适合爱好者DIY的数字电桥

1、LCR 数字电桥自制方案许剑伟 福建莆田第十中学一、引言：电阻、电感、电容是电子爱好者的根本元件， 它们的主要参数可以使用 LCR 电桥准确测得。 本文充分利用现代单片机内部资源简化电路，尽量采用最普通的器件设计电桥，得到的精度 优于 0.5%进行逐档校准后精度优于 0.3%，总体性能可以满足业余爱好者要求，具有较强 的 DIY 及学习研究价值。二、根本特点创意设计： 将正弦信号发生器、 AD 转换器、 0/90 度方波发生器等，全部利用单片机片内 资源完成，与同类电路相比，电路大为简化。AD 字数： 1000 字，采用了过采样技术，有效分辨力约为 4000 字测量方法： 矢量法，自由轴。主要

2、测量范围： 1欧至 0.2兆欧，精度 0.5%理论，实测比对，均未超过 0.3%有效测量范围： 2毫欧至 10 兆欧，最小分辨力约 0.51毫欧串联剩余误差： 小于 2 毫欧，低阻测量时此误差不可忽略并联剩余误差： 大于 50M 欧，高阻测量时此误差不可忽略Q值误差：土 0.003 Qv0.5, Q/300 Q>2，相对误差简易算法，其它按0.5%左右估算D值误差：土 0.003 D<0.5, D/300 D>2，相对误差简易算法，其它按0.5%左右估算ESR 误差： |Z| / 300电容D、Q测量适用于40pF以上，20pF以下D、Q精度变差很多。 开路、短路清零： 用于

3、高阻及低阻测量。信号源幅度： 峰值 200mV100Hz， 180mV1kHz， 190mV7.8kHz电感：分辨力0.005uH，有效分辨0.02uH，测量范围0.1uH至1000H，超出1000H未测试。电容：分辨力与夹具有关。夹具好的话，可以有效分辨0.05pF，不屏蔽只能分辨到0.1pF，甚至只有1pF。测量上限大于100mF电容。简易夹具参数推荐：7cm至10cm长，0.75平方毫米导线，接上小夹子即可。频率精度：实际频率为99.18Hz、999.45Hz 另一版本976.56Hz、7812.5Hz,简写为100Hz、 1kHz、7.8kHz。由于DDS的频率分辨力有限，所以不采用整

4、数频率。频率精度约为0.03% 由 石英晶振电路决定 。三、LCR 数字电桥的原理 LCR电桥测量原理如图，测定电抗元件Zx中电压Ui与电流I,利用欧姆定律就可以得到Zx =6/1当Zx串联了电阻R,那么测定了 R上压降U2，就可得到 乙二丛 5 R&I U2/R U2可见，无需测量I的具体值，只须计算Ui与U2的比值就可以得到Zx，具有电桥的根本特 征。为了得到Zx在实轴与虚轴上的两个分量，以上计算须采用复数计算。设 Ui = a+jb，U2=c+jd那么 Z =R a jb 二 R(a jb)(c -jd)二 Rac bd j(bc - ad) x c+jdc+jd借助开关式相敏检

5、波器，可别离出 a、b、c、d。检波过程需要一个稳定的0°与90°的正 交方波信号即电压向量图示法的坐标轴，测量期间Ui、U2向量也必须在这个坐标系中保 持稳定。然后控制好放大器的增益，使得 a、b、c、d的读值数字足够大，Zx的测量精度高。通过电子开关切换，Ui与U2的只需由一个毫伏表完成测量。阻抗计算是一个比值计算，所以要求毫伏表高线性，而对精度无特殊要求。分布参数及毫伏表的输入阻抗，并不是很稳定的，因此上图电路在测量高阻抗元件时，通过校准消除误差的效果受到一些影响，误差变大。此外，高阻情况下测量 Ui与U2时，两个 毫伏表须共地，不宜像图中那样浮地测量 Ui，否那么分

6、布参数的影响会更严重。利用 “仪表 三运放差分放大电路，可以把 Ui与U2转换为共地信号。然而，B点对地电压不为零，就 对“仪表三运放的共模抑制能力要求很高，增加电路本钱。为此，本电路仿照经典电路引入了 V/I变换器，上、下臂的中点变为了运放的虚地，以解 决上述问题。详见电路原理图。100k 档本电桥是采用电阻校准幅度和相位的。引入了 V/I变换器，在对高阻档校准有利相位校准时，R = Zx = 100k欧，并联在上下臂的分布电容均只有几个 pF，此外，由于虚地电 位接近于零，所以虚地对地分布电容的分流可以忽略。因此，上下臂电压、电流根本相等， 对称性好，即使不进行相位校准，误差也是小量，校准

