】出电感L1的值。
这里电容器C1的容量的精确程度,基本上决定了整个测量过程的精度。应该选用稳定性好精度高的电容器,网上一般推荐使用云母电容器,买不到的话,独石或CBB的也都可以将就用。
电容Cx、电感Lx的值,分别用下列式子计算:
其中,F1是固有频率,F2是接入测试电容、电感后的频率。
2、电解电容测量原理:
电解电容的测量是基于对RC电路的时间常数的计算,电容的充电速度与R和C的大小有关,R与C的乘积越大,充电时间就越长。这个RC的乘积就叫做RC电路的时间常数τ,即τ=R?C。若R的单位用欧姆,C的单位用法拉,则τ的单位为秒。
图示曲线可以得到充电过程的一般规律:Uc是按指数规律上升的,Uc开始变化较快,以后逐渐减慢,并缓慢地趋近其最终值,当t=τ时,Uc=0.632E (E为电源电压);本测量仪就是利用单片机测量Uc=0到0.632E这段时间,用下列式子计算计算被测电容值:
电路由比较器U1B,放电晶体管Q1、Q2等组成。设定比较器正输入端为Uc,(Uc=0.632E,调节Rref获得),反向输入端接被测电容CEx,当单片机P15引脚为低电平时,电容放电。注意51单片机引脚的拉电流很小,不能直接驱动Q1,否则放电时间会很长。当单片机P15引脚为高电平时,电容充电,当充电到Uc时,比较器翻转,触发单片机外部中断0,通过测得的充电时间和充电电阻的大小可以计算出电容大小。
原理图如下图所示:
上图中,Btn1是单片机复位按钮;Btn2是校准按钮,在测量小电容时候可以随时按下清零显示;Btn3是功能切换按钮,用来在测量LCF(频率、小电容、电感)和测量电解电容之间切换。
图中的三个双刀双掷开关用来切换测量,S1在L、C(小电容)之间切换,S2在频率与LC之间切换,S3在大电解和小电解之间切换;单片机能够根据开关的状态和按钮Btn3自动判断测量的类型。
另外,Fx、Cx、Lx共用了一个GND端子,电路板上四个端子紧挨在一起,也可以多加GND端子,不共用,布线时可以根据实际情况灵活处理。