引 言
R，L，C是电子电路及体系的首要元件，R，L，C参数的丈量方法有电桥法、谐振法、伏安法。伏安法丈量中，有固定轴法和自在轴法两种，固定轴法要求相敏检波器的相位参阅基准严格地与规范阻抗电压的相位相同，对硬件要求很高，而且存在同相差错，已很少运用。自在轴法中相敏检波器的相位参阅基准能够恣意挑选，只需求坚持两个坐标轴精确正交(相差90°)，从而使硬件电路简化。常见的自在轴法RLC测验仪选用模仿相敏检波器，丈量精度低，速度慢。本文介绍一种根据数字鉴相的自在轴法RLC丈量电路设计。
1 体系组成及丈量原理
根据数字鉴相的自在轴法RLC丈量体系构成如图1所示，首要由正弦信号源U0、前端丈量电路、相敏检波器、A/D转换器、微处理器、基准相位发生器以及键盘、显现电路等组成。
为了进步信号源精度，正弦信号源U0选用直接数字频率组成信号源(DDS)。R0为信号源内阻，RS是规范电阻，Zx为被测阻抗，A为高输入阻抗、高增益扩大器，首要完结电流一电压改换功用。丈量时，开关S经过程控置于Ux或US端。由图1有：UX=IOZX，US=-IORS，被测阻抗ZX为：
由式(1)可知，只需测出UX，US在直角坐标系中两坐标轴x，y上的投影重量，经过四则运算，即可求出丈量成果。
图1中，被测信号与相位参阅基准信号经过相敏检波器后，输出便是被测信号在坐标轴上的投影重量。相位参阅基准代表着坐标轴的方向，为了得到每一被测电压(US或UX)在两坐标轴上的投影重量，基准相位发生器需求供给两个相位相差90°的相位参阅基准信号。需求指出的是在自在轴法中，相位参阅基准与US没有确认联系，能够恣意挑选，即x，y坐标轴能够恣意挑选，只需坚持两坐标轴精确正交90°。UX，US和坐标轴的联系如图2所示。
运用图1丈量时，经过开关S挑选某一被丈量(如UX)，基准相位发生器顺次送出两个相位相差90°的相位参阅基准信号，经相敏检波器后别离得到UX在两坐标轴上的投影重量U1，U2。相似，当开关S挑选US时，可别离得到US在两坐标轴上的投影重量U3，U4。各投影重量经A/D转换器可得对应的数字量，再经微处理器核算便得到被测元件参数值。
下面以电容并联电路的丈量为例，推导RLC参数的数学模型。
由图2可得：
式中：Ni为Ui对应的数字量，e为A/D转换器的刻度系数，即每个数字所代表的电压值。
由式(2)，式(3)可知：
直接经过对N1～N4数值的运算，即可完结矢量除法运算。
由式(1)，式(4)可求得被测阻抗中的%&&&&&%值CX及损耗角正切值DX。
式中：GX为介质损耗电导。
从而有：
同理能够导出被测参数R，C的核算公式。
2 正弦信号源与相敏检波器
在自在轴法丈量RLC原理电路(图1)中，正弦信号发生器、相敏检波器及基准相位发生器是RLC丈量仪的要害部分。
2.1 正弦信号源
为了确保RLC测验仪的精度，要求信号源U0发生的正弦信号波形失真小，幅值安稳。自在轴法中，还要求信号源频率和相敏检波器相位基准信号的频率相同。所以正弦信号源与基准相位发生器在电路上密切相关。为了确保测验精度，选用直接数字频率组成DDS技能发生正弦信号鼓励源。DDS具有体系安稳性强，以及相位、频率精确可调的长处。图3所示为选用DDS的正弦信号源及相敏检波器原理图。
图3中时钟信号CLK经分频器后，得到顺次二倍频率联系的8路信号，作为ROM1的地址输入，ROM1寄存有256个按正弦规则改变的数据，即每一个存储单元存储的样点数据与其地址之间的联系和正弦波的幅值与时间轴的联系共同。在分频器输出8路信号效果下，ROM1顺次输出正弦曲线样点数据，经D/A转换器后输出阶梯正弦波，再经滤波、扩大，就得到了测验用的正弦鼓励信号。信号根底频率由单片机的P1.2和P1.3操控，若P1.2，P1.3别离为00，10，01，则根底频率厂顺次为100 Hz，1 kHz，10 kHz。
2.2 基准相位发生器
基准相位发生器由ROM2完成，ROM2的高两位地址A9，A8由单片机的P1.1和P1.0供给，低8位地址A7～A0与ROM1地址对应相连。ROM2分为4个区，每区有64个数据，别离代表了4组相差90°的正弦波信号值。由P1.0，P1.1挑选不同的区域。当P1.1，P1.0别离为00，01，10，111，ROM2顺次输出相位相差90°的正弦信号(相位参阅基准信号)。
2.3 相敏检波器
相敏检波器由乘法型D/A转换器和低通滤波器构成。乘法型D/A转换器用于完成数字鉴相。ROM2输出的8位数字式基准正弦信号送到8位乘法型D/A转换器，与加至D/A转换器参阅电压VREF端的被测电压UX(或US)相乘，再经低通滤波便得到被测信号UX(或US)在坐标轴上的投影重量。剖析如下，先使P1.1，P1.0=00，设ROM2输出正弦信号为cos(ωt)，被测信号UX=Umcos(ωt+ψ)，经乘法型D/A后输出为：
再经低通滤波器后输出为Umcosψ，它是被测信号UX在x坐标轴上的投影。然后使P1.1，P1.0=01，完成90°移相操作，此刻ROM2输出为cos(ωT+π/2)，被测信号UX依然为Umcos(ωt+ψ)，D/A转换器输出为：
经低通滤波能够得到UX在y坐标轴上的投影重量Umsin ψ信号。
同理，能够得到US在x，y坐标轴上的投影重量。
3 结 语
本电路经过乘法型D/A转换器进行数字鉴相，减少了传统模仿鉴相器开关动作过程中呈现的尖脉冲，进步了丈量精度;两个彼此笔直的相位参阅基准信号经过ROM2精确取得，相位参阅基准信号电路比模仿相敏检波器大大简化;此外鉴相器运用D/A转换器后电路的温度系数进一步减小。
