数字电桥在电路参数测量中的应用及原理解析

在电子测试领域，数字电桥扮演着重要角色。传统观念认为数字电桥主要用于测量电感、电容、电阻和阻抗，这是一个习以为常的说法。早期的阻抗测量确实采用了传统的电桥方法，但随着现代模拟和数字技术的发展，这种方法已经逐渐被淘汰。然而，尽管如此，人们对于数字电桥的命名依然延续至今，例如LCR电桥。值得一提的是，若数字电桥采用了微处理器技术，则被称为LCR数字电桥。通常用户也会将这些设备称为LCR测试仪、LCR电桥、LCR表等。

数字电桥广泛用于测量阻抗元件的参数，包括交流电阻R、电感L及其品质因数Q，电容C及其损耗因数D。因此，它常被称为数字式LCR测量仪。其测量频率范围从工频到约100千赫。基本测量误差为0.02%，一般在0.1%左右。

随着电路信号不断”高速”、”高频”的发展，我们必须了解LRC的实际模型，而不能简单地看成理想模型。通过精确测量加载到被测件DUT的电压和电流，从而精确测量出DUT阻抗值。通过图中可见，通过DUT的电流等于通过电阻Rr的电流，而通过Rr的电流可以通过测量Vr计算出来。

阻抗的测量可以归结为两个正弦信号的相位差的测量。在LCR数字电桥内部，通过相敏检波器(PSD)分别测出Vx和Vr对应于某一参考相量的同相量分量和正交分量。随后，经由模数转换器(ADC)将其转化为数字量，然后计算机进行复数运算，即可得到组成被测阻抗Zx的电阻值与电抗值。

尽管数字电桥继承了传统电桥的称呼，但实际上它已不再采用传统经典交流电桥的组成形式。相反，它在更高的水平上回归到以欧姆定律为基础的测量阻抗的电流表、电压表的线路和原理中。

测量电压与电流的相位差有如下办法：

方法一 : 过零比较+时间测量技术

通过用过零点出发一个电平的方式，再测量两个过零点之间的时间差是一种常见的方法来测量电压和电流之间的相位差

方法二:双通道同步取样技术

通过两路ADC采样后做运算处理分析。

方法三:模拟乘法器

通过将两个信号进行乘法，可以获得它们之间的相位差，进而计算出阻抗值。这种方法利用了信号的相位关系来推断阻抗的大小。

数字电桥广泛应用于计量测试部门对阻抗量具的检定与传递，以及在一般部门中对阻抗元件的常规测量。许多数字电桥配备了标准接口，可以根据被测值的准确度对被测元件进行自动分档。它们还可以直接连接到自动测试系统，用于产品生产线上的自动检验，从而实现生产过程的质量控制。

在80年代中期，已经存在数十种通用误差低于0.1%的数字电桥。数字电桥正朝着更高准确度、更多功能、更高速度、更集成化以及更智能化的方向发展。

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