RLC Meter, аналоговая часть

[balmer]

Вот и первая странность. Запаял OP07C чтобы проверить как он будет работать при 5 Вольтах питания. Отлично работает 100 КГц 300 мВ сигнал тянет. Хотя 100 КГц 1 Вольт синусоида уже получается кривая и уменьшенной амплитуды. На 10 КГц 1 Вольт синусоида получается нормальная.

Но вопрос в другом - стал мерять смещение на выходе операционного усилителя относительно нуля. Измерял осциллографом. Он надежно показывает 200 мВ смещения при выключенном генераторе. Сначала расстроился, потом решил дай-ка измерю мультиметром. Цифровой и аналоговый мультиметр показывают меньше одного миливольта смещения.

[Bовка]

Ну догадаться кто врёт несложно, а вот какая амплитуда на сигнале тогда была на самом деле, вот что важно. Не сильно ли он медленный для 100 кГц, ведь GBW всего 600к ?

[balmer]

Сильно медленный. Я только для теста. Пойму, что к чему. А там и посылка доедет с современными запчастями.
Поставлю AD8605 вместо OP07C и STM32F303 вместо F103.

Собственно говоря сейчас интересуют три вопроса:
- смещение на выходе фильтра-буфера DAC
- шумы в преобразователе ток-напряжение
- проникновение сигналов между усилителями тока и напряжения

[Galizin]

http://hobby-research.at.ua/forum/2-34-1 - вот тут человек тоже делает RLC.

[balmer]

Спасибо, интересно на схему посмотреть. Интересно что Vref он очень аккуратно защитил кучей конденсаторов.

[Bовка]

Всё правильно сделал - бег по граблям и изобретание великов национальный спорт.
А вообще, например, у LT есть семейство ОУ предназначеных для работы на емкостную нагрузку, причём заявлено, что некоторые устойчивы вообще на любую ёмкость. Есть ли смысл применения таких ОУ выходным усилителем или все правильно делают не парясь с этим ОУ, один чёрт работает же ?

[zöner]

вот тут человек тоже делает RLC

схема имхо переусложнена, непонятно что курил автор.
зачем лепить VREF на г"вняном LM358 и батарее конденсаторов, если весь огород можно заменить копеечным MCP1525 или REF3025 ?
INA126, и потом еще куча ключей и те же г"вняные 358е, плюс переключатель U/I и дополнительный АЦП.
взял бы хотя бы 103й с двойным АЦП - отпадет куча гемора с переключениями и несинхронностью измерения.
еще LMV358 в качестве буфера - ну не работают они на низкоомную нагрузку, нуля нормального не дают.

[bob1]

Бросается также AD7680 с 100кSPS. Как будет оцифровываться сигнал на 50-100кГц!!??
Второй параметр(Q когда больше 100) также будет хорошо гулять из за "плохой" фильтрации синуса после DAC.

[balmer]

Читая даташиты наткнулся в нескольких местах на подобные схемы (см вложение). Действительно у современных конденсаторов есть индуктивность порядка десятков наногенри.

Вот скажем ставим два конденсатора параллельно. Один неэлектролитический на 100 nF с пренебрежимо мелой индуктивностью. Другой электролитический скажем на 10 mkF с очень маленькой индуктивностью 10 nH. Получаем колебательный контур с частотой в 5 MHz. Если не демпфировать сопротивлением, то вполне возможно самовозбуждение.

Вот статейка по этому поводу. Теперь сижу думаю, какбы измерить индуктивность конденсаторов

[Andrew Martin]

Не зная ёмкости - никак. Ёмкость можно измерить на НЧ, где 10нГн не играют роли, или вообще по принципу линейного заряда. А потом на ВЧ измерить реактивную составляющую импеданса и вычислить индуктивность.

[balmer]

Да, я уже сам вывел формулу. Все необычайно просто. Если у нас представление RLC как три последовательно соединенных элемента, то можно получить индуктивность измеряя на нескольких частотах.

L = (W1*R1-W2*R2)/(W1*W1-W2*W2)
где W1, W2 - круговые частоты, W1 = 2*PI*F1
R1, R2 - комплексная часть сопротивления на соответствующих частотах.

Кстати делаю потихоньку RLC метр, пришло первое разочарование.
Не могу запустить синхронно DAC и ADC . Конечно для моего случая Dual ADC это не особо важно, но все таки.
Проблема с синхронным запуском DAC и ADC заключается в том, что ADC тактируется от более низкой частоты. Поэтому даже когда одновременно по времени запускаешь DAC и ADC, то DAC начинает работать практически сразу, а ADC с некоторой задержкой. Причем задержка эта плавает от запуска к запуску. У меня получается разброс примерно на 10 тактов процессора при частоте 72 MHz.

