Розширення можливостей цифрового мультиметра для вимірювання ємності
1 Онлайн вимірювання ємності
Вимірювання ємності можна трансформувати у вимірювання напруги залежно від характеристик диференціальних та інтегральних ланцюгів.
Використовуючи звичайну активну RC інвертуючу диференціальну та інтегральну схему, центральний компонент схеми, CX/V, працює. Схема перетворення CX/V збуджується сигналом змінного струму фіксованої частоти від генератора Wien для створення напруги змінного струму V0 (V1), пропорційної CX. Ця напруга потім фільтрується смуговим фільтром другого порядку для видалення сигналів, відмінних від фіксованої частоти. Після перешкоди AC/DC використовується для забезпечення вихідної напруги постійного струму V, пропорційної CX. Схема CX/V збуджується сигналом змінного струму Vr, і в результаті змінюється вихідна напруга інвертуючого інтегратора.
Іншими словами, перетворення CX у V здійснюється, оскільки виміряна ємність CX прямо пропорційна вихідній напрузі C{{0}}. Частота коливань 400 Гц генератора Wien, ефективна напруга 1 В, опір R1 20 кОм і ємність C1 0,1 Ф повинні бути присутніми, щоб базовий діапазон ємності відповідав діапазону 2 В цифрового мультиметра. Діапазон вимірювання ємності для R2 змінюється від 200-2k-200k-200k-2M до 20F-2F-200nF{{17} }nF-2nF.
2 Вимірювання малої ємності
Загальний три з половиною розрядний цифровий мультиметр має діапазон від 2000 пФ до 20 мкФ для вимірювання ємності, і він безсилий для вимірювання крихітних ємностей нижче 1 пФ. Відповідно до методу ємнісного реактивного опору та за допомогою високочастотних сигналів можна здійснити вимірювання крихітної ємності. Схема вимірювального кола показана на малюнку 2. CX — виміряна ємність, а Rf — опір зворотного зв’язку інвертуючої клеми. Коли надходить синусоїдальний сигнал Vi з частотою f, імпеданс, представлений на CX, і коефіцієнт підсилення операційного підсилювача: коли A і Rf постійні, частота синусоїдального сигналу f обернено пропорційна виміряній ємності CX. Для вимірювання малих ємностей використовуються вимірювання високочастотного сигналу.
Високочастотний синусоїдальний сигнал, створений генератором високочастотного сигналу, подається на вимірюваний конденсатор, і CX перетворюється на ємнісний реактивний опір Xc, а потім Xc перетворюється на сигнал змінної напруги за допомогою перетворення C/ACV, який посилюється за допомогою підсилювач, а вихід ізоляції трансформатора направляється на фазочутливий демодулятор демодуляції; іншим входом фазочутливого демодулятора є прямокутна хвиля (тобто демодульований сигнал), що генерується високочастотною синусоїдальною хвилею через перетворювач форми сигналу, і два вхідних сигнали мають однакову частоту та фазу. Демодульований сигнал фільтрується фільтром низьких частот, щоб отримати напругу постійного струму, пропорційну значенню виміряного конденсатора CX, який надсилається на вольтметр постійного струму для безпосереднього відображення результату вимірювання. Перетворювач форми сигналу складається з компаратора переходу через нуль з інвертуючим входом, який перетворює стандартну високочастотну синусоїду 1 МГц від генератора Wien у стандартну інвертуючу прямокутну хвилю. Оскільки на виході фазочутливого демодулятора є пульсуюча постійна напруга, що містить високочастотні гармоніки, для отримання стабільної та постійної вихідної напруги постійного струму використовується фільтр π-типу для фільтрації гармонійних компонентів. Нарешті, відповідне середнє значення напруги надсилається на вольтметр постійного струму. Для того, щоб базовий рівень ємності відповідав рівню 2 В цифрового мультиметра, частота високочастотного синусоїдального сигналу вибирається рівною 1 МГц (якщо частота занадто висока, слід враховувати параметри розподілу), ефективне значення напруги дорівнює 1 В, а добуток коефіцієнта посилення схеми та опору зворотного зв’язку Rf дорівнює, тому діапазон напруги постійного струму цифрового мультиметра 200 мВ відповідає діапазону ємності 0,2 пФ, а 200 В відповідає діапазон ємності 200 пФ. Діапазон вимірювань становить від 10-4 до 102 пФ, а роздільна здатність — 10-4 пФ.
