Mở rộng khả năng đo điện dung trong đồng hồ vạn năng kỹ thuật số
1. Đo điện dung trực tuyến
Theo đặc tính của mạch tích phân vi sai, phép đo điện dung có thể được chuyển đổi thành phép đo điện áp.
Phần cốt lõi của mạch CX/V sử dụng mạch tích hợp và vi phân nghịch đảo RC hoạt động đơn giản. Bộ tạo dao động Wen tạo ra tín hiệu AC tần số cố định Vr, tín hiệu này kích thích mạch chuyển đổi CX/V để thu được điện áp xoay chiều V0 (V1) tỷ lệ với CX. Sau khi được lọc bằng bộ lọc thông dải thứ hai{4}}để loại bỏ tạp chất bên ngoài tần số cố định, sẽ thu được điện áp đầu ra AC/DC V tỷ lệ với CX. Khi tín hiệu AC Vr kích thích mạch CX/V, điện áp đầu ra của bộ tích hợp đảo ngược là
Nghĩa là, điện dung đo được CX tỷ lệ thuận với điện áp đầu ra C0, do đó đạt được chuyển đổi CX → V. Để phù hợp với mức điện dung cơ bản với mức 2V của đồng hồ vạn năng số, tần số dao động của dao động Wen được chọn là 400Hz, giá trị điện áp hiệu dụng là 1V, R1 được đặt thành 20k Ω và C1 được đặt thành 0,1 μ F. R2 thay đổi trong khoảng 200 Ω -2k Ω -20k Ω -200k Ω -2M Ω, tương ứng với phạm vi điện dung đo được là 20 μ F-2 μ F-200nF-20nF-2nF.
2. Đo tụ điện nhỏ
Phạm vi của đồng hồ vạn năng ba chữ số rưỡi thông thường để đo điện dung là 2000pF đến 20 μ F, và nó bất lực khi đo các tụ điện nhỏ dưới 1pF. Theo phương pháp trở kháng điện dung và sử dụng tín hiệu tần số cao, có thể đo các tụ điện nhỏ. Sơ đồ mạch đo được thể hiện trên hình 2. CX là điện dung đo được và Rf là điện trở phản hồi ở đầu đảo ngược. Khi tần số đầu vào của tín hiệu hình sin Vi là f thì trở kháng biểu thị trên CX và độ lợi của bộ khuếch đại thuật toán là: khi A và Rf không đổi thì tần số của tín hiệu hình sin f tỷ lệ nghịch với điện dung đo được CX. Để đo các tụ điện nhỏ hơn, hãy sử dụng tín hiệu-tần số cao để đo.
Sơ đồ khối nguyên lý mạch đo được thể hiện trên Hình 2 (b). Quá trình đo như sau: tín hiệu hình sin tần số cao- do bộ tạo tín hiệu tần số cao- tạo ra được đưa vào tụ điện đo được, CX được chuyển đổi thành trở kháng điện dung Xc, sau đó Xc được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp xoay chiều thông qua chuyển đổi C/ACV, được khuếch đại bằng bộ khuếch đại và đầu ra của biến áp cách ly được gửi đến bộ giải điều chế nhạy pha để giải điều chế; Đầu vào khác của bộ giải điều chế nhạy pha là sóng vuông (tức là tín hiệu giải điều chế) được tạo bởi sóng hình sin tần số cao- thông qua bộ chuyển đổi dạng sóng và hai tín hiệu đầu vào có cùng tần số và pha. Tín hiệu giải điều chế được lọc bằng bộ lọc thông thấp-để thu được điện áp DC tỷ lệ với giá trị CX của điện dung đo được, sau đó được gửi đến vôn kế DC để hiển thị trực tiếp kết quả đo. Bộ chuyển đổi dạng sóng bao gồm một bộ so sánh giao nhau bằng 0 với đầu vào đảo ngược, giúp chuyển đổi sóng hình sin tần số cao{11}}tiêu chuẩn 1 MHz từ bộ tạo dao động Wen thành sóng vuông nghịch đảo tiêu chuẩn. Do đầu ra của bộ giải điều chế nhạy pha là điện áp DC dao động chứa sóng hài tần số-cao nên bộ lọc loại π - được sử dụng để lọc các thành phần sóng hài nhằm thu được đầu ra điện áp DC ổn định và không đổi. Cuối cùng, gửi giá trị điện áp trung bình tương ứng tới vôn kế DC. Để tương ứng với phạm vi điện dung cơ bản với phạm vi 2V của đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, tần số của tín hiệu hình sin tần số cao được chọn là 1 MHz (cần xem xét các thông số phân phối nếu tần số quá cao), giá trị hiệu dụng của điện áp là 1V và tích của hệ số khuếch đại mạch và điện trở phản hồi Rf là. Do đó, dải điện áp DC của đồng hồ vạn năng kỹ thuật số là 200mV, tương ứng với dải điện dung là 0,2pF và 200V tương ứng với dải điện dung là 200pF. Phạm vi đo là 10-4-102pF và độ phân giải là 10-4pF. Độ chính xác của phép đo là
