Espansione della capacità di misurazione della capacità nei multimetri digitali
1. Misura in linea della capacità
Secondo le proprietà dei circuiti integrali differenziali, la misurazione della capacità può essere convertita in misurazione della tensione.
La parte centrale del circuito CX/V adotta un semplice circuito di differenziazione e integrazione inversa RC attiva. L'oscillatore Wen genera un segnale AC a frequenza fissa Vr, che eccita il circuito di conversione CX/V per ottenere una tensione AC V0 (V1) proporzionale a CX. Dopo essere stata filtrata da un filtro passa banda del secondo-ordine per rimuovere le impurità al di fuori della frequenza fissa, si ottiene la tensione di uscita AC/DC V proporzionale a CX. Quando il segnale AC Vr eccita il circuito CX/V, la tensione di uscita dell'integratore invertente è
Cioè, la capacità misurata CX è proporzionale alla tensione di uscita C0, ottenendo così la conversione CX → V. Per abbinare il livello base della capacità con il livello 2V del multimetro digitale, la frequenza di oscillazione dell'oscillatore Wen è selezionata come 400Hz, il valore di tensione effettivo è 1V, R1 è impostato su 20k Ω e C1 è impostato su 0,1 μ F. R2 varia da 200 Ω -2k Ω -20k Ω -200k Ω -2M Ω, corrispondente a un intervallo di capacità misurata di 20μF-2μF-200nF-20nF-2nF.
2. Misurare piccoli condensatori
La gamma di un tipico multimetro a tre cifre e mezzo per misurare la capacità è compresa tra 2000 pF e 20 μF ed è impotente per misurare piccoli condensatori inferiori a 1 pF. Secondo il metodo dell'impedenza capacitiva e utilizzando segnali ad alta-frequenza, è possibile misurare piccoli condensatori. Lo schema del circuito di misurazione è mostrato nella Figura 2. CX è la capacità misurata e Rf è il resistore di retroazione all'estremità invertente. Quando la frequenza di ingresso del segnale sinusoidale Vi è f, l'impedenza presentata su CX e il guadagno dell'amplificatore operazionale sono: quando A e Rf sono costanti, la frequenza del segnale sinusoidale f è inversamente proporzionale alla capacità misurata CX. Per misurare condensatori più piccoli, utilizza segnali ad alta-frequenza per la misurazione.
Lo schema a blocchi del principio circuitale per la misurazione è mostrato nella Figura 2 (b). Il processo di misurazione è il seguente: il segnale sinusoidale ad alta-frequenza generato dal generatore di segnali ad alta-frequenza viene applicato al condensatore misurato, CX viene convertito in impedenza capacitiva Xc, quindi Xc viene convertito in un segnale di tensione CA attraverso la conversione C/ACV, amplificato da un amplificatore e l'uscita di un trasformatore di isolamento viene inviata a un demodulatore sensibile alla fase per la demodulazione; L'altro ingresso del demodulatore sensibile alla fase è un'onda quadra (ovvero il segnale di demodulazione) generata da un'onda sinusoidale ad alta-frequenza attraverso un convertitore di forma d'onda, e i due segnali di ingresso hanno la stessa frequenza e fase. Il segnale demodulato viene filtrato da un filtro passa basso- per ottenere una tensione CC proporzionale al valore CX della capacità misurata, che viene quindi inviata a un voltmetro CC per la visualizzazione diretta del risultato della misurazione. Il convertitore di forma d'onda è costituito da un comparatore a passaggio per lo zero con ingresso invertente, che converte l'onda sinusoidale ad alta frequenza-standard da 1 MHz proveniente dall'oscillatore Wen in un'onda quadra invertita standard. Dato che l'uscita del demodulatore sensibile alla fase è una tensione CC pulsante contenente armoniche ad alta-frequenza, viene utilizzato un filtro di tipo π - per filtrare i componenti armonici al fine di ottenere un'uscita di tensione CC stabile e costante. Infine, invia il valore di tensione media corrispondente al voltmetro CC. Per far corrispondere l'intervallo di capacità di base con l'intervallo di 2 V del multimetro digitale, la frequenza del segnale sinusoidale ad alta-frequenza è selezionata come 1 MHz (i parametri di distribuzione dovrebbero essere considerati se la frequenza è troppo alta), il valore effettivo della tensione è 1 V e il prodotto del fattore di amplificazione del circuito e della resistenza di feedback Rf è. Pertanto, l'intervallo di tensione CC del multimetro digitale è 200 mV, corrispondente a un intervallo di capacità di 0,2 pF, e 200 V corrisponde a un intervallo di capacità di 200 pF. L'intervallo di misurazione è 10-4-102pF e la risoluzione è 10-4pF. La precisione della misurazione è
