概述：根據(jù)電路基礎的知識，一個阻抗兩端的電壓除以流過其中的電流，就是阻抗值。阻抗包括電阻和電抗。電阻是阻抗的實部，電抗是阻抗的虛部。在交流電壓情況下，電抗會使電流波形和電壓波形產生相位差。

????????根據(jù)阻抗的電學定義，測試到電壓和電流，相位差，就可以計算出阻抗。運放電路中有一個基礎單元電路，IV轉換電路（電流轉電壓）。使用這個電路，就可以進行阻抗測量。

????????通過這個案例的實驗，可以將學習過的電路基礎知識，模擬電路知識應用到實踐中。通過實踐，掌握電路調試方法，儀器的使用方法。

知識點：阻抗，運放IV轉換，差分放大器，相位差

所需物料：100Ω，470Ω，1k，10k，100k的直插電阻各5個。1nF，10nF，100nF，4.7uF，1mH電感，uA741運算放大器3個。0.6毫米直徑實心導線若干。硬木課堂測試平臺。

電路原理圖：

????????根據(jù)已經(jīng)學過的運放電路知識，C點處于“虛地”，C點流入運放的電流可以忽略。這樣I1≈I2，這樣 AIN2 / Rf ≈ AIN1 / Zx，|Zx|≈ |AIN1| / |AIN2| *Rf。其中|AIN1| 是AIN1的交流有效值。 |AIN2|為AIN2的交流有效值。α是 AIN2和AIN1的夾角，電抗 = |Zx|*sin（α）。

????????在硬木課堂平臺上搭建電路，然后用平臺自帶的信號源提供激勵信號。用平臺示波器測試交流有效值和兩個信號之間的相位差。對電路的有效性和測試原理進行驗證。

????????這是一個基礎電路，由于C點是“虛地”，也就是C點信號近似為零。實際中，由于運放的物理參數(shù)限制，C點在交流信號下有微小幅度，并且頻率越高，幅度越大。要消除C點虛地的誤差，需要添加減法器將A和B兩點間的電壓差求出。并且添加Rf的分檔開關，將輸出的幅度調整為大于C點幅度的100倍以上。

硬件實物圖

調試測試過程：

????????測試一個標稱10nF電容

????????檢查電路后，打開平臺的電源給電路供電。小技巧，在電路首次上電時，可以根據(jù)電路的理論電流選擇限流，例如限流100mA，以防電路接錯。

開啟信號源，給電路提供激勵信號。這里設置為1kHz，1Vpp。

????????插上一個待測元件，例如插上10nF的陶瓷電容。Rf選10kΩ。實測一下Rf的阻值和待測電容值。點擊DMM打開萬用表。

然后打開示波器觀察AIN1和AIN2 。小技巧，在示波器測量區(qū)，點擊右鍵，可以添加測量值。

????????根據(jù)示波器的測量值，計算一下阻抗值。計算公式可以用公式寫到excel里，每次輸入測量值就可以計算出電容值。

測試一個標稱4.7uF電容

????????再測試一個電容，插上標稱4.7uF的電容，Rf選擇1k。由于4.7uF的容值大，所以高頻下的阻抗很小，為了減小測試誤差，信號源頻率設置為100Hz，峰峰值1Vpp。

????????實測一下電容和Rf。

打開示波器測量，并填表格計算。

實測4.7uF電容串聯(lián)一個470歐電阻

????????在這個4.7uF測試基礎上，跟4.7uF串聯(lián)一個470Ω電阻（實測472.1Ω）。對這個串聯(lián)阻抗進行測試，看看實部的計算結果。

????????可以看到實部跟串聯(lián)的電阻很接近（472.1和477.8誤差1.2%），阻抗的實部對應的就是等效串聯(lián)電阻。

測試一個空心繞線電感。

????????測試帶有磁芯的電感時注意磁芯損耗和頻率的關系。比如鐵芯和鐵氧體芯，高頻下鐵芯的損耗大，增大了測試誤差。

????????空心繞線電感用萬用表測試線圈直流電阻，17.3Ω。用電感表測試978uH。

設置信號源1KHz，幅度1Vpp。示波器觀察

可以看到，實部反應的就是線圈的直流電阻。電感值誤差小于1%。

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最后再測試一個電阻2KΩ

萬用表實測1.955kΩ。

可以看到實部就是電阻值。誤差 1- 1.93/1.955 = 1.2%。

總結：

????????通過自制一個LCR測試電路，將電路基礎，模擬電路的知識融合起來。將所學的知識靈活運用到實踐當中。如果要提高測試精度，可以采用帶寬大一些的高精度運放來替換uA741 。對于練手，uA741就夠用了。

????????本實驗是使用示波器和信號源來進行測試，鍛煉了儀器的使用。如果要做成儀表那樣可以單獨運行，就要配合上單片機電路。由單片機內部的DAC來產生正弦波，由內部ADC來采集電壓信號和電流轉電壓后的信號。然后編程計算。

????????LCR測試儀是一個不錯的練手題目。同學們可以在硬木平臺上一展身手。