Digitaalse multimeetri mahtuvuse mõõtmise võime laiendamine
1 Online mahtuvuse mõõtmine
Sõltuvalt diferentsiaal- ja integraalahelate omadustest saab mahtuvuse mõõtmise teisendada pinge mõõtmiseks.
Kasutades otsest aktiivset RC inverteerivat diferentsiaali ja integraallülitust, töötab ahela keskne komponent CX/V. CX/V teisendusahel ergastatakse Wieni ostsillaatori fikseeritud sagedusega vahelduvvoolu signaaliga, et tekitada vahelduvpinge V0 (V1), mis on võrdeline CX-ga. See pinge filtreeritakse seejärel teist järku ribapääsfiltriga, et eemaldada muud signaalid peale fikseeritud sageduse. Pärast segadust kasutatakse AC/DC väljundpinget V, mis on võrdeline CX-ga. CX/V-ahel ergastatakse vahelduvvoolusignaaliga Vr ja selle tulemusena muutub inverteeriva integraatori väljundpinge.
Teisisõnu, CX teisendamine V-ks on realiseeritud, kuna mõõdetud mahtuvus CX on otseselt võrdeline väljundpingega C{{0}}. Wieni ostsillaatori 400 Hz võnkesagedus, 1 V efektiivne pinge, 20 k takistus R1 ja 0,1 F mahtuvus C1 peavad kõik olema olemas, et mahtuvuse põhivahemik sobiks digitaalse multimeetri 2 V vahemikuga. R2 mõõte mahtuvuse vahemik muutub 200-2k-200k-200k-2M-lt väärtusele 20F-2F-200nF{{17} }nF-2nF.
2 Väikese mahtuvuse mõõtmine
Üldise kolme ja poole numbrilise digitaalse multimeetri mahtuvuse mõõtmiseks on vahemik 2000pF kuni 20μF ning see on jõuetu mõõta pisikesi mahtuvusi alla 1pF. Mahtuvusliku reaktantsi meetodi kohaselt ja kõrgsagedussignaale kasutades saab teostada väikese mahtuvuse mõõtmist. Mõõtmisskeem on näidatud joonisel 2. CX on mõõdetud mahtuvus ja Rf on inverteeriva klemmi tagasisidetakistus. Kui sisestatakse siinussignaal Vi sagedusega f, on CX-i impedants ja operatiivvõimendi võimendus järgmised: kui A ja Rf on konstantsed, on siinussignaali sagedus f pöördvõrdeline mõõdetud mahtuvusega CX. Väikeste mahtude mõõtmiseks kasutatakse kõrgsageduslikke signaalimõõtmisi.
Kõrgsagedusliku signaali generaatori poolt genereeritud kõrgsageduslik siinussignaal rakendatakse mõõdetud kondensaatorile ja CX muundatakse mahtuvuslikuks reaktiivtaksiks Xc ja seejärel Xc muundatakse C/ACV muundamise teel vahelduvpingesignaaliks, mida võimendab võimendi ja eraldustrafo väljund saadetakse faasitundlikule demodulaatori demodulatsioonile; faasitundliku demodulaatori teine sisend on ruutlaine (st demoduleeritud signaal), mille genereerib kõrgsageduslik siinuslaine läbi lainekuju muunduri ning kahel sisendsignaalil on sama sagedus ja faas. Demoduleeritud signaal filtreeritakse madalpääsfiltriga, et saada mõõdetud kondensaatori CX väärtusega proportsionaalne alalispinge, mis saadetakse alalisvoolu voltmeetrile, et kuvada otse mõõtetulemus. Lainekuju muundur koosneb inverteeriva sisendiga null-ristuvast komparaatorist, mis teisendab tavalise 1MHz kõrgsagedusliku siinuslaine Wieni ostsillaatorist standardseks inverteerivaks ruutlaineks. Kuna faasitundliku demodulaatori väljundiks on kõrgsageduslikke harmoonilisi sisaldav pulseeriv alalispinge, siis stabiilse ja püsiva alalispinge väljundi saamiseks kasutatakse harmooniliste komponentide välja filtreerimiseks π-tüüpi filtrit. Lõpuks saadetakse vastav keskmine pinge alalisvoolu voltmeetrile. Selleks, et põhimahtuvuse tase vastaks digitaalse multimeetri 2V tasemele, valitakse kõrgsagedusliku siinussignaali sageduseks 1MHz (liiga kõrge sageduse korral tuleks arvestada jaotusparameetreid), efektiivväärtus pingest on 1 V ning ahela võimendusteguri ja tagasisidetakistuse Rf korrutis on, seega Digitaalse multimeetri alalispinge vahemik 200 mV vastab mahtuvuse vahemikule 0,2 pF ja 200 V vastab mahtuvusvahemik 200pF. Mõõtmisvahemik on 10-4 kuni 102 pF ja eraldusvõime on 10-4pF.
