Ampliació de la mesura de capacitat en multímetres digitals
A partir de les característiques dels circuits diferencials i integrals, la mesura de capacitat es pot convertir en mesura de tensió.
La part central del circuit, CX/V, utilitza un diferenciador i integrador inversor actiu simple RC. Un oscil·lador de pont de Wien genera un senyal de CA Vr a una freqüència fixa, que excita el circuit de conversió CX/V per produir una tensió CA V0(V1) proporcional a CX. Després d'eliminar el soroll fora de la freqüència fixa mitjançant un filtre de pas de banda de segon ordre, una conversió AC/DC produeix una tensió de sortida de CC V proporcional a CX.
Quan el senyal de CA Vr excita el circuit CX/V, la tensió de sortida de l'integrador inversor és:
És a dir, la capacitat mesurada CX és proporcional a la tensió de sortida V0, realitzant així la conversió CX→V. Per fer coincidir el rang de capacitat bàsica amb el rang de 2V del multímetre digital, l'oscil·lador del pont de Wien s'estableix a 400 Hz amb una tensió RMS d'1 V, R1=20 kΩ, i C1{8} kΩ variant com R1μF{8}B}y}y. 200 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, els intervals de mesura de capacitat corresponents són 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Mesura de petites capacitats
Els multímetres digitals típics de 3½ dígits tenen un rang de mesura de capacitat de 2000 pF ~ 20 μF i no poden mesurar capacitats minúscules per sota d'1 pF. L'ús del mètode de la reactància capacitiva amb senyals d'alta freqüència permet mesurar les capacitats minúscules, tal com es mostra a la figura 2. Deixeu que CX sigui la resistència mesurada de la capacitat d'invertència i l'entrada de R. Per a un senyal d'entrada sinusoïdal Vi a la freqüència f, la impedància de CX i el guany de l'amplificador operatiu estan donats per: Amb A i Rf fixos, la freqüència f del senyal sinusoïdal és inversament proporcional a CX. Per tant, els senyals d'alta freqüència s'utilitzen per mesurar petites capacitats.
El diagrama de blocs del circuit de mesura es mostra a la figura 2(b). El procés de mesura és el següent: s'aplica un senyal sinusoïdal d'alta freqüència d'un generador de senyals a la capacitat mesurada, convertint CX en reactància capacitiva XC. el demodulador és una ona quadrada (senyal de referència) derivada de l'ona sinusoïdal d'alta freqüència a través d'un convertidor de forma d'ona, amb la mateixa freqüència i fase. El senyal demodulat es filtra mitjançant un filtre de pas baix per produir una tensió de CC proporcional a CX, que s'envia a un voltímetre de CC per a la seva visualització directa.
El convertidor de forma d'ona és un comparador inversor de creuament per zero que converteix l'ona sinusoïdal d'alta freqüència estàndard d'1 MHz de l'oscil·lador del pont de Wien en una ona quadrada invertida estàndard. Atès que la sortida del demodulador sensible a la fase és una tensió de corrent continu pulsada que conté harmònics d'alta freqüència, unfiltre πs'utilitza per eliminar els harmònics i obtenir una sortida de CC constant i estable. A continuació, la tensió mitjana corresponent s'envia al voltímetre de CC.
Per fer coincidir el rang de capacitat bàsica amb el rang de 2 V del multímetre digital, el senyal sinusoïdal d'alta freqüència s'estableix a1 MHz(prou alt per evitar efectes de paràmetres distribuïts a freqüències excessives) amb una tensió RMS d'1 V. El producte del guany del circuit i la resistència de retroalimentació Rf s'estableix de manera que el rang de 200 mV DC del multímetre correspon a 0,2 pF i 2 V correspon a 200 pF.
