Измеритель RLC

Выпускает наша (да и не наша тоже ) промышленность измерители серии Е7-*, всем они хороши, кроме цены либо размеров, а зачастую и того и другого. Да и точность для радиолюбительских применений не всегда такая нужна. Захотелось исправить это положение, тем более на МК это сделать оказалось несложно. Конечно, эта разработка ни в коей мере не претендует на замену промышленных измерителей RLC, и точность измерения малых величин L и C у нее ниже, чем у FLC-метра с сайта cqham.ru, но все же, я думаю, она будет интересна многим радиолюбителям.

Прежде всего, ссылки на первоисточники:
- аналоговая часть позаимствована со схем, выложенных на форуме http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=9639&postdays=0&postorder=asc&&start=0
Там же объясняется, как компенсировать параметры ХХ и КЗ (open/short калибровка).
- цифровая часть практически один в один с измерителем C и ESR из соседней ветки.
- схема авт. выключения – слегка измененный вариант от упрощенного измерителя C и ESR разработки Михаила http://pro-radio.ru/user/uploads/93513.spl

Схема прибора и прошивка с исходниками – см. в приложенном файле. Печатку окончательного варианта я не разрабатывал.

Что умеет:
- последовательная/параллельная схема замещения
- автоматический выбор предела измерений
R от 0.01 Ом до 20 МОм
С от 1пФ до 2000мкФ (на 1кГц)
L от 1 мкГн до ... хочется написать 10 кГн, но живьем у меня проверить негде
- частота измерения 100Гц, 1кГц
- амплитуда тестового сигнала 0.3V
- контроль питания при включении
- автоматическое выключение питания
- отображение результатов измерений в виде:
R + LC
Z комплексное сопротивление
Y комплексная проводимость
Q + LC (добротность)
D + LC (tg угла потерь)
- компенсация параметров КЗ и ХХ
- время измерения на:
1кГц - 2*40мс
100Гц - 2*400мс

Вот как выглядит макетка:

Кнопками сбоку переключается соответственно:
- частота измерения
- последовательная/параллельная схема замещения
- вид отображения рез-тов

Никогда не встречал подобной радиолюбительской разработки. Первое впечатление - ОТЛИЧНО. Работал когда-то с Е7-8 - очень точный прибор, но стационарный и огромный, пытался разобраться в принципе работы, так и не смог до конца, помню только что основой прибора являются фазочувствительные детекторы. Так и в этом приборе, фазочувствительные детекторы, а потом вычисления на основании: сдвига фазы а также величин напряжения и тока?

GO: С от 1пФ до 2000мкФ (на 1кГц)
GO: L от 1 мкГн до ...
1 пФ и 1 мкГ меряет с какой точностью? Например, сможет ли прибор различить конденсаторы 1 пФ, 1,2 пФ, 1,5 пФ, 1,8 пф, 2,2 пФ?

Что-то не видно на плате пассивных элементов (резисторов, конденсаторов), наверное, с обратной стороны платы?

Хотелось бы почитать описание схемы, хотя бы коротко – принцип работы, и что есть что, на схеме я не вижу ни одной связи между аналоговой и цифровой частями.

В Е7-8 можно было выставлять напряжение поляризации, для конденсаторов и ток подмагничивания для индуктивностей. Пользуясь напряжением поляризации я подбирал варикапы по емкости, а также мерил емкость переходов транзисторов.

АК: ...на схеме я не вижу ни одной связи между аналоговой и цифровой частями.

Она указана в виде названия порта МК у вывода аналоговой части.

2 АК:
Десятые доли pF прибор различает.
Принцип работы - самый классический - метод вольтметра и амперметра, т.е. измеряется падение напряжения на тестируемом элементе и ток через него, делим напряжение на ток – получаем Zx. Разумеется, ток и напряжение надо иметь в комплексном виде. Напрямую в схеме фазовых детекторов для этого нет, все делается программно после оцифровки входного сигнала. Опять же советую заглянуть в исходники, даже если вы никогда не занимались программированием, почитайте комментарии – там все расписано достаточно подробно.
Напряжение смещения и ток в данном варианте на тестируемый элемент просто так подавать нельзя.
Про связь аналоговой и цифровой части DWD уже ответил.
Действительно, остальные элементы (SMD) напаяны на нижней стороне платы. От первоначального варианта http://pro-radio.ru/technology/953-69/ осталась нетронутой пожалуй только разводка индикатора.

