Επέκταση της Λειτουργίας Μέτρησης Χωρητικότητας Ψηφιακών Πολύμετρων
Με βάση τα χαρακτηριστικά των διαφορικών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η μέτρηση χωρητικότητας μπορεί να μετατραπεί σε μέτρηση τάσης.
Το κύκλωμα μετατροπής πυρήνα CX/V υιοθετεί μια απλή ενεργή αναστροφή διαφορικού RC και ενσωματωμένη διαμόρφωση. Ένας ταλαντωτής γέφυρας Wien δημιουργεί ένα
Σήμα αναφοράς AC Vr σε σταθερή συχνότητα, το οποίο διεγείρει το κύκλωμα μετατροπής CX/V και παράγει μια τάση εξόδου AC V0(V1) ανάλογη της χωρητικότητας CX. Μετά το φιλτράρισμα των σημάτων παρεμβολής εκτός της σταθερής συχνότητας μέσω ενός ζωνοπερατού φίλτρου δεύτερης τάξης, το σήμα διέρχεται μέσω ενός μετατροπέα AC/DC για να ληφθεί μια τάση εξόδου DC V ανάλογη του CX.
Όταν το σήμα AC Vr οδηγεί το κύκλωμα CX/V, η τάση εξόδου του αναστροφικού ολοκληρωτή είναι ανάλογη της μετρούμενης χωρητικότητας CX. Αυτό πραγματοποιεί τη μετατροπή από την χωρητικότητα CX σε τάση.
Για να ταιριάζει το βασικό εύρος χωρητικότητας με το εύρος τάσης 2 V ενός ψηφιακού πολύμετρου, ο ταλαντωτής γέφυρας Wien έχει ρυθμιστεί στα 400 Hz με τάση RMS 1 V. και C1=0.1 μF. Η αντίσταση R2 είναι εναλλαγή μεταξύ και, που αντιστοιχεί σε περιοχές μέτρησης χωρητικότητας 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF και 2 nF αντίστοιχα.
2 Μέτρηση μικρής χωρητικότητας
Τα συνηθισμένα ψηφιακά πολύμετρα 3½ ψηφίων έχουν εύρος μέτρησης χωρητικότητας από 2000 pF έως 20 μF και δεν μπορούν να μετρήσουν μικροσκοπικές χωρητικότητες κάτω από 1 pF. Με την εφαρμογή της μεθόδου χωρητικής αντίδρασης με διέγερση υψηλής συχνότητας, μπορούν να μετρηθούν εξαιρετικά μικρές χωρητικότητες. Το κύκλωμα μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2, όπου CX είναι η μετρούμενη χωρητικότητα και Rf είναι η αντίσταση ανάδρασης στην είσοδο αναστροφής.
Όταν εφαρμόζεται ένα ημιτονοειδές σήμα Vi της συχνότητας f, εμφανίζεται χωρητική αντίδραση κατά μήκος του CX. Το κέρδος του λειτουργικού ενισχυτή προσδιορίζεται ανάλογα. Με σταθερό κέρδος και αντίσταση ανάδρασης, η συχνότητα σήματος f είναι αντιστρόφως ανάλογη της μετρούμενης χωρητικότητας CX. Επομένως, υιοθετούνται σήματα υψηλής συχνότητας για τη μέτρηση εξαιρετικά μικρών χωρητικοτήτων.
Το λειτουργικό μπλοκ διάγραμμα της αρχής μέτρησης φαίνεται στο Σχήμα 2(β). Κατά τη μέτρηση: ένα ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας που παράγεται από τον ταλαντωτή εφαρμόζεται στο CX. η χωρητικότητα μετατρέπεται σε χωρητική αντίδραση XC. ένας μετατροπέας C/ACV μετατρέπει το XC σε τάση εναλλασσόμενου ρεύματος, η οποία ενισχύεται και απομονώνεται από έναν μετασχηματιστή πριν σταλεί σε έναν ευαίσθητο στη φάση αποδιαμορφωτή.
Η δεύτερη είσοδος του αποδιαμορφωτή είναι ένα τετράγωνο κύμα που λαμβάνεται με τη διαμόρφωση του ημιτονοειδούς κύματος υψηλής συχνότητας μέσω ενός μετατροπέα κυματομορφής. τα δύο σήματα εισόδου μοιράζονται την ίδια συχνότητα και φάση. Το αποδιαμορφωμένο σήμα διέρχεται από ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για να παράγει μια τάση DC ανάλογη του CX, η οποία στη συνέχεια εμφανίζεται απευθείας σε ένα βολτόμετρο DC.
Ο μετατροπέας κυματομορφής αποτελείται από έναν αντιστρεπτικό συγκριτή μηδενικής διασταύρωσης, που μετατρέπει το τυπικό ημιτονοειδές κύμα 1 MHz από τον ταλαντωτή Wien σε ένα σταθερό ανεστραμμένο τετραγωνικό κύμα. Δεδομένου ότι η έξοδος του αποδιαμορφωτή είναι ένα παλμικό συνεχές ρεύμα που περιέχει αρμονικές υψηλής συχνότητας, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο τύπου π για να καταστέλλει τα εξαρτήματα κυματισμού και να παρέχει μια ομαλή, σταθερή τάση συνεχούς ρεύματος στον μετρητή.
Για να ευθυγραμμιστεί το εύρος χωρητικότητας με το εύρος τάσης 2 V του πολύμετρου, το σήμα υψηλής συχνότητας έχει ρυθμιστεί στο 1 MHz (υπερβολικά υψηλές συχνότητες θα εισάγουν παρασιτικές παραμέτρους) με τάση RMS 1 V. Το γινόμενο του κέρδους κυκλώματος και της αντίστασης ανάδρασης διαμορφώνεται έτσι ώστε το εύρος πολύμετρου p20, D0 να αντιστοιχεί σε D0. το εύρος των 200 V αντιστοιχεί σε 200 pF. Το συνολικό εύρος μέτρησης είναι 10−4 pF έως 102 pF, με ανάλυση 10−4 pF.
