Επέκταση της ικανότητας μέτρησης χωρητικότητας του Ψηφιακού Πολύμετρου
1 Online μέτρηση χωρητικότητας
Η μέτρηση της χωρητικότητας μπορεί να μετατραπεί σε μέτρηση τάσης ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των διαφορικών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Χρησιμοποιώντας ένα απλό ενεργό διαφορικό αναστροφής RC και ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, λειτουργεί το κεντρικό εξάρτημα του κυκλώματος, CX/V. Το κύκλωμα μετατροπής CX/V διεγείρεται από ένα σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σταθερής συχνότητας από τον ταλαντωτή Wien για να παραχθεί μια τάση AC V0 (V1) ανάλογη του CX. Αυτή η τάση στη συνέχεια φιλτράρεται από ένα ζωνοπερατό φίλτρο δεύτερης τάξης για να αφαιρεθούν σήματα διαφορετικά από τη σταθερή συχνότητα. Μετά την ακαταστασία, το AC/DC χρησιμοποιείται για την παροχή τάσης εξόδου DC V ανάλογη του CX. Το κύκλωμα CX/V διεγείρεται από το σήμα AC Vr και ως αποτέλεσμα αλλάζει η τάση εξόδου του αναστροφικού ολοκληρωτή.
Με άλλα λόγια, η μετατροπή του CX σε V πραγματοποιείται αφού η μετρούμενη χωρητικότητα CX είναι ευθέως ανάλογη με την τάση εξόδου C{{0}}. Η συχνότητα ταλάντωσης 400Hz του ταλαντωτή Wien, η ενεργή τάση 1V, η αντίσταση R1 20k και η χωρητικότητα C1 0,1F πρέπει να είναι όλα παρόντα ώστε το βασικό εύρος χωρητικότητας να ταιριάζει με το εύρος 2V του ψηφιακού πολύμετρου. Το εύρος χωρητικότητας μέτρησης για το R2 αλλάζει από 200-2k-200k-200k-2M σε 20F-2F-200nF{{17} }nF-2nF.
2 Μέτρηση μικρής χωρητικότητας
Το γενικό ψηφιακό πολύμετρο τριάμισι ψηφίων έχει εύρος 2000pF έως 20μF για τη μέτρηση της χωρητικότητας και είναι ανίσχυρο να μετρήσει μικροσκοπικές χωρητικότητες κάτω από 1pF. 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 και Rf είναι η αντίσταση ανάδρασης του ακροδέκτη 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 μικρών χωρητικοτήτων, χρησιμοποιούνται μετρήσεις σήματος υψηλής συχνότητας.
Το ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας που παράγεται από τη γεννήτρια σήματος υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται στον μετρούμενο πυκνωτή και το CX μετατρέπεται σε χωρητική αντίδραση Xc και στη συνέχεια το Xc μετατρέπεται σε σήμα τάσης AC μέσω της μετατροπής C/ACV, η οποία ενισχύεται από το ενισχυτή και η έξοδος του μετασχηματιστή απομόνωσης αποστέλλεται στην αποδιαμόρφωση του αποδιαμορφωτή ευαίσθητου σε φάση. η άλλη είσοδος του ευαίσθητου στη φάση αποδιαμορφωτή είναι ένα τετράγωνο κύμα (δηλαδή, ένα αποδιαμορφωμένο σήμα) που παράγεται από ένα ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας μέσω ενός μετατροπέα κυματομορφής και τα δύο σήματα εισόδου έχουν την ίδια συχνότητα και φάση. Το αποδιαμορφωμένο σήμα φιλτράρεται από ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης για να ληφθεί μια τάση DC ανάλογη με την τιμή του μετρούμενου πυκνωτή CX, η οποία αποστέλλεται στο 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 αναστροφικό 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 το βασικό επίπεδο χωρητικότητας να αντιστοιχεί στο επίπεδο 2V του ψηφιακού πολύμετρου, η συχνότητα του ημιτονοειδούς σήματος υψηλής συχνότητας επιλέγεται ως 1MHz (εάν η συχνότητα είναι πολύ υψηλή, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παράμετροι 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 0,2pF και 200V αντιστοιχεί σε Εύρος χωρητικότητας 200 pF. Το εύρος μέτρησης είναι 10-4 έως 102 pF και η ανάλυση είναι 10-4pF.