GO: Вот как выглядит макетка
Ничего себе макетка - так это уже готовый приборчик.

GO: Принцип работы - самый классический - метод вольтметра и амперметра, т.е. измеряется падение напряжения на тестируемом элементе и ток через него, делим напряжение на ток – получаем Zx. Разумеется, ток и напряжение надо иметь в комплексном виде.
Не вникая в схему хочу спросить: наверное ток измеряется пиковым детектором, за очень короткий промежуток времени в течении периода синуса, так же и напряжение. Иначе, если просто измерять среднее значение тока и напряжения, то чем тогда ток через резистор будет отличаться от тока через конденсатор? Или я чего-то не понимаю, но я так думаю, что если не учитывать фазовый сдвиг тока или напряжения, относительно опорного сигнала, то такой прибор не отличит конденсатора от резистора.

GO: Разумеется, ток и напряжение надо иметь в комплексном виде.
Опять таки, не вникая в схему, что представляет собой ток (или напряжение) в комплексном виде, на выходе аналоговой схемы? Это должны быть две аналоговые величины для тока, и две аналоговые величины для напряжения? Или же на вход АЦП подается одна аналоговая синусоидальная величина, а АЦП делает два замера, в разные фазовые моменты, для активного напряжения, например, замер делается синфазно с опорным синусом, а для реактивного напряжения со сдвигом на 90 градусов?

Кажется, я начинаю понимать, как микроконтроллер из одного и того же тока (синуса) подаваемого на вход АЦП может выделить активный ток и реактивный ток, потом пересчитывает два тока в комплексный ток. Так же и с напряжением, на вход подается одно напряжение (синус) а в программу, в переменные, заносится три значения: активное, реактивное и комплексное напряжения. И дальше с помощью всех значений напряжений и токов вычисляй по формулам что угодно.
Правильно ли я представляю принцип работы прибора?
Меня интересуе принцип отделения активного тока (напряжения) от реактивного.

АК: Правильно ли я представляю принцип работы прибора?
Меня интересуе принцип отделения активного тока (напряжения) от реактивного.

Если немного подробнее, то дело обстоит так:
1. Ключи DA4.2, 4.3 включаются на измерение напряжения на Zx, синхронно с генерацией синуса
происходит его оцифровка с выхода DA7.1, 20 точек на период сигнала в течении 40 (сорока) периодов сигнала.
Полученный массив точек прогоняется через алгоритм тов.Фурье (ДПФ) для основной частоты, на выходе получаем два числа -
действительную и мнимую часть напряжения.
2. Ключи DA4.2, 4.3 переключаются на ток, и процесс повторяется. На выходе имеем ток в виде действительной и мнимой части,
т.е. опять два числа.
3. Ну а дальше уже обычная арифметика - поделить два комплексных числа - в результате получим действительную и мнимую (реактивную) часть
искомого сопротивления.

Вопрос к автору:как выполняется калибровка прибора?

GO: с выхода DA7.1, 20 точек на период сигнала в течении 40 (сорока) периодов сигнала.
Полученный массив точек прогоняется через алгоритм тов.Фурье (ДПФ) для основной частоты, на выходе получаем два числа -
действительную и мнимую часть напряжения.

Ага, по аналоговой части понятно, значит, на вход АЦП для оцифровки поочередно подается синус напряжения, и оцифровывается, а потом синус тока и оцифровывается, в память заносятся два массива точек, один массив для тока и один массив для напряжения, дальше все вычисления и преобразования производятся внутри программы.

GO: Полученный массив точек прогоняется через алгоритм тов.Фурье (ДПФ) для основной частоты, на выходе получаем два числа

Хоть что ни-будь можете рассказать по работе алгоритма, хотя бы на «пальцах»?
По всей видимости, для выделения программой из оцифрованного чистого синуса двух величин (действительной и мнимой частей напряжения), надо привязываться к фазе опорного синусоидального сигнала, своего рода синхронное детектирование, но только выполняемое программно.