A kapacitásmérés kiterjesztése digitális multimétereken
A differenciál- és integráláramkörök jellemzői alapján a kapacitásmérés feszültségméréssé alakítható.
Az áramkör központi része, a CX/V, egy egyszerű aktív RC invertáló differenciálót és integrátort használ. A Wien-híd oszcillátor Vr váltakozó áramú jelet állít elő rögzített frekvencián, amely gerjeszti a CX/V konverziós áramkört, hogy a CX-vel arányos V0 (V1) váltakozó feszültséget állítson elő. A rögzített frekvencián kívüli zajok másodrendű sáváteresztő szűrővel történő eltávolítása után az AC/DC átalakítás a CX-vel arányos V DC kimeneti feszültséget eredményez.
Amikor a Vr váltóáramú jel gerjeszti a CX/V áramkört, az invertáló integrátor kimeneti feszültsége:
Ez azt jelenti, hogy a mért CX kapacitás arányos a V0 kimeneti feszültséggel, így megvalósul a CX→V konverzió. Az alapkapacitás-tartomány és a digitális multiméter 2V-os tartományának megfeleltetése érdekében a Wien hídoszcillátor 400 Hz-re van beállítva 1 V R1 effektív feszültség mellett 1 V, R1 =20 1 Ω. R2 200 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, a megfelelő kapacitásmérési tartományok 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Kis kapacitások mérése
A tipikus 3½ számjegyű digitális multiméterek kapacitásmérési tartománya 2000 pF ~ 20 μF, és nem képesek mérni 1 pF alatti apró kapacitásokat. A kapacitív reaktancia módszer nagyfrekvenciás jelekkel történő visszacsatolása lehetővé teszi a perc kapacitások mérését, amint az a 2. ábrán látható. az invertáló bemenet. Az f frekvenciájú Vi szinuszos bemeneti jel esetén a CX impedanciája és a műveleti erősítő erősítése a következőképpen adódik: Rögzített A és Rf esetén a szinuszos jel f frekvenciája fordítottan arányos CX-el. Ezért kis kapacitások mérésére nagyfrekvenciás jeleket használnak.
A mérőáramkör blokkdiagramja a 2(b) ábrán látható. A mérési folyamat a következő: A mért kapacitásra egy jelgenerátorból nagyfrekvenciás szinuszos jel kerül, amely a CX-et XC kapacitív reaktanciává alakítja át. Ezt az XC-t egy C/ACV konverteren keresztül váltakozó feszültséggé alakítják át, majd egy fázis-demodulátoron keresztül erősítik, és érzékenyítik át. A demodulátor másik bemenete egy négyszöghullám (referenciajel), amelyet a nagyfrekvenciás szinuszhullámból származtatnak egy hullámforma-átalakítón keresztül, azonos frekvenciával és fázissal. A demodulált jelet egy aluláteresztő szűrő szűri, hogy a CX-vel arányos egyenfeszültséget állítson elő, amelyet egy DC voltmérőre küldenek közvetlen megjelenítés céljából.
A hullámforma-átalakító egy invertáló nulla-keresztező komparátor, amely a Wien hídoszcillátorból származó szabványos 1 MHz-es nagyfrekvenciás szinuszhullámot szabványos fordított négyszöghullámmá alakítja át. Mivel a fázisérzékeny demodulátor kimenete egy pulzáló egyenfeszültség, amely nagyfrekvenciás harmonikusokat tartalmaz, aπ-szűrőA harmonikusok eltávolítására és a stabil, állandó egyenáramú kimenet elérésére szolgál. A megfelelő átlagos feszültség ezután a DC voltmérőre kerül.
Az alapkapacitás-tartomány és a digitális multiméter 2V-os tartományának összehangolása érdekében a nagyfrekvenciás szinuszos jel a következőre van állítva.1 MHz(elég magas ahhoz, hogy elkerüljük az elosztott paraméterhatásokat túlzott frekvenciákon) 1 V RMS feszültséggel. Az Rf áramköri erősítés és visszacsatoló ellenállás szorzata úgy van beállítva, hogy a multiméter 200 mV DC tartománya 0,2 pF, 2 V pedig 200 pF.