7、后，相位误差根本消除。眼说电咀 肮】 SO 睑 l.Ek邸3 20kt-C=lO Kb B.14 33U可选电豌】2.2kIk00+scp-rk-sCB4052S.k 肥】kHi lOOMi 7.613IK£n00Q620EK3UlD?/>TM茁54 |,Q下宵电钮R立站1為4Ra3K2 |I P2 1 F2.Z11145A BCII4052巧1:J丄| 1?IM 13CD90&2限盍电阴 血 e EtimEt3 | K2t I 4EJI BCD4O52'Illi kin'l10k|lOOk| 20 Klb Ik量程指CTXTIHB4IF：l?TL0S4

8、i二B20 lBkB21. 2k00504140B3-D6接 H1.H2.H3；KI至耽置0接通囂置1接通y20kZk <=3iLOk l1=1R52ky婕电阿%字地扌灯主VI474 ±sikTLK4.F&lEk 10s. lEk iOOn 2.7k lOnK22 CS E4 CT 处E C9473 匚11K5=0 > KBU1 j jkliz K5=0 j B0=1 i lOOMiK5=l E9=* *lQn. 'SLk c=ir-R34主473CL210kH35OFOTPLOz lOONi TBkHL*碍£曾占觑8050snOniTOI -4

9、148100kR3 9半1041 =IMC&10k 卜|加 主盟T 6P1.1PI.OF2.016 15 14 13 12 p|.4 PL2I 2 3 4 5 IKM 7 0CD4053PLS Pl .716 IE 14 13 12 PI.6I 2 3 4 S 7 0电子开关按线图100HzB.lkHellT.SkMi 灯P2.0 Pl.SLD5-BiOOOu CaT STlOCki.1K4OD7 lOOOu Sh.I-4 C-sE：CglIOLCrii Rm1, sanRd-8F2.05TC12C5*J&D5220100Hz. 1kHz. 7.813kHz数字电桥上、下臂电压

10、分别通过“仪表三运放缓冲放大后输出，图中两组“三运放分别是 U1A , U1B，U2A和U1C、U1D、U2B。实际上，V/I变换器并不能保证在7.8kHz时虚地对地电压 真正为零尤是在低阻测量时，这就产生了共模干扰信号，所以“三运放电路须有较强的 共模抑制能力。经K3切换上、下臂信号进入下一级放大。要使电桥更精确，上、下臂应使用“同一个毫 伏表进行放大或者不放大直接进行相敏检波。由于本电路AD的分辨力缺乏，保持良好 精度的范围比拟小。为了解决这个问题，后级可控增益对每个量程都启用，这样，各档测量 范围就增加了。启用了可控增益放大器，上下臂电压测量实际上不再使用“同一个毫伏表，因此误差增加大5

11、0%左右。两级可控增益放大分别由U2C和U2D完成，实现9倍和3倍增益切换，组合后得到1、3、 9、27四种增益。图中的3个带通滤波器及R56、C26可以抑制高频干扰，防止运放过载，同时减小工频干 扰，使得末字跳动减小。此外，这一组滤波器对高次谐波有一定的抑制作，对提高7.8k档D值精度有一定帮助。设计滤波器须注意阻抗问题，高阻抗滤波器本身会受到电路板上的附加 耦合的干扰。所以滤波电容的取值大于10nF。DDS滤波器的阻抗也不能设计得太小，道理与 带通滤波器是一样的。电子开关K7构成相敏检波器。检波后输出直流信号，经OP07放大送入单片机进行AD转 换。由于单片机AD输入电压是05V，而5V供

12、电时OP07的摆幅只有3V左右，所以输出 参加3个二极管及100uF电容垫高输出电压，使得摆幅上限接近5V。STC单片机的AD在零 点附近无法正常工作，本电路利用 R37提供偏置电压解决此问题。本LCR电路地线上没有大电流信号，因此对 PCB地线布置没有很严格的要求。LCR所需的信号源由单片机进行 DDS操作实现。DDS信号输出时需要DA转换器，本电 路利用STC单片机的PWM功能实现DA转换，在P1.3 口输出，然后经6阶RC滤波器转换 为正弦波。DDS滤波器能够对1kHz及7.8kHz的三次谐波有效抑制，所以1kHz及7.8kHz两 档的相位精度比100Hz档的精度好一些。开关式相敏检波原

13、理设正弦信号Asin(x+)，为了实现相敏检波，在信号通路上设置一个开关，使之仅导通半 个周期。导通开始时刻为x=0，那么导通期间的平均直流电压是：1 兀-1n 2Ux=Asin(x+6) =A cos(x +)=一 A cos兀JT0 兀当导通开始时刻为x=n /2,平均直流电压是：1 3“/22U yA si门&亠为)A sin ：如果使用复数表达，两个开关信号的相位是相差90度的，组成坐标系。正弦向量在这个坐标的辐角是，模是A,实部是Acos，虚部是Asin，显然，上面正交检波结果与正弦向 量实部、虚部成正比，比例常数 2/ n。因此，对于一个理想开关，控制好开关的导通时序， 以

