Επέκταση της λειτουργίας μέτρησης χωρητικότητας για ψηφιακά πολύμετρα (DMM)
1. Διαδικτυακή μέτρηση χωρητικότητας
Σύμφωνα με τις ιδιότητες των διαφορικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η μέτρηση της χωρητικότητας μπορεί να μετατραπεί σε μέτρηση τάσης.
Το τμήμα πυρήνα του κυκλώματος CX/V υιοθετεί ένα απλό ενεργό κύκλωμα αντίστροφης διαφοροποίησης και ολοκλήρωσης RC. Ο ταλαντωτής Wen παράγει ένα σήμα AC σταθερής συχνότητας Vr, το οποίο διεγείρει το κύκλωμα μετατροπής CX/V για να αποκτήσει μια τάση AC V0 (V1) ανάλογη του CX. Αφού φιλτραριστεί από ένα δεύτερο-ζωνοπερατό φίλτρο τάξης για την αφαίρεση ακαθαρσιών εκτός της σταθερής συχνότητας, λαμβάνεται η τάση εξόδου AC/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 C0, επιτυγχάνοντας έτσι μετατροπή CX → V. Προκειμένου να αντιστοιχιστεί το βασικό επίπεδο χωρητικότητας με το επίπεδο 2V του ψηφιακού πολυμέτρου, η συχνότητα ταλάντωσης του ταλαντωτή Wen επιλέγεται ως 400Hz, η πραγματική τιμή τάσης είναι 1V, το R1 ορίζεται σε 20k Ω και το C1 ορίζεται σε 0,1 μ F. Το R2 ποικίλλει από 200ΩkΩkΩ2 -Ωk20 -Ωk20 -Ωm2 -Ωk2 -Ω20 - Ω, που αντιστοιχεί σε εύρος μετρούμενης χωρητικότητας 20 μ F-2 μ F-200nF-20nF-2nF.
2. Μετρήστε μικρούς πυκνωτές
Το εύρος ενός τυπικού τρεισήμισι ψηφίου πολύμετρου για τη μέτρηση της χωρητικότητας είναι 2000pF έως 20 μF και είναι ανίσχυρο για μέτρηση μικρών πυκνωτών κάτω από 1pF. Σύμφωνα με τη μέθοδο της σύνθετης αντίστασης χωρητικότητας και χρησιμοποιώντας σήματα υψηλής-συχνότητας, είναι δυνατή η μέτρηση μικρών πυκνωτών. Το διάγραμμα κυκλώματος μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2. CX είναι η μετρούμενη χωρητικότητα και Rf είναι η αντίσταση ανάδρασης στο άκρο αναστροφής. Όταν η συχνότητα εισόδου του ημιτονικού σήματος Vi είναι f, η σύνθετη αντίσταση που παρουσιάζεται στο CX και το κέρδος του λειτουργικού ενισχυτή είναι: όταν τα Α και Rf είναι σταθερά, η συχνότητα του ημιτονικού σήματος f είναι αντιστρόφως ανάλογη της μετρούμενης χωρητικότητας CX. Για να μετρήσετε μικρότερους πυκνωτές, χρησιμοποιήστε σήματα υψηλής-συχνότητας για μέτρηση.
Το μπλοκ διάγραμμα της αρχής του κυκλώματος για τη μέτρηση φαίνεται στο Σχήμα 2 (β). Η διαδικασία μέτρησης έχει ως εξής: το σήμα ημιτόνου υψηλής συχνότητας που παράγεται από τη γεννήτρια σήματος υψηλής σε έναν ευαίσθητο σε φάση αποδιαμορφωτή για αποδιαμόρφωση. Η άλλη είσοδος του ευαίσθητου σε φάση αποδιαμορφωτή είναι ένα τετράγωνο κύμα (δηλαδή σήμα αποδιαμόρφωσης) που παράγεται από ένα ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας μέσω ενός μετατροπέα κυματομορφής και τα δύο σήματα εισόδου είναι της ίδιας συχνότητας και φάσης. Το αποδιαμορφωμένο σήμα φιλτράρεται από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για να ληφθεί μια τάση DC ανάλογη με την τιμή CX της μετρούμενης χωρητικότητας, η οποία στη συνέχεια αποστέλλεται σε ένα βολτόμετρο DC για άμεση εμφάνιση του αποτελέσματος της μέτρησης. Ο μετατροπέας κυματομορφής αποτελείται από έναν συγκριτή μηδενικής διέλευσης με αναστροφή εισόδου, ο οποίος μετατρέπει το τυπικό ημιτονοειδές κύμα υψηλής συχνότητας 1MHz από τον ταλαντωτή Wen σε τυπικό ανεστραμμένο τετραγωνικό κύμα. Λόγω του γεγονότος ότι η έξοδος του ευαίσθητου αποδιαμορφωτή φάσης είναι μια παλμική τάση συνεχούς ρεύματος που περιέχει αρμονικές υψηλής-συχνότητας, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο τύπου π {- για το φιλτράρισμα αρμονικών στοιχείων προκειμένου να ληφθεί μια σταθερή και σταθερή έξοδος τάσης συνεχούς ρεύματος.
Στη συνέχεια, στείλτε την αντίστοιχη μέση τιμή τάσης στο βολτόμετρο DC. Για να αντιστοιχεί το βασικό εύρος χωρητικότητας με το εύρος 2V του ψηφιακού πολύμετρου, η συχνότητα του ημιτονικού σήματος υψηλής-συχνότητας επιλέγεται ως 1MHz (οι παράμετροι κατανομής πρέπει να λαμβάνονται υπόψη εάν η συχνότητα είναι πολύ υψηλή), η πραγματική τιμή της τάσης είναι 1V και το γινόμενο του συντελεστή ενίσχυσης κυκλώματος και της αντίστασης ανάδρασης Rf είναι. Επομένως, το εύρος τάσης συνεχούς ρεύματος του ψηφιακού πολυμέτρου είναι 200 mV, που αντιστοιχεί σε εύρος χωρητικότητας 0,2 pF και 200 V αντιστοιχεί σε εύρος χωρητικότητας 200 pF.
Το εύρος μέτρησης είναι 10-4-102pF και η ανάλυση είναι 10-4pF. Η ακρίβεια της μέτρησης είναι
