Udvidelse af kapacitansmåling på digitale multimetre
Baseret på karakteristika for differentielle og integrerede kredsløb kan kapacitansmåling konverteres til spændingsmåling.
Kernedelen af kredsløbet, CX/V, bruger en simpel aktiv RC inverterende differentiator og integrator. En Wien-brooscillator genererer et AC-signal Vr ved en fast frekvens, som exciterer CX/V-konverteringskredsløbet til at producere en AC-spænding V0(V1) proportional med CX. Efter at have fjernet støj uden for den faste frekvens med et andenordens båndpasfilter, giver en AC/DC-konvertering en DC-udgangsspænding V proportional med CX.
Når AC-signalet Vr exciterer CX/V-kredsløbet, er udgangsspændingen for den inverterende integrator:
Det vil sige, at den målte kapacitans CX er proportional med udgangsspændingen V0, og derved realiseres CX→V-konverteringen. For at matche det grundlæggende kapacitansområde med 2V-området for det digitale multimeter, indstilles Wien-brooscillatoren til 400 Hz med en RMS-spænding på 1 V, R1=20 C1} kF{8}y og R2 som 200 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, er de tilsvarende kapacitansmåleområder 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Måling af små kapacitanser
Typiske 3½-cifrede digitale multimetre har et kapacitansmåleområde på 2000 pF ~ 20 μF og kan ikke måle bittesmå kapacitanser under 1 pF. Brug af den kapacitive reaktansmetode med højfrekvente signaler muliggør måling af små kapacitanser, som vist i figur 2. Lad R-kapacitansen måles ved tilbagekoblingen eller tilbagekoblingen. inverterende input. For et sinusformet indgangssignal Vi ved frekvens f, er impedansen af CX og forstærkningen af op-ampen givet af: Med fast A og Rf er frekvensen f af det sinusformede signal omvendt proportional med CX. Højfrekvente signaler bruges derfor til at måle små kapacitanser.
Blokdiagrammet for målekredsløbet er vist i figur 2(b). Måleprocessen er som følger: Et højfrekvent sinusformet signal fra en signalgenerator påføres den målte kapacitans, hvilket konverterer CX til kapacitiv reaktans XC. Denne XC omdannes til en AC-spænding via en C/ACV-konverter, som sendes gennem en forstærket, afisoleret transformer til en fase- og demodulator. input til demodulatoren er en firkantbølge (referencesignal) afledt af den højfrekvente sinusbølge gennem en bølgeformkonverter, med samme frekvens og fase. Det demodulerede signal filtreres af et lavpasfilter for at producere en jævnspænding proportional med CX, som sendes til et DC-voltmeter til direkte visning.
Bølgeformkonverteren er en inverterende nulgennemgang komparator, der konverterer standard 1 MHz højfrekvent sinusbølge fra Wien-brooscillatoren til en standard inverteret firkantbølge. Da outputtet fra den fasefølsomme demodulator er en pulserende jævnspænding indeholdende højfrekvente harmoniske, enπ-filterbruges til at fjerne harmoniske og opnå en stabil, konstant DC-udgang. Den tilsvarende gennemsnitsspænding sendes derefter til DC-voltmeteret.
For at matche det grundlæggende kapacitansområde med det digitale multimeters 2V-område indstilles det højfrekvente sinusformede signal til1 MHz(høj nok til at undgå distribuerede parametereffekter ved for høje frekvenser) med en RMS-spænding på 1 V. Produktet af kredsløbsforstærkningen og feedbackmodstanden Rf er indstillet således, at multimeterets 200 mV DC-område svarer til 0,2 pF, og 2 V svarer til 200 pF.
