數字電橋LCR原理詳解

L:電感(為了紀念物理學家 Heinrich Lenz) ，C: 電容(Capacitor)，R: 電阻(Resistance),LCR 數字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器，這是一個傳統習慣的說法。最早的阻抗測量用的是真正的電橋方法，如下圖:

這個是最早的測量方法

以上就早已淘汰。

LCR數字電橋的基本原理框圖如圖：

這個也是常見的

上圖中:首先由信號源發生一個一定頻率和幅度的正弦交流信號，這個信號加到被測件 DUT上產生電流流到虛地“OV”，由于運放輸入電流為零，所以流過 DUT 的電流完全流過 Rr，最后根據歐姆定律 DUT 的阻抗: Z=-V1*Rr/V2。因為運算放大器虛地功能的引入，使這種測量方法的精度和抗干擾能力產生了質的飛躍。

一言以蔽之，就是通過測量待測元件兩端的電流與電壓（同時記錄相位信息），根據矢量形式的歐姆定律就可以計算得到各種所需參數。 絕大部分LCR數字電橋均有四個被測端，其名字不同廠家的儀器有所區別，國內廠家的儀器一般稱之為HD、LD、HS、LS。這四個端口的含義為： HD: 輸出激勵源正極 LD：輸出激勵源負極 HS: 檢測信號輸入正極 LS: 檢測信號輸入負極 大部分測量單個元件的時候，將HS與HS短接后接到元件正極上；LD與LS短接后接到元件負極上。如圖所示：

圖中IH即上文HD，IL即LD，PH即HS，PL即LS。 不過在某些情況下，需要使用其他的連接方式，比如是德科技在其文檔“高效變壓器/低頻線圈測試”中就介紹了使用LCR數字電橋測量變壓器互感的方法，如圖所示：

此圖是基于其4263B LCR表的，不過對于其他型號的LCR數字電橋應該也可以使用。 除此之外，還有所謂的三端連接法，如圖所示：

簡要介紹一下串聯模型與并聯模型，如圖所示：

圖中等效模型是以電容為例，不過對于電感同樣存在串聯模型與并聯模型。 上面的原理就是簡單的寫寫，我還沒有搞明白。至于用LCR的時候會考慮P，S哪個測量檔，我就放兩個圖就知道。

不同器件需要不同測試頻率的信號進行測量，如電解電容器通常需用 100H、120Hz 進行測量，而薄膜電容器需用 1KHz 或 10kHz 等進行測量，均是根據實際需要而定。一般遵循的原則是，選擇的測試頻率與電容電感的值成反比:

1、大電容和大電感用低的測試頻率，一般來說大電容和大電感(如電解電容幾百 uF 和 mH 級別的)放在100Hz 來測量。

2、小電容和小電感用高的測試頻率，小電容小電感(比如 pF 級別和幾 nH 等)放在 10kHz 以及更高頻率。

若已知一個電容、電感或者電阻大概的值，如何選擇測試條件 ?

1、電阻低于 1K選擇串聯 120HZ(10H)通常稱為直流電阻測量,選擇低頻減小交流影響,選串聯模式減小被測件等效串聯電感的影響 ;

2、電阻大于等于 1K2,選擇并聯 120HZ(100Hz),選擇低頻減少交流影響,選擇“并聯”,是因為測量過程中出現電抗部份,等效為被測件并聯一個電容呈現的高電抗,用并聯模式減小這種影響,如果 Q<0.1,已存在小電容影響3、電容小于 2nF 選擇 選擇串聯 1KHz,選用高的測試信號可提高測試精度,樣能測量大于 1000uF 以上電容

電解電容選擇 100Hz ;

4、電感小于 2mH,用串聯 1KHz,選擇高測試頻率可提高測試精度

5、電感大于 200H,并聯,120Hz,選擇低測試頻率可提高測試精度

小電感

大電感

測量模式