14、确保稳定，两轴严格相差90度，并且导通时间为1/2个周期，那么就可以别离出正弦信 号的两个正交分量。实际相敏检波器电路的检波效率并不是上述的计算值K=2/ n ,而是K=(2/ n )*2R/(4R+r)，详见下列图:2U = A cos 兀图4检波玆率Acos®2K + 2R + r 7t(4R + r)4R7l(4R +r)LCR开关式相敏检波器的检波效率分析图对于直流，电路由图1变换为图2, r接在交流源的下端与上端是等价的。然后把开关切 换后的两个半周期电流独立分析计算即可。最后得到检波效率是：4RK=4*51/(4*51+20)/3.14=0.29兀(4R +r)开关式相敏

15、检波器具有偶次谐波的抑制能力，但不能消除奇次谐波的干扰。奇次谐波的影 响采用DDS滤波器及算法消除。 DDS信号发生器这是本LCR电桥的关键技术之一，利用它实现了精确的相位控制，并输出正弦波。DDS即“直接数字频率合成器，一般采用专用DDS芯片以取得高性能，如 AD9833等芯片。它 的价格贵，而且是MSOP封装，焊接不易，给DIY带来了一些障碍。此外，AD9833与单片 机结合，实现0度、90度、180度、270度移相的方波也是比拟麻烦的。现在的单片机速度快，可以直接合成音频波形，同时精确输出移相方波。算法原理：正弦函数y = sin(x)，式中相位量x与时间成正比。即相位x随时间而线性增加

16、。先产生随时间线性变化的相位序列 x，同时利用查表法得到sin(x)的值，并利用DAC将 sin (x)的值即时输出。在单片机中设置定时器，每隔dT时间，相位x累加dX，就得到0, dX，2dX，3dX， 的相位序列。每产生一个相位，同时输出相应的正弦函数值si n(x)。DDS方波的算法与正弦波的算法完全相同。输出sin(x)时，同时查表输出方波函数值即可。这就得到了相位关系稳定的正弦波与方波信号。实际程序中，在单片机的内存中存放了方波函数值和正弦波函数值2个查询表，dT中断 来到时，先输出 x 对应的正弦值，接着在另一个端口马上输出 x+0 度或 x+90 度方波函数 值。这样就得到了 L

17、CR电桥所需的两个信号源。当前输出方波是 x+0度还是x+90度，dT中 断期间，不要使用if语句来判断，而应写成“ x+初相变量的形式，防止意外延时，初相变 量是事先设定好的。这样， x+0 度方波与 x+90 度方波之间的相差就是严格的 90 度关系。生 成dT的中断源的优先级应置为最高一级，以保证程序运行期间相位关系稳定。 AD过采样为了克服AD分辨力缺乏的缺点，程序中采用过采样算法提升AD分辨力。DDS除了输出正弦波、0/90度方波，还在P1.1 口输出了 32kHz方波。经R57、C27、C15积分为三角波， 与检波输出的直流信号叠加， 接下来，单片机进行 60次采样并求取平均数作为

18、 AD 转换结果。 AD 分辨力明显提升。负电压 AD 转换STC 自带的 AD 无法进行负电压采集。负电压转换的结果 0，实际上，小于 +13mV 以下的 电压全部转换为0读数。为解决这个问题，用 R37给检波输出参加50mV左右的偏置电压。 那么，当检波输出信号为 0时， AD 本底读数约为 7.5字满度按 1000字计算。当程序检测 到低于 7.5 字的读数，说明输入电压为负值，那么就将相敏检波器开关信号旋转 180度，检 波输出就变成正值， AD 转换器就可以正常工作了。四、元件选配及安装电阻选用 1%精度。信号滤波器相关的电容，使用涤纶或CBB 电容。电源滤波电容使用电解电容和瓷片/

19、独石电容。前端4个220nF电容，通常使用63V以上的涤纶或CBB电容。OP07 直流放大相关的电容，可以使用独石电容如果不介意体积，建议使用涤纶或CBB。R9R12四个2k电阻应使用阻值相同的。先筛选出 4个相差在0.3%以内电阻。然后在 这四个电阻中，取两个相差仅 0.1%以内的电阻做为R9、R12，四个电阻温漂应小于50ppm/K 且温漂一致。R9R12四个10k电阻请使用阻值相同的。先筛选出4个相差在0.3%以内电阻。然后在 这四个电阻中，取两个相差仅0.1%以内的电阻做为R13、R16,四个电阻温漂应小于50ppm/K 且温漂一致。Ra1至Ra4建议使用误差小于 0.3%，温漂小于2

20、5ppm/K的电阻R20、 R21 的比值应为 8:1 ，比值精度应筛选到 0.3%以内，温漂小于 25ppm/KR30、R29的比值应为2:1，比值精度应筛选到0.3%以内，温漂小于25ppm/K这 16个电阻，直接使用 0.1%的精密电阻比拟省事。用 1%精度的金属膜电阻筛选，需进行 温漂测试。比方，可以使用四位半万用表，结合手指加热电阻估测温漂。CD4053、 TL084、TL082 使用频率响应好的，以提升相位精度。焊接是根本功， LCR 表元件多，飞线多，焊接技术不过关， DIY 本电路不易成功。这里讲 到的焊接问题，包括元件引脚顺序、极性的识别，焊接技巧，飞线方法，检查连线正误的技