[bob1]

Формулы справедливы для случая когда все измеряемые параметры не меняются в зависимости от частоты.
Емкость электролита к примеру с увеличением тестовой частоты падает...

Один из вариантов. Счетчик тактировать с частотой АЦП и совпадению(переполнению) включать DAc и АЦП.

[balmer]

Счетчик тактировать с частотой АЦП и совпадению(переполнению) включать DAc.

Пробовал, не помогает.

[Andrew Martin]

Да, я уже сам вывел формулу. Все необычайно просто. Если у нас представление RLC как три последовательно соединенных элемента, то можно получить индуктивность измеряя на нескольких частотах.

L = (W1*R1-W2*R2)/(W1*W1-W2*W2)
где W1, W2 - круговые частоты, W1 = 2*PI*F1
R1, R2 - комплексная часть сопротивления на соответствующих частотах.

Что-то у вас какие-то магические формулы Интересно как их вывели? Не бывает всё так просто - измерением на двух частотах вы всего-навсего сможете только избавиться от R (действительной части). А мнимая - это будет Xl-Xc = wL-(1/wC). Вы никак не отделите индуктивную составляющую реактивного сопротивления от ёмкостной не зная ёмкости, хоть на двух частотах, хоть на десяти.

[balmer]

А мнимая - это будет Xl-Xc = wL-(1/wC).

Однако отделяется. Попробуйте решить это несложную систему уравнений для двух частот и получите:

C = (W1*W1-W2*W2)/(W1*W1*W2*R2-W1*R1*W2*W2)
L = (W1*R1-W2*R2)/(W1*W1-W2*W2)

Где R1, R2 это Xl-Xc на соответствующих частотах.
Можешь подставить в уравнение и убедиться.

[Andrew Martin]

И правда, отделяются...

[balmer]

Чтож, наступило время подвести промежуточные итоги. Чтото получилось, что-то не получилось.
Программу написал более-менее. Фазу и амплитуду сигнала оно хорошо вычисляет на разных частотах.

А теперь о плохом.
Для теста взял демоплатку STM32F107. На ней не было фильтрующих цепей для ADC питания. Можно посмотреть в аттаче пример графика. Весь шум - именно из-за этого.

Про аналоговую часть (см вложение).
Буфер для DAC на микросхеме OP07C показал себя очень хорошо. Смещения никакого нет. На частоте 100 кгц при амплитуде 300 мВ сигнал не искажается. Фильтрации высоких частот более чем достаточно.

Измерение тока на IC3 тоже работает неплохо для частот до 10 КГц. На 100 КГц не хватает усиления.

Напряжения 5 V для AD8221 хватает впритык. Поэтому пришлось коэффициэнт усиления поставить 2. Потом потвикаю, наверно где-то до 4-х можно увеличить.

Основной же косяк - это с питанием +2.5 V. Както думал, что в этом моменте можно обойтись без буферного усилителя . Ан нет REF пины у AD8221 и MCP6S21 имеют довольно низкое сопротивление, около 10 КОм. Так что вместо 2.5 V получилось у меня 2 V.

Так что ждем прихода посылочки с STM32F303 и AD8605 и пробуем делать демоплатку N2.

[balmer]

Пришел мне LCR Meter DE-5000 по почте. Померял ради интереса старые свои ESR метры.

Первый - это аналог Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A но на Atmega8 и не особо термостабильной катушкой индуктивности в той части, что измеряет LC на LM311. ESR начинает сильно врать в два раза уже для конденсаторов ниже 20 мкФ, что и не удивительно учитывая медленный ADC. Измерение же индуктивностей на LM311 с двухкратной ошибкой на индуктивностях ниже 1 мкГ.

Второй вариант Осваиваем STM32 или ESR-метр на быстром ADC уже поприятнее. В диапазоне 1 мкФ - 4700 мкФ ошибается примерно на 5% емкости и примерно на 10-30% по ESR. В диапазоне 100 pf-1 мкФ имеет ошибку примерно на 10% емкости (ESR не измеряю для мелких конденсаторов). Для прибора, который настраивался мультиметром вполне неплохой результат

[SM898]

А DE-5000 у Вас образцовый прибор? Ну-ну.....

[balmer]

Точность лучше 1% для индуктивностей/емкостей он обеспечивает на большей части диапазона - и этого достаточно. На большее в своих разработках пока не рассчитываю. Тем более, по нему не буду калибровать. Буду лишь проверять, что Open-Short-Load калибровка и мои алгоритмы дают разумные цифры.