LCR电桥是一种用于测量电感、电容、电阻等元器件参数的仪器。它通过应用交流信号，测量元器件对交流信号的响应和变化，以推断其参数值。虽然这个仪器很常见，很多工程师也都会用，但很少有人能将所有的测试参数都讲清楚。本文试着对LCR电桥的测试原理、主要功能以及测试方法进行介绍，希望可以帮助到有需要的人。

 

LCR电桥原理

LCR电桥的原理是利用左右两个平衡电桥比较待测元器件与标准元器件之间的差异，以确定待测元器件的参数。当待测元器件与标准元器件在能量输入下处于相同状态时，电桥两侧电位相等，此时为平衡状态。此时可计算出两者参数之间的差异，并据此确定待测元器件的参数。现在很多最新的设备已经不再使用电桥的方式来进行测量，但人们还是习惯于把这类设备称为电桥。

 

LCR设备仪测试参数

LCR设备仪可以测试19个参数，参数列表如下：

 

Cp Capacitance value measured with parallel-equivalent circuit model  并联电容

 

Cs Capacitance value measured with series-equivalent circuit model   串联电容

 

Lp Inductance value measured with parallel-equivalent circuit model  并联电感

 

Ls Inductance value measured with series-equivalent circuit model   串联电感

 

D Dissipation factor  耗散因子

 

Q Quality factor (inverse of D) 品质因数

 

G Equivalent parallel conductance measured with parallel-equivalent circuit model 并联电导

 

Rp Equivalent parallel resistance measured with parallel-equivalent circuit model 并联电阻

 

Rs Equivalent series resistance measured with series-equivalent circuit model 串联电阻

 

Rdc Direct-current resistance 直流电阻

 

R Resistance 电阻

 

X Reactance 电抗

 

Z Impedance 阻抗

 

Y Admittance 导纳

 

θd Phase angle of impedance/admittance (degree) 阻抗/导纳相位角（用角度表示）

 

θr Phase angle of impedance/admittance (radian)  阻抗/导纳相位角（用弧度表示）

 

B Susceptance 电纳

 

Vdc Direct-current voltage 直流电压

 

Idc Direct-current electricity 直流电流

 

参数理解和说明

以上参数中：直流电阻，是使用直流电压直接测试电感的阻值，相当于用万用表直接测试器件的直流阻值；

 

直流电压和直流电流是测试外接偏置直流电流源的电压和电流值。

 

其余的16个参数的测试都是相关联的。这16个参数其实都源自两个数值，一个是复阻抗 Z，一个是相位角θ，其余所有结果都根据这两个测量结果计算后得出。理论上的电容C和电感器件L，是个储能元件，他们只是将能量储存起来，并在适当的时候将能量释放出来，他们并不消耗能量。在复坐标上，电容处在纵坐标的负半轴上，电感处在纵坐标的正半轴上。而电阻R是纯能量消耗元件，他在复坐标上处在横坐标的正半轴上，在理想情况下的L、C、R如下图所示：

 

 

 

但实际的电容和电感器件并不是一个纯粹的储能元件，由于分布参数的存在，实际的电容器和电感并不是一个纯粹的储能元件，他们也会消耗一些能量，实际的电容器的电抗，在复坐标上，落在了第四象限上，而电感，落在了第一象限上。

 

Z、θ、R、X、D五个参数之间的关系可如图所示：

 

 

Y值是Z值的倒数；Y、B、G的关系如下图所示：

 

品质因数 (Q)是电抗纯度的度量（即与纯电抗，也就是与没有电阻的接近程度），定义为元件中存储能量与该元件损耗能量之比。

 

Q是无量纲单位，表达式为Q=X/R=B/G。从下图中可以看到Q是θ角的正切。

 

Q一般适用于电感器，对于电容器来说，表示纯度的这一项通常用耗散因素(D)表示。耗散因素是Q的倒数，它也是θ补角δ的正切。

 

为什么要有阻抗和导纳两种表述方式呢？主要是为了非常简单的表述串连和并联两种常用的连接方式。对于电阻和电抗串联连接时，采用阻抗的表述非常简单易用。但是对于电阻和电抗并联连接时，阻抗的表述非常复杂，这时候，采用导纳就非常简单易用了。

 

最后再介绍下，为什么要有串联电容和并联电容的概念，这里只用电容举例来解释，电感的情况可以以此类推。由于实际的电容存在分布参数，所以实际使用的电容可以用下图来等效：

但这种模型是没办法进行参数测量的，只能将等效模型进一步简化，当电容值较大时，其容抗较小，可以忽略Rp，只考虑Rs；同理，当电容值较小时，其容抗较大，可以忽略Rs，只考虑Rp。根据容值的大小，则可以将电路进一步等效为下图：

上图的等效电路即可支持实际的测量，并联模式可采用恒压模式测量，串联模式可采用恒流模式测量。这也就是串联电容、串联电阻、并联电容、电联电阻的定义。那到底在测试时要采用串联或并联模式呢？这就要根据客户的需求，以及工程师的经验自行来定，一般遵循原则可参考：大电感（＞1H）或小电容（＜2uF）)用并联模式，小电感(＜1H)和大电容(＞2uF)用串联模式。

 

最后再提一下测量频率，电容和电感的值是与频率相关的，所选用的测试频率一般是根据其实际的工作场景来定的，比如用于整流滤波的电解电容，其容值比较大，其一般工作在工频的工作环境下，所以测试频率一般选择100Hz或120Hz。用于在开关电源次级滤波的MLCC电容，其一般工作在几十KHz的工作频率下，所以其测试频率一般定义在1KHz或10KHz。

 

以上就是我对LCR电桥设备可测试的所有参数的一点理解，希望帮助到读者。希望我们在测试中不但可以做到会操作设备，会正确的测量，还能了解到测试背后的原理，做到知其然也知其所以然。

来源：北测技术

关键词： 电桥 元器件