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LCR電橋是一種用于測(cè)量電感、電容、電阻等元器件參數(shù)的儀器。它通過(guò)應(yīng)用交流信號(hào)，測(cè)量元器件對(duì)交流信號(hào)的響應(yīng)和變化，以推斷其參數(shù)值。雖然這個(gè)儀器很常見(jiàn)，很多工程師也都會(huì)用，但很少有人能將所有的測(cè)試參數(shù)都講清楚。本文試著對(duì)LCR電橋的測(cè)試原理、主要功能以及測(cè)試方法進(jìn)行介紹，希望可以幫助到有需要的人。

 

LCR電橋原理

LCR電橋的原理是利用左右兩個(gè)平衡電橋比較待測(cè)元器件與標(biāo)準(zhǔn)元器件之間的差異，以確定待測(cè)元器件的參數(shù)。當(dāng)待測(cè)元器件與標(biāo)準(zhǔn)元器件在能量輸入下處于相同狀態(tài)時(shí)，電橋兩側(cè)電位相等，此時(shí)為平衡狀態(tài)。此時(shí)可計(jì)算出兩者參數(shù)之間的差異，并據(jù)此確定待測(cè)元器件的參數(shù)?，F(xiàn)在很多最新的設(shè)備已經(jīng)不再使用電橋的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但人們還是習(xí)慣于把這類設(shè)備稱為電橋。

 

LCR設(shè)備儀測(cè)試參數(shù)

LCR設(shè)備儀可以測(cè)試19個(gè)參數(shù)，參數(shù)列表如下：

 

Cp Capacitance value measured with parallel-equivalent circuit model  并聯(lián)電容

 

Cs Capacitance value measured with series-equivalent circuit model   串聯(lián)電容

 

Lp Inductance value measured with parallel-equivalent circuit model  并聯(lián)電感

 

Ls Inductance value measured with series-equivalent circuit model   串聯(lián)電感

 

D Dissipation factor  耗散因子

 

Q Quality factor (inverse of D) 品質(zhì)因數(shù)

 

G Equivalent parallel conductance measured with parallel-equivalent circuit model 并聯(lián)電導(dǎo)

 

Rp Equivalent parallel resistance measured with parallel-equivalent circuit model 并聯(lián)電阻

 

Rs Equivalent series resistance measured with series-equivalent circuit model 串聯(lián)電阻

 

Rdc Direct-current resistance 直流電阻

 

R Resistance 電阻

 

X Reactance 電抗

 

Z Impedance 阻抗

 

Y Admittance 導(dǎo)納

 

θd Phase angle of impedance/admittance (degree) 阻抗/導(dǎo)納相位角（用角度表示）

 

θr Phase angle of impedance/admittance (radian)  阻抗/導(dǎo)納相位角（用弧度表示）

 

B Susceptance 電納

 

Vdc Direct-current voltage 直流電壓

 

Idc Direct-current electricity 直流電流

 

參數(shù)理解和說(shuō)明

以上參數(shù)中：直流電阻，是使用直流電壓直接測(cè)試電感的阻值，相當(dāng)于用萬(wàn)用表直接測(cè)試器件的直流阻值；

 

直流電壓和直流電流是測(cè)試外接偏置直流電流源的電壓和電流值。

 

其余的16個(gè)參數(shù)的測(cè)試都是相關(guān)聯(lián)的。這16個(gè)參數(shù)其實(shí)都源自兩個(gè)數(shù)值，一個(gè)是復(fù)阻抗 Z，一個(gè)是相位角θ，其余所有結(jié)果都根據(jù)這兩個(gè)測(cè)量結(jié)果計(jì)算后得出。理論上的電容C和電感器件L，是個(gè)儲(chǔ)能元件，他們只是將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⒛芰酷尫懦鰜?lái)，他們并不消耗能量。在復(fù)坐標(biāo)上，電容處在縱坐標(biāo)的負(fù)半軸上，電感處在縱坐標(biāo)的正半軸上。而電阻R是純能量消耗元件，他在復(fù)坐標(biāo)上處在橫坐標(biāo)的正半軸上，在理想情況下的L、C、R如下圖所示：