21、 巧，焊接质量、温度控制等等。这些问题一两天难以上手的，需要一定的时间积累。因此， 从来没有电子 DIY 的朋友，不要用洞洞板制作，建议直接打样 PCB 板。装上单片机之前，请先检查 7805、7905 输出电压是否正常，以免损坏单片机。32MHz 晶振多为三次泛音晶振。如果没有基音晶振而用泛音晶振代用，须进行阻容匹配，防止谐振于基音。即晶振两端对地接上 5pF电容，同时在晶振两端并联一个几十 k的电阻。 用5K、10k、20k、50k、100k电阻并联试验，假设 5k不起振，10k,20k,50k振于32MHz , 100k及以上振于32/3=10.7MHz ,那么并联电阻取20k即可。下载

22、程序时，电脑会显示出晶振 的频率。也可以使用有源晶振，将时钟信号接入单片机的 19脚。无法下载程序时，首先不是 疑心单片机坏了除非在脚单片机第 40脚参加超过5.5V的电压，单片机不容易坏掉的，而 应确认晶振是否正常起振、串口 /USB 下载器、电脑软件是否正常。1kHz的频率输出实为976.56Hz,如果要改成999.45Hz,须更改程序。将程序中所有的977 替换为 1000，然后用 Keil C 重新编译。应使用紧凑模式编译，小模式编译不通过。然后下载 程序，ISP下载软件使用“ STC-ISP V4.80反复上电、断电，STC12C5A60S2内置EEPROM易发生数据丧失问题，校准数

23、据全部变为 -1， LCR 表无法工作。经测试，数据总是在第一扇区丧失。新版程序已把校准参数写入第二 扇区，目前未发现数据丧失问题。如果觉得不平安，建议使用外置EEPROM芯片，只需更改cs_RWchar rw函数，删除原有 EEPROM相关的程序。也可以使用同系列其它型号单片机，如 STC12C5A32S2等。五、菜单使用要点：键名与菜单：1 键一X，2 键一R，3键一L，4键一C，5 键一Q，6 键一F，7 键一Rng, 8 键一MenuMenu+X切换到菜单1, Menu+R键切换到菜单2,菜单 1 Menu+X 键：这是开机启动默认菜单F键：频率切换，100Hz、7.8kHz时，相应指

24、示灯亮起，1kHz时不亮；Rng 键：量程切换键，相应的量程指示灯亮起；X 键：“串联与并联模式切换；C 键：开路、短路清零；L键：取消开路、短路清零开路、短路清零数据同时置 0。进行开路清零时，表笔应开路并等待屏幕稳定显示一般数字乱跳数次后稳定，然后按下C键。清零仅对当前频率及当前量程有效。如果切换了频率或量程，已有的清零数据不被应 用。如果清零不满意，可以再次按下 C键。短路清零与开路清零用法相似，不同的是，表笔 短路时清零。重新开机后，开路、短路清零数据恢复为0值。屏幕共显示4个数，及档位标识。串并联标识电阻电抗第一行第1个，显示为Zs或Zp，分别表示串联法与并联法。接下来两个数表示电阻

25、分量 R 与电抗分量X。在串联模式下，单位显示在行末，两个数值的单位相同。并联模式下，两个 数字都有各自的单位。第二行第1个字母为A或B或C，分别表示100Hz、1kHz、7.8kHz, 第2个字母表示量程，分别是1、2、3、4,代表20R、1k、10k、100k四个档。接来的两个 数表示电容或电感量和 Q值。测量时，先设定频率，测出电抗值。然后根据电抗选择最正确量程。串联时，取R与X绝对值较大的值为主参数，并联时取R与X绝对值较小的值为主参数。主参数在量程电阻附近时， 可以取得较高精度。设量程电阻为 A欧，建议在“ 0.8AV主参数8A之间测量。发果没有合 适的量程，可以采用“ 0.1AV主

26、参数10A选择量程。100k档，测量小于80k的阻抗会出现低阻溢出提示“ Oveflow low本表推存标称精度为 0.5%，测量误差通常不会超过 0.3%，但会有少数可能出现误差在 0.3% “擦边现象，为了得到更可靠的结果，可以采用临近档读数平均，使得读数更可靠。由于 出现 0.3%误差的概率是比拟低的，两次测量中，同时出现0.3%误差的可能性很小，因此，取平均后结果更可靠。校准后，大量实测说明，误差一般是0.1%，少数到达 0.2%，通常无须采用平均法读值。有些电容的容量是随电压而变化的，这时，平均法无效。平均法对 CBB 、涤纶电容有效。 对非NPO的瓷片电容无效，这种电容不是精确的电

