Dijital Multimetrelerde Kapasitans Ölçümünün Genişletilmesi
Diferansiyel ve integral devrelerin özelliklerine bağlı olarak kapasitans ölçümü gerilim ölçümüne dönüştürülebilir.
Devrenin çekirdek kısmı olan CX/V, basit bir aktif RC evirici farklılaştırıcı ve entegratör kullanır. Bir Wien köprüsü osilatörü, sabit bir frekansta bir AC sinyali Vr üretir ve bu, CX ile orantılı bir AC voltajı V0(V1) üretmek için CX/V dönüşüm devresini uyarır. İkinci dereceden bant geçiren bir filtreyle sabit frekansın dışındaki gürültüyü çıkardıktan sonra, bir AC/DC dönüşümü, CX ile orantılı bir DC çıkış voltajı V verir.
AC sinyali Vr, CX/V devresini uyardığında, evirici entegratörün çıkış voltajı:
Yani, ölçülen kapasitans CX çıkış voltajı V0 ile orantılıdır, dolayısıyla CX→V dönüşümü gerçekleştirilir. Temel kapasitans aralığını dijital multimetrenin 2V aralığıyla eşleştirmek için Wien köprü osilatörü 1 V, R1=20 kΩ ve C1=0.1 μF RMS voltajıyla 400 Hz'ye ayarlanır. R2 200 olarak değiştirilerek Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, karşılık gelen kapasitans ölçüm aralıkları 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF'dir.
2 Küçük Kapasitelerin Ölçümü
Tipik 3½ basamaklı dijital multimetrelerin kapasitans ölçüm aralığı 2000 pF ~ 20 μF'dir ve 1 pF'nin altındaki küçük kapasitansları ölçemez. Yüksek frekanslı sinyallerle kapasitif reaktans yönteminin kullanılması, Şekil 2'de gösterildiği gibi dakika kapasitanslarının ölçülmesini sağlar. CX ölçülen kapasitans ve Rf ters çevirme girişindeki geri besleme direnci olsun. F frekansındaki sinüzoidal bir giriş sinyali Vi için, CX empedansı ve op-amp'in kazancı şu şekilde verilir: Sabit A ve Rf ile sinüzoidal sinyalin frekansı f, CX ile ters orantılıdır. Bu nedenle küçük kapasitansları ölçmek için yüksek frekanslı sinyaller kullanılır.
Ölçüm devresinin blok diyagramı Şekil 2(b)'de gösterilmektedir. Ölçüm süreci şu şekildedir: Bir sinyal oluşturucudan gelen yüksek frekanslı sinüzoidal bir sinyal, ölçülen kapasitansa uygulanır ve CX, kapasitif reaktans XCye dönüştürülür. Bu XC, bir C/ACV dönüştürücü aracılığıyla bir AC voltajına dönüştürülür, güçlendirilir ve bir izolasyon transformatörü aracılığıyla faza duyarlı bir demodülatöre gönderilir. Demodülatöre diğer giriş, türetilmiş bir kare dalgadır (referans sinyali). yüksek frekanslı sinüs dalgasından, aynı frekans ve faza sahip bir dalga biçimi dönüştürücü aracılığıyla. Demodüle edilmiş sinyal, doğrudan görüntülenmek üzere bir DC voltmetreye gönderilen CX ile orantılı bir DC voltajı üretmek için alçak geçişli bir filtre tarafından filtrelenir.
Dalga biçimi dönüştürücü, Wien köprüsü osilatöründen gelen standart 1 MHz yüksek frekanslı sinüs dalgasını standart ters kare dalgaya dönüştüren, ters çeviren bir sıfır geçiş karşılaştırıcısıdır. Faza duyarlı demodülatörün çıkışı, yüksek frekans harmonikleri içeren titreşimli bir DC voltajı olduğundan, birπ-filtreHarmonikleri gidermek ve kararlı, sabit bir DC çıkışı elde etmek için kullanılır. Karşılık gelen ortalama voltaj daha sonra DC voltmetreye gönderilir.
Temel kapasitans aralığını dijital multimetrenin 2V aralığıyla eşleştirmek için yüksek frekanslı sinüzoidal sinyal,1 MHz(aşırı frekanslarda dağıtılmış parametre etkilerini önleyecek kadar yüksek) 1 V RMS voltajıyla. Devre kazancı ve geri besleme direnci Rf'nin çarpımı, multimetrenin 200 mV DC aralığı 0,2 pF'ye ve 2 V, 200 pF'ye karşılık gelecek şekilde ayarlanır.
