Proširenje funkcije mjerenja kapaciteta za digitalne multimetre
1 Mjerenje kapacitivnosti na mreži
Na temelju karakteristika diferencijalno-integralnih krugova, mjerenje kapaciteta može se pretvoriti u mjerenje napona.
Jezgra kruga usvaja jednostavan aktivni RC invertirajući diferencijalni i integralni krug za Cₓ/V pretvorbu. Wien-bridge oscilator generira AC referentni signal Vᵣ fiksne frekvencije, koji pobuđuje Cₓ/V pretvorbeni krug i proizvodi AC izlazni napon V₀ (V₁) proporcionalan izmjerenom kapacitetu Cₓ. Nakon filtriranja lažnih komponenti izvan fiksnog frekvencijskog pojasa pomoću pojasnog filtra drugog reda, signal prolazi kroz AC/DC pretvarač da bi se dobio istosmjerni izlazni napon V proporcionalan Cₓ.
Kada AC signal Vᵣ pokreće Cₓ/V krug, izlazni napon invertirajućeg pojačala proporcionalan je izmjerenom kapacitetu Cₓ, čime se ostvaruje pretvorba Cₓ‑u-V. Kako bi se uskladio osnovni raspon kapaciteta s rasponom od 2 V digitalnog multimetra, Wien-bridge oscilator postavljen je da radi na 400 Hz s RMS izlaznim naponom od 1 V. R₁ je 20 kΩ, a C₁ je 0,1 μF. R₂ se prebacuje između 200 Ω, 2 kΩ, 20 kΩ, 200 kΩ i 2 MΩ, što odgovara rasponima mjerenja kapacitivnosti od 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF i 2 nF.
2 Mjerenje kapacitivnosti male vrijednosti
Obični digitalni multimetri s 3½ znamenke daju raspone kapaciteta od 2000 pF do 20 μF i ne mogu mjeriti malene kapacitete ispod 1 pF. Mjerenje malog kapaciteta može se ostvariti metodom kapacitivne reaktancije s visokofrekventnim pobudnim signalima. Mjerni krug prikazan je na slici 2. Cₓ označava kapacitivnost koja se ispituje, a Rբ je povratni otpornik na invertirajućem ulaznom terminalu. Kada sinusoidni ulazni signal Vᵢ frekvencijefprimjenjuje se impedancija na Cₓ i prema tome se određuje pojačanje operacijskog pojačala. S fiksnim pojačanjem pojačalaAi povratni otpor Rբ, frekvencijafsinusoidnog signala obrnuto je proporcionalan izmjerenom kapacitetu Cₓ. Stoga se za mjerenje malih kapaciteta koriste visokofrekventni signali.
Blok dijagram implementiranog mjernog kruga prikazan je na slici 2(b). U postupku mjerenja: visokofrekventni sinusoidni signal koji generira visokofrekventni oscilator primjenjuje se na kapacitet Cₓ uređaja koji se ispituje, pretvarajući Cₓ u kapacitivnu reaktanciju Xc. Transformacija izmjeničnog napona u izmjenični napon pretvara Xc u izmjenični napon, koji se pojačava i preko izolacijskog transformatora dovodi do fazno osjetljivog demodulatora. Drugi ulaz fazno osjetljivog demodulatora je demodulacijski signal kvadratnog vala, izveden iz visokofrekventnog sinusnog vala kroz oblikovatelj vala; dva ulazna signala dijele identičnu frekvenciju i fazu. Demodulirani signal obrađuje niskopropusni filtar kako bi se dobio istosmjerni napon proporcionalan Cₓ, koji se šalje na istosmjerni voltmetar za izravno očitavanje rezultata mjerenja.
Oblikovatelj vala sastoji se od invertirajućeg komparatora koji prelazi nulu, koji pretvara standardni visokofrekventni sinusni val od 1 MHz iz Wien-bridge oscilatora u komplementarnu referencu kvadratnog vala. Budući da je izlaz fazno osjetljivog demodulatora pulsirajući istosmjerni napon koji sadrži harmonike visokog reda, koristi se filtar π-tipa za potiskivanje harmonijskih komponenti i isporuku stabilnog, konstantnog istosmjernog izlaza.
