CN206557268U - 一种简易电阻电容电感测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种简易电阻电容电感测试仪，包括测量电路、FPGA，所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的恒流源电路及用于测量电感的LC振荡电路。利用恒流源给电阻供电，再通过高精度AD采样得到电阻两端电压值，运用欧姆定律计算出电阻值。利用恒流源对待测电容进行充电，通过测量电容充电到一定电压时所需的时间，计算出电容的值。利用已知电容，将电感接入电路组成LC振荡电路，利用DDS产生正弦信号作为输入，当产生谐振时输出信号幅度最大，此时即可得到振荡频率，计算出电感值。本实用新型具有简易经济的特点，巧妙运用Howland电流泵，用简单的硬件电路和软件搭建完成了简易电阻电容电感的测量且系统稳定。

Description

一种简易电阻电容电感测试仪

技术领域

本实用新型属于电子仪器测试技术领域，特别是涉及电阻电容电感综合性测试仪。

背景技术

随着现代化进程的加快和深入，电子元器件的使用也越来越广泛，不仅在实验室中，生活中也需要使用、维修和测试一些电子设备，迫切的需要一种使用方便、制作简易以及精度高量程大的电阻电容电感综合性测试仪器。而现在市场上，测试仪器不是功能不全面，就是精度或者量程达不到使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种使用方便、制作简易以及精度高量程大的电阻电容电感测试仪。

为了实现上述目的，其技术解决方案为：

一种简易电阻电容电感测试仪，包括测量电路、FPGA，所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的恒流源电路及用于测量电感的LC振荡电路；其中恒流源的输出Io接待测电阻Rx以及电容测量电路中模拟开关TSSA3159的NO端；

所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的恒流源电路及用于测量电感的LC振荡电路，输出接FPGA；

所述的电阻测量电路包括三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、以及AD芯片ADS1118，电阻测量采用恒流源基于欧姆定律利用欧姆定律线性化；

其中REF5020的输出通过电阻R1、R6、R7构成的分压电路接U1的反相输入端，U1的同相输入端通过电阻R2接地，U1的输出端、U3的同相输入端通过电阻R5接待测电阻Rx，U3的反相输入端接其输出端，U3的输出端通过R4接U1的同相输入端，U2的反相输入端接其输出端，U2的输出端通过电阻R3接U1的反相输入端，U2的同相输入端接ADS1118的AIN0，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制；

所述电容测量电路与电阻测量电路公用三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、比较器TLV3501、模拟开关TSSA3159，电容采用恒流源实现了电容容值与充电时间的线性化关系；

其中恒流源信号Io由模拟开关TSSA3159的NO端输入，模拟开关的COM端接待测电容Cx，模拟开关的IN端接到FPGA，比较器TLV3501的反相端接电压参考芯片REF5020输出端，同相端接模拟开关的COM端，输出端接到FPGA；通过在FPGA内预置电压值，并在电容开始充电的时刻开始计时，当电容充电电压达到预置电压时，停止计时，此时间即为电容充电时间。

所述的LC振荡电路包括均方根直流转换器AD637，型号为OPA277的放大器U4、U5，以及AD芯片ADS1118；

正弦信号由待测电感L1一端输入，电感L1的另一端通过电容C1接放大器U5同相端，U5反相端接其输出端，U5输出端接均方根直流转换器AD637的VIN，均方根直流转换器的Vo，Cav之间并联电容C2和C3后与其DIN端相连后再接入放大器U4的同相端，U4的反相端接其输出端，U4的输出端接ADS1118的AINO，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制。

本实用新型的有益技术效果：可分档测量电阻范围达到1Ω-10MΩ，精度不低于0.5％。通过恒流源对电容进行充电，再利用FPGA测量充电时间，根据电流大小和充电时间计算出电容值，测量范围可达1uF-1nF，精度达到1％。运用LC振荡原理获得LC谐振时的频率即可计算出电感值，测量范围达100μH-10000μH，精度达3％。整个系统稳定且精度较高，电路搭建简单易操作。本系统和其他技术相比，具有简易经济的特点，巧妙运用Howland电流泵，用简单的硬件电路和软件搭建完成了简易电阻电容电感的测量且系统稳定。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

图2为本实用新型中涉及的恒流源电路图。

图3为本实用新型中涉及的电阻测量电路图。

图4为本实用新型中涉及的电容测量电路图。

图5为本实用新型中涉及的电感测量电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种简易电阻电容电感测试仪，包括测量电路、FPGA，所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的Howland恒流源电路(参见图2)及用于测量电感的LC振荡电路；其中恒流源的输出Io接待测电阻Rx以及电容测量电路中模拟开关TSSA3159的NO端(电容测量电路的输入)；利用Howland恒流源给电阻供电，再通过高精度AD采样得到电阻两端电压值，运用欧姆定律计算出电阻值；利用Howland恒流源对待测电容进行充电，通过测量电容充电到一定电压时所需的时间，计算出电容的值；利用已知电容，将电感接入电路组成LC振荡电路，利用DDS产生正弦信号作为输入，当产生谐振时输出信号幅度最大，此时即可得到振荡频率，计算出电感值。

如图3所示，所述的电阻测量电路包括三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、以及AD芯片ADS1118，电阻测量采用恒流源基于欧姆定律利用欧姆定律线性化；

