Rozšíření měření kapacity na digitálních multimetrech
Na základě charakteristik diferenciálních a integrálních obvodů lze měření kapacity převést na měření napětí.
Jádro obvodu, CX/V, používá jednoduchý aktivní RC invertující diferenciátor a integrátor. Oscilátor vídeňského můstku generuje střídavý signál Vr s pevnou frekvencí, který vybudí převodní obvod CX/V, aby vytvořil střídavé napětí V0 (V1) úměrné CX. Po odstranění šumu mimo pevnou frekvenci pomocí pásmové propusti druhého řádu poskytuje konverze AC/DC výstupní stejnosměrné napětí V úměrné CX.
Když střídavý signál Vr vybudí obvod CX/V, výstupní napětí invertujícího integrátoru je:
To znamená, že naměřená kapacita CX je úměrná výstupnímu napětí V0, čímž je realizován převod CX→V. Aby se základní kapacitní rozsah srovnal s rozsahem 2V digitálního multimetru, oscilátor Wienského můstku je nastaven na 400 Hz s RMS napětím 1 V, R1=20 kΩ, a R2} μ{08} μ{08} μ{0 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, odpovídající rozsahy měření kapacity jsou 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Měření malých kapacit
Typické 3½místné digitální multimetry mají rozsah měření kapacity 2000 pF ~ 20 μF a nemohou měřit malé kapacity pod 1 pF. Použití metody kapacitní reaktance s vysokofrekvenčními signály umožňuje měření minutových kapacit, jak je znázorněno na obrázku 2. Nechť CX je měřená kapacita zpětné vazby na vstupu a Rf. Pro sinusový vstupní signál Vi při frekvenci f jsou impedance CX a zesílení operačního zesilovače dány vztahem: S pevnými A a Rf je frekvence f sinusového signálu nepřímo úměrná CX. K měření malých kapacit se proto používají vysokofrekvenční signály.
Blokové schéma měřicího obvodu je znázorněno na obrázku 2(b). Proces měření je následující: Na měřenou kapacitu je přiveden vysokofrekvenční sinusový signál ze signálového generátoru, který převádí CX na kapacitní reaktanci XC. Tento XC se převádí na střídavé napětí přes převodník C/ACV, zesiluje se a posílá do jiného vstupního demodulátoru demodulátoru transformátoru. obdélníková vlna (referenční signál) odvozená z vysokofrekvenční sinusové vlny přes převodník tvaru vlny se stejnou frekvencí a fází. Demodulovaný signál je filtrován dolní propustí, aby se vytvořilo stejnosměrné napětí úměrné CX, které je odesláno do stejnosměrného voltmetru pro přímé zobrazení.
Převodník tvaru vlny je invertující komparátor s průchodem nulou, který převádí standardní 1 MHz vysokofrekvenční sinusovou vlnu z oscilátoru Wienského můstku na standardní invertovanou obdélníkovou vlnu. Protože výstupem fázově citlivého demodulátoru je pulzující stejnosměrné napětí obsahující vysokofrekvenční harmonické, aπ-filtrse používá k odstranění harmonických a získání stabilního, konstantního stejnosměrného výstupu. Odpovídající průměrné napětí je poté odesláno do stejnosměrného voltmetru.
Aby se základní kapacitní rozsah srovnal s rozsahem 2V digitálního multimetru, je vysokofrekvenční sinusový signál nastaven na1 MHz(dostatečně vysoká, aby se zabránilo efektům distribuovaných parametrů při nadměrných frekvencích) s RMS napětím 1 V. Součin zesílení obvodu a zpětnovazebního odporu Rf je nastaven tak, že rozsah 200 mV DC multimetru odpovídá 0,2 pF a 2 V odpovídá 200 pF.
