Mở rộng chức năng đo điện dung của vạn năng kỹ thuật số
Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ba chữ số rưỡi hoặc bốn chữ số rưỡi thông thường được trang bị chức năng đo điện dung, nhưng phạm vi đo hẹp và độ chính xác của phép đo thấp và thường không có phép đo trực tuyến chức năng. Bài viết này thảo luận về cách mở rộng những khả năng này.
1. Đo điện dung trực tuyến
Theo đặc tính của mạch vi sai và mạch tích phân, 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 sai nghịch đảo RC chủ động đơn giản. Bộ tạo dao động Venturi tạo ra tín hiệu AC tần số cố định Vr, tín hiệu này kích thích mạch chuyển đổi CX/V và thu được điện áp xoay chiều V0 (V1) tỷ lệ với CX. Nó được lọc bằng bộ lọc thông dải bậc hai để lọc các điện áp khác với tần số cố định. Sau khi loại bỏ nhiễu, điện áp đầu ra DC V tỷ lệ với CX sẽ thu được sau AC/DC. Khi tín hiệu AC Vr kích thích mạch CX/V, điện áp đầu ra của bộ tích phân đảo
Nghĩa là, điện dung đo được CX tỷ lệ thuận với điện áp đầu ra C{{0}}, nhờ đó đạt được chuyển đổi CX→V. Để làm cho phạm vi tụ điện cơ bản tương ứng với phạm vi 2V của đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, hãy chọn tần số dao động của bộ tạo dao động Venturi là 400Hz, giá trị điện áp hiệu dụng là 1V, R1 là 20kΩ và C1 là 0,1μF. R2 thay đổi từ 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ và phạm vi điện dung đo tương ứng là 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Đo điện dung nhỏ
Phạm vi đo chung của đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ba chữ số rưỡi để đo điện dung là 2000pF ~ 20μF. Thật bất lực khi đo điện dung nhỏ dưới 1pF. Theo phương pháp phản ứng điện dung và sử dụng tín hiệu tần số cao, có thể thực hiện được phép đo điện dung cực nhỏ. Sơ đồ mạch đo như hình 2. CX là điện dung đo được, Rf là điện trở phản hồi đầu cuối đảo ngược. Khi tín hiệu hình sin Vi có tần số f là đầu vào, trở kháng biểu thị trên CX và độ lợi của bộ khuếch đại thuật toán là: Khi A và Rf không đổi, tần số tín hiệu hình sin f tỷ lệ nghịch với điện dung đo được CX. Để đo điện dung nhỏ hơn, người ta sử dụng phép đo tín hiệu tần số cao.
Sơ đồ khối nguyên lý mạch để thực hiện phép đo được thể hiện trên Hình 2(b). Quá trình đo là: 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 điện 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 bởi bộ khuếch đại và đầu ra bởi biến áp cách ly. Nó 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 ra bởi sóng hình sin tần số cao thông qua bộ chuyển đổi dạng sóng. 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 và 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, chuyển đổi sóng hình sin tần số cao 1 MHz tiêu chuẩn từ bộ dao động Wien 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 để có được đầu ra điện áp DC ổn định và không đổi, bộ lọc loại π được sử dụng để lọc các thành phần sóng hài. Cuối cùng, điện áp trung bình tương ứng được gửi đến vôn kế DC. Để làm cho dải tụ cơ bản tương ứng với dải 2V của đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, tần số của tín hiệu hình sin tần số cao được chọn là 1 MHz (nếu tần số quá cao, phải xem xét tham số phân phối), 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 2{18}}0mV tương ứng với dải điện dung là 0,2pF và dải điện dung là 200V tương ứng với 200pF. Phạm vi đo là 10-4~102pF và độ phân giải là 10-4pF.