其中REF5020的输出通过电阻R1、R6、R7构成的分压电路接U1的反相输入端，U1的同相输入端通过电阻R2接地，U1的输出端、U3的同相输入端通过电阻R5接待测电阻Rx，U3的反相输入端接其输出端，U3的输出端通过R4接U1的同相输入端，U2的反相输入端接其输出端，U2的输出端通过电阻R3接U1的反相输入端，U2的同相输入端接ADS1118的AIN0，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制；

如图4所示，所述电容测量电路与电阻测量电路公用三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、比较器TLV3501、模拟开关TSSA3159，电容采用恒流源实现了电容容值与充电时间的线性化关系；

其中恒流源信号Io由模拟开关TSSA3159的NO端输入，模拟开关的COM端接待测电容Cx，模拟开关的IN端接到FPGA，比较器TLV3501的反相端接电压参考芯片REF5020输出端，同相端接模拟开关的COM端，输出端接到FPGA；通过在FPGA内预置电压值，并在电容开始充电的时刻开始计时，当电容充电电压达到预置电压时，停止计时，此时间即为电容充电时间。

如图5所示，所述的LC振荡电路包括均方根直流转换器AD637，型号为OPA277的放大器U4、U5，以及AD芯片ADS1118；

正弦信号由待测电感L1一端输入，电感L1的另一端通过电容C1接放大器U5同相端，U5反相端接其输出端，U5输出端接均方根直流转换器AD637的VIN，均方根直流转换器的Vo，Cav之间并联电容C2和C3后与其DIN端相连后再接入放大器U4的同相端，U4的反相端接其输出端，U4的输出端接ADS1118的AINO，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制。

本实用新型的具体实现方法如下：

1.测量电阻：利用Howland恒流源给电阻供电，再通过高精度AD采样得到电阻两端电压值，运用欧姆定律计算出电阻值。为保证在大范围内的测量精度，且满足AD采样精度较准的电压输入范围，要求恒流源电流较小。选取2V参考电压经过分压后作为恒流源参考电压，保证电流在0.1mA以下。根据欧姆定律得出

2.电容测量：利用Howland恒流源对待测电容进行充电，通过测量电容充电到一定电压时所需的时间，计算出电容的值。根据Q＝UC可知，由此可得测出充电Δt，即可计算出电容值。因此采用TLV3501控制电容的充电电压，比较器的正输入端与电容一侧相连，负输入端接基准芯片REF5020。单片机控制继电器接通电路，电容开始充电，同时单片机开始计时，当电容充电至2V时，TLV3501产生一个上升沿脉冲送入单片机，单片机停止计时，从而得到充电时间，算得电容值。

3.电感测量：利用已知电容，将电感接入电路组成LC振荡电路。利用DDS产生正弦信号作为输入，当产生谐振时输出信号幅度最大，此时即可得到振荡频率，计算出电感值。根据当LC回路的信号频率恰好为谐振频率时输出电压幅值最大。因此以DDS产生的正弦信号为输入，以扫频的方式找到输出电压最大的频率值，即为谐振频率，再根据公式即可计算出电感值

本实用新型所涉及到的方法或软件均为现有技术，不属于本实用新型的创新内容，本实用新型只对硬件进行改进与创新。

Claims (1)

1.一种简易电阻电容电感测试仪，其特征在于：包括测量电路、FPGA，所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的恒流源电路及用于测量电感的LC振荡电路；其中恒流源的输出Io接待测电阻Rx以及电容测量电路中模拟开关TSSA3159的NO端；

所述的测量电路包括三个运算放大器构成的用于测量电阻电容的恒流源电路及用于测量电感的LC振荡电路，输出接FPGA；

所述的电阻测量电路包括三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、以及AD芯片ADS1118；

其中REF5020 的输出通过电阻R1、R6、R7构成的分压电路接U1的反相输入端，U1的同相输入端通过电阻R2接地，U1的输出端、U3的同相输入端通过电阻R5接待测电阻Rx，U3的反相输入端接其输出端，U3的输出端通过R4接U1的同相输入端，U2的反相输入端接其输出端，U2的输出端通过电阻R3接U1的反相输入端，U2的同相输入端接ADS1118的AIN0，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制；

所述电容测量电路与电阻测量电路公用三个型号为OPA277的放大器U1、U2、U3构成的恒流源电路，还包括电压参考芯片REF5020、比较器TLV3501、模拟开关TSSA3159；

其中恒流源信号Io由模拟开关TSSA3159的NO端输入，模拟开关的COM端接待测电容Cx，模拟开关的IN端接到FPGA，比较器TLV3501的反相端接电压参考芯片REF5020输出端，同相端接模拟开关的COM端，输出端接到FPGA；

所述的LC振荡电路包括均方根直流转换器AD637，型号为OPA277的放大器U4、U5，以及AD芯片ADS1118；

正弦信号由待测电感L1一端输入，电感L1的另一端通过电容C1接放大器U5同相端，U5反相端接其输出端，U5输出端接均方根直流转换器AD637的VIN，均方根直流转换器的Vo，Cav之间并联电容C2和C3后与其DIN端相连后再接入放大器U4的同相端，U4的反相端接其输出端，U4的输出端接ADS1118的AINO，ADS1118的SCLK，CS，DOUT/DRDY，DIN接入FPGA进行控制。