27、容，无须精确测量。相反，通过换档测量， 可以测出电容的电压特性。如果被测电抗与量程电阻之间超过20 倍，精度要下降，这时取平均是无效的。提示：表笔开路，显示值乱跳是正常的。大电感器如500H电感，在1kHz以上频率，有的会表现为容抗而不是感抗，这是电 感器的分布电容造成的。本表存在剩余电抗。为此，测量pF级电容，要扣除开路剩余值。假设想直读得到结果，请 使用开路清零法。毫欧电阻、微享电感测量时，应使用四线法，并减去短路剩余值。误差小于 1 毫欧。也 可以使用短路清零法。菜单 2 Menu+C 键， LCD1602 版，使用 Menu+R ： 显示上下桥臂测量所采用的运放增益档位，校准 LCR

28、时会用到。显示为“ up： * dw : * ，其中up表示上臂，dw表示下臂。菜单 3 Menu+L 键：这是调试菜单，屏幕显示 AD 的读值，是电路设计与程序调试的保存菜单。X 键：增益切换键L 键： K3 切换键C键：相位旋转键。相位旋转的顺序是 0度、180度、90度、270度菜单 6 Menu+F ：频率改正菜单。如果使用有源晶振或普通晶振做了阻容匹配，频率精度较高，改正量可 以置零。注意，晶振的频率是无法用软件调整的，本参数只是告诉单片机“晶振的频率改变 了。改正值按如下方法确定：理论频率是 f0 = 62500 / 8 = 7812.5Hz用准确的频率计测量出7.8kHz时TL0

29、81第1脚的输出频率f那么理想修正值为 ( f - f0 ) / f0 * 10000如实测 f = 7817.5，那么修正值应置为 ( 7817.5 - 7812.5 ) / 7812.5 * 10000 = 6用 X 键或 R 键更改参数值， L 键保存。菜单 7(Menu+Rng 键)：这是校准菜单，用 Q 键和 F 键切换各校准项。首次下载时，所有参数的初值为 -1，假设有新版程序更新下载，一般不改变原有参数，是 否改变参数值，与程序设计相关。X 键：数值增加R 键：数值减小L 键：保存键C 键：清零键Q 键：参数切换键，向左F 键：参数切换键，向右Rng 键：显示 /退出测值 首次使

30、用时，请设置好校准参数，否那么 LCR 表无法正常工作。六、校准 LCR 表校准前，请先检查信号源输出的幅度是否正确。100Hz约200mV峰值，1kHz约180mV峰值，7.8Hz约190mV峰值。幅值大了 10%不可 以，小了 10%不要紧。接线无误，100Hz与1kHz档的幅值是确定的，无须调整，7.8kHz档 有可能偏差，请检查，如有较大偏差，请调整 C24 的容量。校准之前，需准备好几个电阻：校准V/I变换器，需四个阻值电阻：20欧、1k、10k、100k校准可控增益放大器，需两个阻值电阻、3.3k、9k欧1k、10k、100k这三个电阻，应使用99xx真值的，不要使用10xx的。前

31、者校准分辨力 是后者的 10 倍。增益状态核对在1kHz和7.8kHz下、分别在相应的档位接入 20、1k、10k、100k被测电阻，上下臂的 可控增益状态必须相同，否那么无法进行幅、相校准。用“ M+R 键进入检查菜单，显示为“ 1， 1或“ 0， 0说明上下桥臂相对平衡，且信号放大采用了同一增益。如果是“1， 0或“0，1说明信号幅度不正确。在1kHz和7.8kHz下，1k档接入9k电阻，应是“ 0, 2，接入3.3k电阻应是“ 0, 1。当信号源的 CD4052 的导通电阻加限流电阻不等于两倍下臂电阻时如导通电阻过大可能引起这个问题，1k档增益态有可能不满足上述要求，此时可调节Rb2电阻

32、或更换CD4052。校准时，不得有开路、短路清零数据。菜单7为调校菜单，如果参数设置乱了，可以连续按5次C键要刚好5次恢复为默认值，再按 L 键保存。首次校准，须恢复默为认值。共 18 个参数，含意如下：Z0、Z1、Z2分别是100Hz、1kHz、7.8kHz下的零点校准值，单位是“字R1X R4X是V/I变换器4个量程的相位补偿值，单位是 0.0005弧度G1XG2X 是 3 倍、 9倍可控增益运放的相位补偿。单位是“ 0.0005弧度R1 R4是V/I变换器4个量程下臂电阻校准。单位是 0.01%G1 G2是3倍、9倍可控增益运放的增益校准。单位是 0.01%phX是1kHz档的相位校准。

33、单位是“ 0.0005弧度。R4b是7.8kHz频率100k档增益校准。G2b是7.8kHz频率9倍放大增益校准。AK 是 AD 非线性改正参数分项校准所有校准中，零点调校是 LCR 表参数准确的前提，是调校的第一步。Menu+Rng进入校准菜单后，用Q 向左或F 向右键切换各参数。X和R键是加、 减数字。 Rng 是进入或退出测值显示状态。 Menu+X 退出校准状态。1、 Z0校准，接入20欧电阻，按Rng进入测量值显示状态，频率、量程档位会自动切换，按 X 或 R 键进行参数增减，使 R 读值为 20 欧，按 Rng 退出。须调校 其它项校准时， Rng、 X、 R 键的用法相同，不再重

