armfly 发表于 2020-9-10 23:13:08

一个LCR复合阻抗元件两端加一个正弦波电压,流过的电流是否也是正弦波?

下图是TI提供的LCR表模拟前端方案。实现起来比较简单,不过后级应该需要高速高精度ADC采集卡做软件分析。



问题1:一个LCR复合阻抗元件两端加一个正弦波电压,流过的电流是否也是正弦波?

问题2:正弦波频率已知,如果测出电压的有效值、电流的有效值、电压波形和电流波形过零点之间的时间(相位)。是否就可以推导出L、C、R值

测量计算方案:
方案1:用STM32的内部DAC产生正弦波,用12bit ADC (5Msps)两路同步采集电压和电流并进行计算。不知道能做到啥精度

方案2:用5位半表已有的硬件有效值芯片(RMS转DC电压)+32位ADC获得波形有效值。用过零比较电路获得两个过零点的脉冲,将脉冲宽度想办法转换为电压,用32位ADC采集。





eric2013 发表于 2020-9-11 02:47:52

晚上花了点时间,重新温习了一下电路知识。

问题1:

(1)以串行方式阻抗计算为例(这种方式比较简单),通过复阻抗电路的交流频率一定的情况下:

通过电流sin(wt) ,输出电压就是(电阻,电容和电感各一个):
Asin(wt) + Bsin(wt + φ1) +Csin(wt + φ2)
= Asin(wt) + Bsin(wt)cos( φ1) +Bcos(wt)sin( φ1) +Csin(wt)cos( φ2) +Ccos(wt)sin( φ2)
=(A +cos( φ1) +Ccos( φ2))sin(wt) + ( Bsin( φ1)+ Csin( φ2) )cos(wt)

然后配合辅助角公式:

复阻抗串行电路基本是没问题的,即同频率,不同幅值,不同相位的正弦波叠加还是正弦的。

(2)复阻抗并联,计算有点麻烦,来个特例,直接按照超前和滞后90度计算, B = 1,C =2.
通过电流sin(wt) ,输出电压就是(电阻,电容和电感各一个):
Asin(wt) + sin(wt)/Bsin(wt + 90°) +Asin(wt) / Csin(wt - 90°)
= Asin(wt)+ sin(wt) /Bcos(wt)- sin(wt) / Ccos(wt)
= Asin(wt) + sin(wt) /2cos(wt)
= Asin(wt) + 1/2tan(wt)

这个已经不是正弦了

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实际输出很有可能是比较杂乱,所以在网上搜了这么个文档:
阻抗测量的正弦矫正法:



问题2:
复阻抗的情况下,如果不考虑单独测量每个元器件的阻值,应该测试不出来单个的。

static/image/hrline/4.gif
测量方案:

STM32F3倒数有16bit的ADC(除了STM32H7),而STM32L4是支持16bit硬件过采样,实际上也是12bit的,不过STM32的DAC只有12bit的

byccc 发表于 2020-9-11 10:14:37

测量方案用32bit ADC好点吧。

买房大侠 发表于 2020-9-13 19:53:24

单运放那种只能在低频管用,早就被人玩烂了没必要再做。起码要搞个双DAC才有意思

missfox 发表于 2020-9-24 19:22:29

关注五位半进展

mytek 发表于 2021-3-26 09:53:58

问题1的答案是电流也是正弦波;问题2的答案是用过零点时间测量相位这个可行,但是精度不够,因为过零点会抖动
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