Ampliació de la funció de mesura de capacitat dels multímetres digitals
A partir de les característiques dels circuits diferencials i integrals, la mesura de capacitat es pot convertir en mesura de tensió.
El circuit de conversió central CX/V adopta una configuració integral i diferencial RC inversor activa senzilla. Un oscil·lador del pont de Wien genera un
Senyal de referència de CA Vr a una freqüència fixa, que excita el circuit de conversió CX/V i produeix una tensió de sortida de CA V0(V1) proporcional a la capacitat CX. Després de filtrar els senyals d'interferència fora de la freqüència fixa mitjançant un filtre de pas de banda de segon ordre, el senyal passa a través d'un convertidor AC/DC per obtenir una tensió de sortida de CC V proporcional a CX.
Quan el senyal de CA Vr condueix el circuit CX/V, la tensió de sortida de l'integrador inversor és proporcional a la capacitat mesurada CX. Això realitza la conversió de la capacitat CX a la tensió.
Per fer coincidir el rang de capacitat bàsica amb el rang de tensió de 2 V d'un multímetre digital, l'oscil·lador del pont de Wien està configurat a 400 Hz amb una tensió RMS d'1 V; i C1=0.1 μF. La resistència R2 és commutable entre i , corresponent a intervals de mesura de capacitat de 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF i 2 nF respectivament.
2 Petita mesura de capacitat
Els multímetres digitals normals de 3½ dígits tenen un rang de mesura de capacitat de 2000 pF a 20 μF i no poden mesurar capacitats minúscules per sota d'1 pF. Aplicant el mètode de la reactància capacitiva amb excitació d'alta freqüència, es poden mesurar capacitats ultra petites. El circuit de mesura es mostra a la figura 2, on CX és la capacitat mesurada i Rf és la resistència de retroalimentació a l'entrada inversora.
Quan s'aplica un senyal sinusoïdal Vi de freqüència f, apareix una reactància capacitiva a través de CX. El guany de l'amplificador operacional es determina en conseqüència. Amb un guany i una resistència de retroalimentació fixa, la freqüència del senyal f és inversament proporcional a la capacitat mesurada CX. Per tant, s'adopten senyals d'alta freqüència per mesurar capacitats extremadament petites.
El diagrama de blocs funcionals del principi de mesura es mostra a la figura 2 (b). Durant la mesura: un senyal sinusoïdal d'alta freqüència generat per l'oscil·lador s'aplica a CX; la capacitat es converteix en reactància capacitiva XC; un convertidor C/ACV transforma XC en una tensió CA, que és amplificada i aïllada per un transformador abans de ser enviada a un demodulador sensible a la fase.
La segona entrada del demodulador és una ona quadrada obtinguda configurant l'ona sinusoïdal d'alta freqüència mitjançant un convertidor de forma d'ona; els dos senyals d'entrada comparteixen la mateixa freqüència i fase. El senyal demodulat passa a través d'un filtre de pas baix per produir una tensió de CC proporcional a CX, que després es mostra directament en un voltímetre de CC.
El convertidor de forma d'ona consisteix en un comparador inversor de creuament per zero, convertint l'ona sinusoïdal estàndard d'1 MHz de l'oscil·lador Wien en una ona quadrada invertida estable. Atès que la sortida del demodulador és un DC polsant que conté harmònics d'alta freqüència, s'utilitza un filtre de tipus π per suprimir els components ondulats i proporcionar una tensió continua suau i constant al mesurador.
Per alinear els rangs de capacitat amb l'interval de tensió de 2 V del multímetre, el senyal d'alta freqüència s'estableix a 1 MHz (les freqüències excessivament altes introduiran paràmetres paràsits) amb una tensió RMS d'1 V. El producte del guany del circuit i la resistència de retroalimentació es configura de manera que els 200 mV del multímetre corresponen a l'interval de CC 200 mV i el rang de 22 pF, 20 200 V del multímetre. pF. El rang de mesura global és de 10−4 pF a 102 pF, amb una resolució de 10−4 pF.
