线路负载测试装置
碎碎念
这是全国电赛2019C题，我觉得这是一道思路很通顺，仿真很简单，但是实际制作的时候需要考虑到很多的一道题目。这道题目的调试简直是惨绝人寰的磨人。下面我想先唠唠我学到的一些要点。
阻抗的测量
LCR仪表模拟前端设计参考_TI
我最先想到的就是通过测量阻抗的方式，其直流阻抗，交流阻抗足以区分RLC三者。
已知电阻分压测量
我们最先采用的是这种方式，但是这种方式需要大量的调整已知电阻的阻值，来匹配题目中RLC的阻抗。
- 而题目RLC的范围很有意思，电阻作为一个标准值（200-2k），电容的范围和电阻很相似（200nF-2uF）。能够找到一个比较合适的频率使得电容的阻抗落入电阻的阻抗范围，这样RC共用一个已知电阻是够的。
- 但是在这样的思路延续下，电感的值就比较怪了（100uH-1mH），如果继续找一个频率来控制其阻抗范围，就会发现这个频率非常高，远远超出低频的范畴，难以处理，而同步降低已知电阻值也会造成电流过大，电感依旧测不准。
而且我们忽视掉了题目的一个条件：现场测评的电感标称值是在1kHz频率下测定的。 - 在这种情况下，我找到了B站这道出题专家老师给的电路
TI杯2019年全国大学生电子设计竞赛赛题：C题—线路负载及故障检测装置
突然间我想到了这个方案我是见过的，我的指导老师曾经给到过我这个方案。好吧，那还说啥了，重新来过吧
自动平衡电桥测量
乍一看这个名字我是很讨厌的，这源于我对学校大物实验繁琐过程的偏见。但是不得不提，在运放参与后自动平衡造成的“虚地”特性是很迷人的。这个方案的便捷之处在于其阻抗公式的统一性。电阻实数阻抗和电感电容复阻抗在这个电路里得到了统一。
下面我列出几个要注意的要点
- 运放输出AD2的负属性：直流激励时候，AD2的响应是负数；交流激励的时候，AD2的响应会有180°的倒相。对于负电压的处理，我最初的想法是ADC驱动电路进行抬升，但是在实际做的时候偶然间发现了利用运放的反相放大，可以把负电压转变为正电压。不得不说这是一个被我长久忽视的事实。
- “虚地”特性的虚假性：直流激励时候这个虚假性是很严重的，其虚地并不是0V，这回造成阻抗测量的变大，我们采用对虚地点采样，并将其考虑进阻抗计算公式。对于交流激励，示波器并不能把虚地点的波形打出来，而仿真给出虚地点会有50uV的波动。对于电容电阻，这个波动并不印象计算精度，但是对于这个范围内的电感，这个还是比较影响的，这导致我们的电感值不是太准。我想到的方案是利用仪表放大器，差分采样AD1和AD3的正弦响应，这样的得到的结果更加准确。
RLC的真实面貌
在做这道题的时候我发现了很多以前电路里没有提到的事情：电感是有直流阻抗的。这让我很是诧异。这让我突然意识到大一学习电路的时候理想电容和理想电感模型在做题时候适合，但是实际电容器和电感器背离了这个模型。
实际低频电容电感模型
我重新翻阅的邱关源老师的《电路》，他在第六章《储能元件》中有一些话是被当时的我忽视的。
一般的电容器除有储能作用外，也会消耗一部分电能，这时，非理想电容器的模型就必须是电容元件和电阻元件的组合。由于电容器消耗的电功率与所加电压直接相关，因此其模型宜是两者的并联组合。
电容器是为了获得一定大小的电容特意制成的。但是电容的效应在许多别的场合也存在，这就是分布电容和杂散电容。
空心线圈是以线性电感元件为模型的典型例子。当线圈导线的电阻损耗不可忽略时候，就需要线性电感元件和电阻元件的串联组合作为其模型。
介质损耗测量
我朋友做的题是23年电感电容测试装置，乍一看题感觉和线路负载测试装置很像。但是这个题的独特指出在于测量Q和D。Q隐隐约约有印象，但D就完全不知道了。那我就又重新看《电路》
在电感介质损耗测量中，Q值用来衡量电感的纯度，用电抗比电阻来定义。（在LC谐振中，Q用来衡量谐振曲线锐度）
D值用来衡量电容的纯度，用电阻比电抗来定义。
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1265314-1-1.html
感觉这个题是19年C题的进阶版，电路模型依旧是自定平衡电桥。
然后我又找到了2006年湖北的简易网络导纳测试仪，惊奇的发现这条RLC阻抗测试仪的路子是有来龙去脉的。
发展脉络
从2006年简易网络导纳测试仪到2019年C题线路负载测试装置，再到2023年C题电感电容测试装置。
简易网络导纳测试仪
线路负载测试装置
电感电容测试装置
浙公网安备 33010602011771号