Επέκταση της μέτρησης χωρητικότητας σε ψηφιακά πολύμετρα
Με βάση τα χαρακτηριστικά των διαφορικών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η μέτρηση χωρητικότητας μπορεί να μετατραπεί σε μέτρηση τάσης.
Το κεντρικό τμήμα του κυκλώματος, CX/V, χρησιμοποιεί έναν απλό ενεργό διαφοροποιητή και ολοκληρωτή αναστροφής RC. Ένας ταλαντωτής γέφυρας Wien παράγει ένα σήμα AC Vr σε μια σταθερή συχνότητα, το οποίο διεγείρει το κύκλωμα μετατροπής CX/V για να παράγει μια τάση AC V0(V1) ανάλογη του CX. Μετά την αφαίρεση του θορύβου έξω από τη σταθερή συχνότητα με ένα ζωνοπερατό φίλτρο δεύτερης τάξης, μια μετατροπή AC/DC αποδίδει μια τάση εξόδου DC V ανάλογη του CX.
Όταν το σήμα AC Vr διεγείρει το κύκλωμα CX/V, η τάση εξόδου του αναστροφικού ολοκληρωτή είναι:
Δηλαδή, η μετρούμενη χωρητικότητα CX είναι ανάλογη με την τάση εξόδου V0, πραγματοποιώντας έτσι τη μετατροπή CX→V. Για να ταιριάξει το βασικό εύρος χωρητικότητας με το εύρος 2V του ψηφιακού πολυμέτρου, ο ταλαντωτής γέφυρας Wien έχει ρυθμιστεί στα 400 Hz με τάση RMS 1 Ω{8 V, R{6}— μF. Μεταβάλλοντας το R2 ως 200 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, οι αντίστοιχες περιοχές μέτρησης χωρητικότητας είναι 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Μέτρηση Μικρών Χωρητικοτήτων
Τα τυπικά ψηφιακά πολύμετρα 3½ ψηφίων έχουν εύρος μέτρησης χωρητικότητας 2000 pF ~ 20 μF και δεν μπορούν να μετρήσουν μικροσκοπικές χωρητικότητες κάτω από 1 pF. Η χρήση της μεθόδου χωρητικής αντίδρασης με σήματα υψηλής συχνότητας επιτρέπει τη μέτρηση των λεπτών χωρητικοτήτων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. αντίσταση στην είσοδο αναστροφής. Για ένα ημιτονοειδές σήμα εισόδου Vi στη συχνότητα f, η σύνθετη αντίσταση του CX και το κέρδος του op-amp δίνονται από: Με σταθερά A και Rf, η συχνότητα f του ημιτονοειδούς σήματος είναι αντιστρόφως ανάλογη του CX. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται σήματα υψηλής συχνότητας για τη μέτρηση μικρών χωρητικοτήτων.
Το μπλοκ διάγραμμα του κυκλώματος μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2(β). Η διαδικασία μέτρησης είναι η εξής: Ένα ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας από μια γεννήτρια σήματος εφαρμόζεται στη μετρούμενη χωρητικότητα, μετατρέποντας το CX σε χωρητική αντίδραση XC. αποδιαμορφωτής ευαίσθητος στη φάση. Η άλλη είσοδος στον αποδιαμορφωτή είναι ένα τετράγωνο κύμα (σήμα αναφοράς) που προέρχεται από το ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας μέσω ενός μετατροπέα κυματομορφής, με την ίδια συχνότητα και φάση. Το αποδιαμορφωμένο σήμα φιλτράρεται από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για να παραχθεί μια τάση DC ανάλογη με το CX, το οποίο αποστέλλεται σε ένα άμεσο βολτόμετρο οθόνης D.
Ο μετατροπέας κυματομορφής είναι ένας αντιστροφικός συγκριτής μηδενικής διασταύρωσης που μετατρέπει το τυπικό ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας 1 MHz από τον ταλαντωτή γέφυρας Wien σε ένα τυπικό ανεστραμμένο τετράγωνο κύμα. Δεδομένου ότι η έξοδος του ευαίσθητου στη φάση αποδιαμορφωτή είναι μια παλμική τάση συνεχούς ρεύματος που περιέχει μια αρμονική, υψηλής συχνότηταςπ-φίλτροΧρησιμοποιείται για την αφαίρεση αρμονικών και τη λήψη σταθερής, σταθερής εξόδου DC. Η αντίστοιχη μέση τάση αποστέλλεται στη συνέχεια στο βολτόμετρο DC.
Για να ταιριάζει το βασικό εύρος χωρητικότητας με το εύρος 2 V του ψηφιακού πολυμέτρου, το ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας έχει ρυθμιστεί σε1 MHz(αρκετά υψηλό ώστε να αποφεύγονται τα κατανεμημένα φαινόμενα παραμέτρων σε υπερβολικές συχνότητες) με τάση RMS 1 V. Το γινόμενο του κέρδους κυκλώματος και της αντίστασης ανάδρασης Rf έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε το εύρος DC των 200 mV του πολυμέτρου να αντιστοιχεί σε 0,2 pF και τα 2 V να αντιστοιχούν σε 200 pF.
