Proširenje funkcije mjerenja kapacitivnosti digitalnih multimetara
Na osnovu karakteristika diferencijalnih i integralnih kola, merenje kapacitivnosti se može pretvoriti u merenje napona.
Jezgro CX/V konverzijskog kola usvaja jednostavnu aktivnu invertujuću RC diferencijalnu i integralnu konfiguraciju. Wien bridge oscilator generiše an
Referentni signal naizmjenične struje Vr na fiksnoj frekvenciji, koji pobuđuje sklop CX/V konverzije i proizvodi izlazni napon naizmjenične struje V0(V1) proporcionalan kapacitivnosti CX. Nakon filtriranja signala smetnji izvan fiksne frekvencije preko propusnog filtera drugog reda, signal prolazi kroz AC/DC pretvarač kako bi se dobio DC izlazni napon V proporcionalan CX.
Kada AC signal Vr pokreće CX/V kolo, izlazni napon invertnog integratora je proporcionalan izmjerenoj kapacitivnosti CX. Time se ostvaruje konverzija kapacitivnosti CX u napon.
Da bi se osnovni opseg kapacitivnosti uskladio sa opsegom napona od 2 V digitalnog multimetra, oscilator Wien mosta je podešen na 400 Hz sa RMS naponom od 1 V; i C1=0.1 μF. Otpor R2 se može prebaciti između i , što odgovara rasponima mjerenja kapacitivnosti od 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF i 2 nF respektivno.
2 Mjerenje malog kapaciteta
Obični digitalni multimetri sa 3½ cifre imaju opseg mjerenja kapacitivnosti od 2000 pF do 20 μF i ne mogu mjeriti male kapacitete ispod 1 pF. Primjenom kapacitivnog metoda reaktancije sa visokofrekventnom pobudom, mogu se izmjeriti ultra-mali kapaciteti. Mjerni krug je prikazan na slici 2, gdje je CX izmjereni kapacitet, a Rf povratni otpornik na invertirajućem ulazu.
Kada se primeni sinusoidni signal Vi frekvencije f, kapacitivna reaktanca se pojavljuje na CX. Shodno tome se određuje pojačanje operacionog pojačala. Sa fiksnim pojačanjem i otporom povratne sprege, frekvencija signala f je obrnuto proporcionalna izmjerenoj kapacitivnosti CX. Zbog toga su visokofrekventni signali usvojeni za mjerenje ekstremno malih kapacitivnosti.
Funkcionalni blok dijagram principa mjerenja prikazan je na slici 2(b). Tokom merenja: visokofrekventni sinusoidni signal koji generiše oscilator primenjuje se na CX; kapacitivnost se pretvara u kapacitivnu reaktanciju XC; C/ACV pretvarač pretvara XC u AC napon, koji se pojačava i izoluje transformatorom prije nego što se pošalje u fazno osjetljiv demodulator.
Drugi ulaz demodulatora je kvadratni talas dobijen oblikovanjem visokofrekventnog sinusnog talasa kroz konvertor talasnog oblika; dva ulazna signala dijele istu frekvenciju i fazu. Demodulirani signal prolazi kroz niskopropusni filter kako bi se proizveo DC napon proporcionalan CX, koji se zatim prikazuje direktno na DC voltmetru.
Konvertor talasnog oblika sastoji se od komparatora sa invertujućim prelazom preko nule, koji pretvara standardni sinusni talas od 1 MHz iz Wien oscilatora u stabilan invertovani kvadratni talas. Budući da je izlaz demodulatora pulsirajući DC koji sadrži visokofrekventne harmonike, filter tipa π se koristi za suzbijanje komponenti talasanja i isporuku glatkog, postojanog istosmjernog napona do mjerača.
Da bi se rasponi kapacitivnosti uskladili sa opsegom napona od 2 V multimetra, visokofrekventni signal je postavljen na 1 MHz (previše visoke frekvencije će dovesti do parazitnih parametara) sa RMS naponom od 1 V. Proizvod pojačanja kola i otpora povratne sprege je konfigurisan tako da multimetar od 200 mV i opsega od 200 mV odgovara opsegu 20 V DC, opsegu 20 V. do 200 pF. Ukupni mjerni opseg je 10−4 pF do 102 pF, sa rezolucijom od 10−4 pF.