 

 

 

但實(shí)際的電容和電感器件并不是一個(gè)純粹的儲(chǔ)能元件，由于分布參數(shù)的存在，實(shí)際的電容器和電感并不是一個(gè)純粹的儲(chǔ)能元件，他們也會(huì)消耗一些能量，實(shí)際的電容器的電抗，在復(fù)坐標(biāo)上，落在了第四象限上，而電感，落在了第一象限上。

 

Z、θ、R、X、D五個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系可如圖所示：

 

 

Y值是Z值的倒數(shù)；Y、B、G的關(guān)系如下圖所示：

 

品質(zhì)因數(shù) (Q)是電抗純度的度量（即與純電抗，也就是與沒(méi)有電阻的接近程度），定義為元件中存儲(chǔ)能量與該元件損耗能量之比。

 

Q是無(wú)量綱單位，表達(dá)式為Q=X/R=B/G。從下圖中可以看到Q是θ角的正切。

 

Q一般適用于電感器，對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，表示純度的這一項(xiàng)通常用耗散因素(D)表示。耗散因素是Q的倒數(shù)，它也是θ補(bǔ)角δ的正切。

 

為什么要有阻抗和導(dǎo)納兩種表述方式呢？主要是為了非常簡(jiǎn)單的表述串連和并聯(lián)兩種常用的連接方式。對(duì)于電阻和電抗串聯(lián)連接時(shí)，采用阻抗的表述非常簡(jiǎn)單易用。但是對(duì)于電阻和電抗并聯(lián)連接時(shí)，阻抗的表述非常復(fù)雜，這時(shí)候，采用導(dǎo)納就非常簡(jiǎn)單易用了。

 

最后再介紹下，為什么要有串聯(lián)電容和并聯(lián)電容的概念，這里只用電容舉例來(lái)解釋，電感的情況可以以此類推。由于實(shí)際的電容存在分布參數(shù)，所以實(shí)際使用的電容可以用下圖來(lái)等效：

但這種模型是沒(méi)辦法進(jìn)行參數(shù)測(cè)量的，只能將等效模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化，當(dāng)電容值較大時(shí)，其容抗較小，可以忽略Rp，只考慮Rs；同理，當(dāng)電容值較小時(shí)，其容抗較大，可以忽略Rs，只考慮Rp。根據(jù)容值的大小，則可以將電路進(jìn)一步等效為下圖：

上圖的等效電路即可支持實(shí)際的測(cè)量，并聯(lián)模式可采用恒壓模式測(cè)量，串聯(lián)模式可采用恒流模式測(cè)量。這也就是串聯(lián)電容、串聯(lián)電阻、并聯(lián)電容、電聯(lián)電阻的定義。那到底在測(cè)試時(shí)要采用串聯(lián)或并聯(lián)模式呢？這就要根據(jù)客戶的需求，以及工程師的經(jīng)驗(yàn)自行來(lái)定，一般遵循原則可參考：大電感（＞1H）或小電容（＜2uF）)用并聯(lián)模式，小電感(＜1H)和大電容(＞2uF)用串聯(lián)模式。

 

最后再提一下測(cè)量頻率，電容和電感的值是與頻率相關(guān)的，所選用的測(cè)試頻率一般是根據(jù)其實(shí)際的工作場(chǎng)景來(lái)定的，比如用于整流濾波的電解電容，其容值比較大，其一般工作在工頻的工作環(huán)境下，所以測(cè)試頻率一般選擇100Hz或120Hz。用于在開關(guān)電源次級(jí)濾波的MLCC電容，其一般工作在幾十KHz的工作頻率下，所以其測(cè)試頻率一般定義在1KHz或10KHz。

 

以上就是我對(duì)LCR電橋設(shè)備可測(cè)試的所有參數(shù)的一點(diǎn)理解，希望幫助到讀者。希望我們?cè)跍y(cè)試中不但可以做到會(huì)操作設(shè)備，會(huì)正確的測(cè)量，還能了解到測(cè)試背后的原理，做到知其然也知其所以然。