Επέκταση της λειτουργίας μέτρησης χωρητικότητας ψηφιακού πολύμετρου
Τα κοινά ψηφιακά πολύμετρα τρεισήμισι ψηφίων ή τεσσάρων ψηφίων είναι εξοπλισμένα με λειτουργίες μέτρησης χωρητικότητας, αλλά το εύρος μέτρησης είναι στενό και η ακρίβεια μέτρησης χαμηλή και γενικά δεν διαθέτουν μέτρηση στο διαδίκτυο λειτουργίες. Αυτό το άρθρο περιγράφει τον τρόπο επέκτασης αυτών των δυνατοτήτων.
1. Διαδικτυακή μέτρηση χωρητικότητας
Σύμφωνα με τις ιδιότητες του διαφορικού και του ολοκληρωμένου κυκλώματος, η μέτρηση της χωρητικότητας μπορεί να μετατραπεί σε μέτρηση τάσης.
Το τμήμα πυρήνα του κυκλώματος, CX/V, χρησιμοποιεί ένα απλό ενεργό ενεργό διαφορικό αναστροφής RC και κύκλωμα ολοκλήρωσης. Ο ταλαντωτής Venturi παράγει ένα σήμα AC σταθερής συχνότητας Vr, το οποίο διεγείρει το κύκλωμα μετατροπής CX/V και λαμβάνει μια τάση AC V0 (V1) ανάλογη του CX. Φιλτράρεται από ένα ζωνοπερατό φίλτρο δεύτερης τάξης για να φιλτράρει τάσεις διαφορετικές από τη σταθερή συχνότητα. Αφού αφαιρεθεί η ακαταστασία, η τάση εξόδου DC V ανάλογη με το CX λαμβάνεται μετά από AC/DC. Όταν το σήμα AC Vr διεγείρει το κύκλωμα CX/V, η τάση εξόδου του αναστροφικού ολοκληρωτή
Δηλαδή, η μετρούμενη χωρητικότητα CX είναι ανάλογη με την τάση εξόδου C{{0}}, επιτυγχάνοντας έτσι μετατροπή CX→V. Για να κάνετε το βασικό εύρος πυκνωτή να αντιστοιχεί στο εύρος 2V του ψηφιακού πολυμέτρου, επιλέξτε τη συχνότητα ταλάντωσης του ταλαντωτή Venturi ως 400Hz, την πραγματική τιμή τάσης ως 1V, R1 ως 20kΩ και C1 ως 0,1μF. Το R2 αλλάζει από 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ και το αντίστοιχο εύρος χωρητικότητας μέτρησης είναι 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Μετρήστε τη μικρή χωρητικότητα
Το γενικό εύρος μέτρησης του ψηφιακού πολύμετρου τριάμισι ψηφίων για τη μέτρηση της χωρητικότητας είναι 2000pF ~ 20μF. Είναι ανίσχυρο να μετρήσετε μικροσκοπικές χωρητικότητες κάτω από 1 pF. Σύμφωνα με τη μέθοδο χωρητικής αντίδρασης και χρησιμοποιώντας σήματα υψηλής συχνότητας, μπορεί να πραγματοποιηθεί η μέτρηση της μικροσκοπικής χωρητικότητας. Το διάγραμμα κυκλώματος μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2. CX είναι η μετρούμενη χωρητικότητα, Rf είναι η αντίσταση ανάδρασης του τερματικού αναστροφής. Όταν εισάγεται το ημιτονοειδές σήμα Vi με συχνότητα f, η σύνθετη αντίσταση που παρουσιάζεται στο CX και το κέρδος του λειτουργικού ενισχυτή είναι: Όταν τα A και Rf είναι σταθερά, η συχνότητα ημιτονοειδούς σήματος f είναι αντιστρόφως ανάλογη της μετρούμενης χωρητικότητας CX. Για τη μέτρηση μικρότερων χωρητικοτήτων, χρησιμοποιούνται μετρήσεις σήματος υψηλής συχνότητας.
Το μπλοκ διάγραμμα της αρχής του κυκλώματος για την πραγματοποίηση της μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2(β). Η διαδικασία μέτρησης είναι: το ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας που παράγεται από τη γεννήτρια σήματος υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται στον μετρούμενο πυκνωτή, το CX μετατρέπεται σε χωρητική αντίδραση Xc και στη συνέχεια το Xc μετατρέπεται σε σήμα τάσης AC μέσω της μετατροπής C/ACV. που ενισχύεται από τον ενισχυτή και εξέρχεται από τον μετασχηματιστή απομόνωσης. Αποστέλλεται στον ευαίσθητο στη φάση αποδιαμορφωτή για αποδιαμόρφωση. η άλλη είσοδος του ευαίσθητου στη φάση αποδιαμορφωτή είναι το τετράγωνο κύμα (δηλ. το σήμα αποδιαμόρφωσης) που παράγεται από το ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας μέσω του μετατροπέα κυματομορφής. Τα δύο σήματα εισόδου έχουν την ίδια συχνότητα και φάση. Το αποδιαμορφωμένο σήμα φιλτράρεται από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για να ληφθεί μια τάση DC ανάλογη με την τιμή CX της μετρούμενης χωρητικότητας και αποστέλλεται σε ένα βολτόμετρο DC για να εμφανίσει απευθείας το αποτέλεσμα της μέτρησης. Ο μετατροπέας κυματομορφής αποτελείται από έναν συγκριτή μηδενικής διασταύρωσης με μια είσοδο αναστροφής, ο οποίος μετατρέπει ένα τυπικό ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας 1 MHz από έναν ταλαντωτή Wien σε ένα τυπικό ανεστραμμένο τετραγωνικό κύμα. Δεδομένου ότι η έξοδος του ευαίσθητου στη φάση αποδιαμορφωτή είναι μια παλμική τάση συνεχούς ρεύματος που περιέχει αρμονικές υψηλής συχνότητας, προκειμένου να ληφθεί μια σταθερή και σταθερή έξοδος τάσης συνεχούς ρεύματος, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο τύπου π για να φιλτράρει τα αρμονικά στοιχεία. Τέλος, η αντίστοιχη μέση τάση αποστέλλεται στο βολτόμετρο DC. Προκειμένου η βασική περιοχή πυκνωτή να αντιστοιχεί στην περιοχή 2V του ψηφιακού πολυμέτρου, η συχνότητα του ημιτονοειδούς σήματος υψηλής συχνότητας επιλέγεται ως 1MHz (εάν η συχνότητα είναι πολύ υψηλή, πρέπει να ληφθεί υπόψη η παράμετρος κατανομής), η πραγματική τιμή της τάσης είναι 1V και το γινόμενο του συντελεστή ενίσχυσης του κυκλώματος και της αντίστασης ανάδρασης είναι Rf, οπότε το εύρος τάσης συνεχούς ρεύματος του ψηφιακού πολύμετρου 200mV αντιστοιχεί σε εύρος χωρητικότητας 0,2 pF και εύρος χωρητικότητας Τα 200V αντιστοιχούν σε 200pF. Το εύρος μέτρησης είναι 10-4~102 pF και η ανάλυση είναι 10-4pF.