34、述。2、Z1校准，接入20R，方法同Z0。须调校3、Z2校准，接入20R，方法同Z0。须调校4、R1 校准，接入已标定的 20 欧电阻，方法同 Z0。5、R1X校准，接入20欧电阻，调到Q值为0。建议校准，通常为0或-16 R2校准，接入已标定的1k欧电阻，校准方法同Z0。7、R2X校准，接入1k欧电阻，调到Q值为0 或调到电抗电抗为0。建议校准，通常为 0 或-18、AK 校准， 12 年 1 月份之前的 STC 片子 AK 置零即可。 12 年 1 月份的 STC 片子 AK取值 5 至 30 之间。接入 25 欧。校准时， AK 不要调得过大， 宁可留一点误差。 因为 AK 过大，可能引

35、起511或512字AD读数时误差变大9、R3校准，接入已标定的10k欧电阻，校准方法同Z0。10、 R3X校准，接入10k欧电阻，调到电容视值为开路剩余电容。须校准，约为311、R4校准，接入已标定的100k欧电阻，校准方法同Z0。12、 R4X校准，接入100k欧电阻，校准方法同R3X。须校准，约为48左右13、 R4b校准，是7.8kHz频率100k档增益补偿。同R4校准，只是频率是在7.8kHz14、G1校准，接入已标定的3.3k欧电阻，校准方法同Z0。15、G1X校准，接入3.3k欧电阻，校准方法同R3X。须校准，约为36左右16、G2校准，接入已标定的9k欧电阻，校准方法同Z0。17

36、、G2b校准，是7.8kHz频率9倍放大增益补偿。同G2校准，只是频率是在7.8kHz18、G2X校准，接入9k电阻，校准方法同R3X。须校准，约为34左右19、 phX校准，是1kHz各档的相位校准。默认值为0。接上1k电阻，在1kHz、1k欧档 测量，如果Q值不为0,可以微调整该参数使 Q值为0,通常调整1字或0字。AK校准，此项校准与STC单片机有关。笔者测试，大字体“ STC 标识的，内部AD 是高线性的，无需此项校准，AK置零即可。2021年开始生产的是小字体“ STC商标的， 内部AD线性度不好，需改正。为了测试AD线性度，先断开R39。取50K多圈电位器从+5V 对地分压得到可调

37、电压源，电位器抽头串联20k左右电阻后接到P1.0 口，电位器抽头接上高位表监视电压。R39+5PkOSTC18k开机10分钟，等待7805热稳定。然后进入Menu+L菜单，调电位器，得到 AD读值与 高位表读值，在EXCEL中列表并计算出全程非线误差用端点连成直线评估非线性误差， 上端点为4.5V，下端点50mV或100mV。12年1月份STC片子，非线性误差可高达26字 满度按1万字计算，集中在2.45V至3V输入之间，且在2.5V左右存在突变，其它电压 输入时，误差小于6字。软件中通过插值法改正非线性误差，插值点详见getAD10函数。12年1月份之前的STC片子，AK置零即可。12年1

38、月份的STC片子，AK取值5至30之间o 1kHz下，20R档四线法接入25欧电阻或10k档接入12.7k电阻，如果误差超过0.1%这个月份的片子有的可误差高达 0.5%，那么需设置 AK 参数，以解决 AD 的非线性问题。以上参数默认值：Z0=76，Z1=76，Z2=70R1X=-1，R2X=0，R3X=3，R4X=48，G1X=36，G2X=34R1 =0，R2 =0，R3 =0，R4= 0，G1 =0，G2 =0，phX=0，R4b=0，G2b=0，AK=0 其中 phX、R4b、G2b 是特殊校准项，建议置零。校准完成后，务必安下 L 键保存。然后按 Menu+X 退出。要注意校准的顺

39、序。零点校准 Z0、Z1、Z2 必须最先校准； R1 校准之后校准 AK ；R2 校 准之后才能校准G1和G2; R4校准后才能校准R4b; G2校准后才能校G2b; R2X校准之后 才能校准G1X和G2X ;而phX、R1、R3、R4、R1X、R3X、R4X是独立的。推建校准顺序： 校 Z0、Z1、Z2,再校 R1、R2、R3、R4,再校 R4b、G1、G2、G2b，再校 RX1、R2X、R3X、 R4X，再校G1X、G2X，最后phX。也可以按默认顺序校准。每次按下按键,蜂鸣器响起会引起测量不稳,所以要等蜂鸣器停响才会稳定。校准Z0、Z1、Z2时，读值跳动比拟多，取平均值即可。相位校准时，

