文中針對電容和電感的測量，簡單介紹了關(guan) 於(yu) LC振蕩電路測量電容和電感的設計原理。同時通過實驗證明該方案能進行高頻電感和電容的測量。測量的精度能達到應有要求。

　　1 測量原理

　　采用LC振蕩器的振蕩原理，LC振蕩器選擇L或是C參數為(wei) 固定值。通過LC的組合，振蕩器起振，當測量電容時電感固定，測量電感時電容固定。通過LC振蕩器的頻率計算公式

　　

 

　　其中，

　　

 

　　，可以計算出待測的電容或電感數值。

　　2 電路工作原理

　　2.1 電路框圖設計

　　如圖1所示。框圖包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機部分、顯示部分和鍵盤部分。此係統由STC89C51單片機作為(wei) 控製核心，輸入切換部分采用雙刀雙擲繼電器完成待測電容或電感的線路切換，振蕩電路工作在放大諧振狀態，頻率有高頻管9018的集電極輸出，由於(yu) 頻率較高，所以需經過信號分頻，再者由於(yu) 輸出的電壓幅度大，此處無需再加一級驅動，以74LS393數字分頻芯片，把分頻端級聯實現100分頻，最終信號進入單片機，由單片機計算出頻率，經過算法設計，實現未知電容或電感參數的測定。圖1給出了係統的總體(ti) 框架圖。

　　

 

　　2.2 輸入切換電路

　　輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實現，主要負責電容和電感的輸入切換，當連接上電容時係統通過繼電器K2，如圖2所示。連接單片機，K2的固定端直接連接單片機的引腳IO3和IO4，常開節點連接待測電容或電感的引腳兩(liang) 端，並且初始設置兩(liang) 個(ge) 引腳一個(ge) 為(wei) 邏輯高電平5 V，一個(ge) 為(wei) 邏輯低電平0 V，當給K2通電，固定端和常閉端連接，由於(yu) IO3和IO4分別為(wei) 5 V和0 V。電容對直流是開路，所以IO3和IO4電平維持原來的狀態。若為(wei) 電感，由於(yu) 電感對直流相當於(yu) 導線，那麽(me) 5 V的IO會(hui) 被0 V的拉低。兩(liang) 個(ge) IO都為(wei) 0 V。由此得出沒有短路在一起時，單片機判斷為(wei) 電容，從(cong) 而選擇測量電容的方法，此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個(ge) 雙刀雙擲開關(guan) K1，開關(guan) 撥到上，上為(wei) 與(yu) 電容C2並聯，如圖2所示。而短路在一起時，單片機判斷為(wei) 電感，單片機選擇測量電感的方法，此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個(ge) 雙刀雙擲開關(guan) K1開關(guan) 撥到下，即與(yu) 電感L並聯。

　　

 

　　2.3 振蕩電路原理

　　振蕩電路采用LC振蕩電路，振蕩的頻率由L和C確定。振蕩管采用9018，Rb1和Rb2為(wei) 基極偏置，Rc為(wei) 限流電阻，電容C1、C2和電感L構成正反饋選頻網絡，反饋信號取自電容C2兩(liang) 端。該電路也稱為(wei) 電容3點式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過程中，當測量電感時，輸入電路自動把待測電感Lx並聯到L的兩(liang) 端。當測量電容時，輸入電路自動把要測量的電容Cx並聯到C1的兩(liang) 端。

　　2.4 分頻電路原理

　　分頻電路采用74LS393數字分頻芯片，分頻端級聯實現100分頻，高頻管9018的集電極輸出振蕩信號，之後把振蕩器輸出的信號100分頻，頻率將降到單片機測量的範圍之內(nei) 。

　　2.5 單片機實現電容和電感的計算

　　當把待測的電容或電感接入時，係統自動進行判斷，根據判斷結果確定算法。當判斷到是電容時，係統計入電容的計算方式，電容的計算方式采用公式

　　

 

　　根據測量得到頻率和已知的L和C2，從(cong) 而計算出Cx的值。當判斷為(wei) 電感時，係統進入電感的計算方式，電感的計算方式采用公式

　　

 

　　根據測量到的頻率和已知的C1、C2、L計算出Lx的值。

　　3 算法設計

　　係統上電初始化並且清屏，單片機初始化完成後，進入鍵盤掃描程序，當要進行電容或電感測量時，選擇測量按鍵，係統進行自動判斷並進行電容或電感的測量。當判斷為(wei) 電容時，係統選擇電容的計算方法。當判斷為(wei) 電感時，係統選擇電感的計算方法。計算完成後在液晶屏上顯示測量結果。下麵是具體(ti) 的程序流程圖，如圖3所示。

　　

 

　　4 實際測量數據及其分析

　　4.1 提高測量精度的方法

　　采用該係統進行電容和電感的測量，由於(yu) 元器的熱穩定性和外界對電路的幹擾影響，測量的結果會(hui) 有所跳動，是因為(wei) 三極管的結電容隨著溫度的變化而變化，從(cong) 而影響測量結果，這也是電容三點式振蕩電路不穩定的關(guan) 鍵原因。基於(yu) 以上原因，在測量過程中可以采用多次測量求平均值的方法提高測量精度。

　　4.2 實際測量

　　電路的固定參數如下：Rb1=10 kΩ，Rb2=10 kΩ，Rc=4 kΩ，Re=4.7 kΩ，Cb=1μF，Ce=0.1μF，選擇不同的電容分別測試3次，得到表1。選擇不同的電感分別測試3次，得到表2。由表得出測量值與(yu) 標稱值幾乎接近，表明係統設計方案的正確性，滿足一般的實驗室和工程設計用到的電子元器件參數測試精度要求。

　　

 

　　5 結束語

　　本係統采用單片機和振蕩器起振的組合，計算電容和電感值。係統擁有比較智能的測量方法和簡易的操作方法。單片機進行全自動的判斷和測量，通過單片機的IO口判斷來確認所要測量的對象。然後進行頻率的測量和測量結果的計算，最終計算出被測對象的真實值。該係統通過相應的實驗和實際的測量，能準確地測量電容和電感的數值，測量範圍為(wei) 0.001～22μF和0.01～100 mH，測量精度在5%以內(nei) 。