40、剩余值如剩余电容也跳得比拟多，接入电阻越小，跳得越多。R1 校准采用四线法，如果采用二线法，应加上短路剩余电阻。R1X 校准采用四线法，如果采用二线法，建议校准到串联电感为短路剩余电感。 R1X 一 般为 0、 +1 、 -1 。R3X只能校到一两个pF误差，因为跳得比拟多。R4X要尽量校准到0.1pF的精度。如开路3.7pF，接上100k后，也须是3.7pF。可以接 上一个高Q的220pFNPO电容复核，Q值显为999就比拟理想。测量开路剩余时，表笔的 距离要与接入电阻后的距离相同，必要时用尺子量距离。相位校准后，D值误差一般是0.001左右，标称误差可定为0.003。测量Q大于1000的

41、电容，通常显示为999。与高Q电容比对，如果不满意，可以微调 R1X、R2X、R3X、R4X， 通常只微调1字就足够。如果1kHz档测Q不满意，高Q电容达不到999,这时可调整phX， 通常只调整 1 字足够。也可以使用电感验证相位：用 0.38mm的漆包线单层平绕在1寸PVC给水管上，约60 至100圈，此电感10kHz以下不同频率下测得Rs应几乎相同请注意，用220pF以下的NPO独石电容，应测得高 Q 它的Q值可达1000至3000。 CBB/630V电容也可以做为验证电容，Q值通常大于1000。制作开尔文测试夹，屏蔽电缆应选用分布电容小的，以免影响信号源幅相。更换线缆，可能需要重新校准

42、 LCR 表。六、制作要点PCB 或洞洞板布局时，应把数字局部与模拟局部区分开，应防止模拟电路“围绕着单 片机，以减小数字干扰。有时会焊错了，须从双面PCB板上取下元件。这要讲究技巧，以免伤了板子，甚至报废。集成电路更换，应把集成电路脚全部剪下来，然后一脚一脚的取下来。接下来疏通焊盘。在 板子正面，给焊盘补一点点带有松香的焊锡，焊点上亮光。然后再用烙铁加热焊盘熔锡，同 时用竹牙签塞进孔中，只须 1至2秒钟，不伤板子。这个方法速度快，但会在板子正面留下 一些松香。也可以用无用的电阻引脚，在板子反面向正面单方向疏通，此法效果差，但不易 在板子正面留下焊渣。注意处理方法，如果方法不对，把板子弄“花了

43、，仪表准不了。电源变压器使用8V*2 大于5W 或9V*2 小于3W，其中7905与7805无需加散热 器。 220V 输入时，整流输出电压在 9V 至 10V 范围比拟好。电压过高， 7805可能需要加装 散热片，低于 8V 时 7805不能正常工作。没有基音晶振，而使用泛音晶振，易造成无法正确起振或不起振，要调整晶振的并联电 阻。还是不行的，应更换晶振。振于基音，按下键时蜂鸣器声响时间变长了三倍，且 TL082 第一脚输出的频率也降了 3 倍，波形怪异。关键电阻的精度要高一些。详见上文“电阻精度要求 。 除电源滤波相关的电容及电解电容外，其它的电容使用 CBB 或涤纶电容。CD4053或H

44、CF4053使用频响好的不是使用导通电阻低的，有的厂商的4053在零点 附近的检波效率不行。会造成 Z2 校准失败，引起 7.8kHz 档正负电压判断错误，测值完全混 乱。校准后，Z2要大于10,理想的片子，Z2会与Z0、Z1很接近，约为70多。CD4052或HCF4052选用导通电阻在100至500欧的均可。大局部片子都满足要求。芯片最后焊接。 枯燥地区建议防静电焊接。 如果无法确定芯片质量， 相敏检波的 CD4053 及 STC 单片机建议加插座，更换容易。也不要全部加插座，这样做没有多大好处。由于工艺上的问题， DIY 的板子抗潮能力有限，潮湿天气不易到达 0.3%指标，甚至可能 降到

45、1%。南方潮湿地区，建议做好防潮处理。板子上的松香等焊渣，在高度潮湿的天气瓷 砖、家具上面会出水的天气 ，会引起精度下降。 先用木制器具或直接用指甲去除大局部焊渣， 特别是相临焊盘之间的焊渣。再用天那水擦板，抗潮能力明显提升。不要用绵球擦板子，绵 丝会挂在板子上面，肉眼不易看到。如果夹具采用两线法，测试线和线夹总长度应小于15cm，线径采用0.75平方毫米。制作时，应注意 TL082 第 1 脚信号输出的幅值是否在设计规定的范围内。用频响较好的 万用表测量即可。DDS滤波后的输出应是 200mV, 100Hz; 180mV, 1kHz; 180mV, 7.8kHz, 比上面的值小一些不要紧，如

46、果大了 10%就不好，因为，可能造成校准时无法得到对称电桥。 调整7.8kHz的幅度是通过调整运放反应回路的 3.3n电容实现的。通常无须调整。100Hz与 1kHz无需调整，幅值自动准确的。记住这个评估技巧：电阻能够测准，电容与电感自动准。Q值精度要求高的，校准后还需高Q电容比对并微调相位参数。Q>300的，在本表上无法准确测量。要提升Q>300的测值 可信度，建议用CBB/630V电容验证。如果不能显示为 999,只显示为500或更低，此时可 以微调相位参数。电路中的“可选电路是为了提升 100Hz下的相位精度。该频率下，主要用于测量电解 电容，对Q值精度要求不高。如果希望 C

47、BB/630V电容在100Hz下也测出999,可选电路不 可省略。参加可选电路，100Hz的信号幅度下降一些。有的参数乱跳是正常的，软件中没有屏蔽乱跳的参数。选好量程是关键。如果试图用1k欧档去测量0.01欧的电阻，肯定显示乱跳值，应使用 20欧档。电桥的使用细节很多，请参 考成品电桥的用法或说明文档。首次下载程序，电桥是无法工作的。请参考“校准局部。本表可以测到几个毫欧的电 阻，误差约1毫欧，因此，勿忘测试毫欧电阻的测量情况。七、作品实测电阻实测电阻量 程100Hz误差1kHz误差7.8kHz误差备注996.2m20R994.4 ± 4-0.18%995.2 +1-0.10%995

48、.0 ± 1-0.12%四线，串联2.999R20R2.998 ± 0-0.03%2.999 ± 00.00%3.001 +10.07%四线，串联7.503R20R7.499 ± 3-0.05%7.494 ± 1-0.12%7.498 ± 0-0.07%四线，串联10.000R20R9.998 ± 2-0.02%9.999 ± 1-0.01%9.992 ± 1-0.08%四线，串联10.003R20R10.00 +1-0.03%9.995 +1-0.08%9.994 ± 1-0.09%二线，短清

49、19.980R20R19.97 ± 0-0.05%19.97 ± 0-0.05%19.96 ± 0-0.10%二线，短清25.01R20R25.00 +1-0.04%25.01 ± 00.00%24.99 ± 0-0.08%二线，短清50.00R20R50.01 ± 10.02%50.00 ± 00.00%49.98 ± 1-0.04%二线，短清75.07R20R75.09 ± 10.03%75.10 ± 10.04%75.07 ± 10.00%二线，短清100.05R20R100.1

50、 ± 00.05%100.1 ± 00.05%100.0 ± 0-0.05%二线，串联149.48R20R149.5 ± 00.01%149.5 ± 00.01%149.4 ± 0-0.05%二线，串联200.1R20R200.1 +00.00%200.2 ± 00.05%200.0 ± 0-0.05%二线，串联100.05R1k99.94 土 2-0.11%100.0 ± 0-0.05%99.95 ± 2-0.10%二线，串联149.48R1k149.5 ± 00.01%149.5

51、± 00.01%149.6 ± 00.08%二线，串联200.1R1k200.1 ± 00.00%200.2 +10.05%200.4 ± 00.15%二线，串联250.1R1k250.1 +10.00%250.2 ± 00.04%250.5 ± 00.16%二线，串联500.3R1k500.5 +10.04%499.9 ± 0-0.08%499.8 ± 0-0.10%二组，串联749.7R1k750.2 ± 10.07%749.6 ± 1-0.01%749.6 ± 0-0.01%二线

52、，串联919.0R1k919.0 ± 10.00%918.7 ± 0-0.03%918.5 ± 0-0.05%二线，串联999.9R1k999.8 ± 1-0.01%999.9 +10.00%999.6 ± 1-0.03%二线，串联1.9990k1k1.998 ± 0-0.05%1.998 ± 0-0.05%1.998 ± 0-0.05%二线，串联2.997k1k2.999 ± 00.07%2.998 ± 00.03%2.996 +1-0.03%二线，串联5.595k1k5.597 ±

53、 10.04%5.595 ± 00.00%5.590 ± 0-0.09%二线，串联6.189k1k6.193 ± 10.06%6.187 ± 0-0.03%6.184 ± 0-0.08%二线，串联9.003k10k9.003 ± 30.00%9.004 +10.01%8.992 ± 1-0.12%二线，串联9.997k10k9.997 ± 20.00%9.998 +10.01%9.988 ± 1-0.09%二线，串联16.016k10k16.00 +1-0.10%16.01 ± 0-0.04%1

54、5.99 +1-0.16%二线，串联20.01k10k20.01 +10.00%20.00 ± 0-0.05%20.00 ± 0-0.05%二线，串联25.49k10k25.50 ± 10.04%25.50 ± 00.04%25.48 +1-0.04%二线，并联50.01k10k50.08 ± 10.14%50.02 +10.02%49.96 +1-0.10%二线，并联75.07k10k75.10 ± 30.04%75.06 +1-0.01%74.96 ± 1-0.15%二线，并联75.07k100k75.08 ± 20.01%75.04 +0-0.04%75.09 ± 00.03%二线，并联100.06k100k100.0 +1-0.06%100.1 ± 00.04%100.1 ± 00.04%二线，并联199.95k100k200.1 ± 00.08%200.3 +10.18%200.1 +10.08%二线，并联240.2k100k240.4 +10.08%240.3 ± 00.04%240.3 +10.04%二线，并联500.6k100k500.8 ± 20.04%500.9 ± 10.06%500.4 &#