Ampliación de la función de medición de capacitancia para multímetros digitales
1 Medición de capacitancia en línea
Según las características de los circuitos integrales diferenciales, la medición de capacitancia se puede convertir en medición de voltaje.
El núcleo del circuito adopta un diferencial inversor RC activo simple y un circuito integral para la conversión Cₓ/V. Un oscilador de puente de Viena genera una señal de referencia de CA Vᵣ de frecuencia fija, que excita el circuito de conversión Cₓ/V y produce un voltaje de salida de CA V₀ (V₁) proporcional a la capacitancia Cₓ medida. Después de filtrar los componentes espurios fuera de la banda de frecuencia fija mediante un filtro de paso de banda de segundo orden, la señal pasa a través de un convertidor CA/CC para producir un voltaje de salida CC V proporcional a Cₓ.
Cuando la señal de CA Vᵣ impulsa el circuito Cₓ/V, el voltaje de salida del amplificador inversor es proporcional a la capacitancia medida Cₓ, realizando así la conversión de Cₓ a V. Para hacer coincidir el rango de capacitancia básico con el rango de 2 V del multímetro digital, el oscilador de puente de Wien está configurado para funcionar a 400 Hz con un voltaje de salida RMS de 1 V. R₁ es 20 kΩ y C₁ es 0,1 μF. R₂ se conmuta entre 200 Ω, 2 kΩ, 20 kΩ, 200 kΩ y 2 MΩ, correspondientes a rangos de medición de capacitancia de 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF y 2 nF respectivamente.
2 Medición de capacitancia de valor pequeño
Los multímetros digitales comunes de 3½ dígitos proporcionan rangos de capacitancia de 2000 pF a 20 μF y no pueden medir capacitancias pequeñas por debajo de 1 pF. La medición de pequeña capacitancia se puede realizar mediante el método de reactancia capacitiva con señales de excitación de alta frecuencia. El circuito de medición se muestra en la Figura 2. Cₓ denota la capacitancia bajo prueba y R֢ es la resistencia de retroalimentación en el terminal de entrada inversora. Cuando una señal de entrada sinusoidal Vᵢ de frecuenciafSe aplica, aparece una impedancia a través de Cₓ y la ganancia del amplificador operacional se determina en consecuencia. Con ganancia de amplificador fijaAy resistencia de retroalimentación R֢, la frecuenciafde la señal sinusoidal es inversamente proporcional a la capacitancia Cₓ medida. Por lo tanto, se adoptan señales de alta frecuencia para medir capacitancias pequeñas.
El diagrama de bloques del circuito de medición implementado se presenta en la Figura 2 (b). En el procedimiento de medición: se aplica una señal sinusoidal de alta frecuencia generada por un oscilador de alta frecuencia a la capacitancia Cₓ del dispositivo bajo prueba, convirtiendo Cₓ en reactancia capacitiva Xc. La transformación de voltaje de CA a CA convierte Xc en un voltaje de CA, que se amplifica y se alimenta a través de un transformador de aislamiento a un demodulador sensible a la fase. La segunda entrada del demodulador sensible a la fase es una señal de demodulación de onda cuadrada, derivada de la onda sinusoidal de alta frecuencia a través de un formador de onda; las dos señales de entrada comparten frecuencia y fase idénticas. La señal demodulada se procesa mediante un filtro de paso bajo para obtener un voltaje de CC proporcional a Cₓ, que se envía a un voltímetro de CC para la lectura directa del resultado de la medición.
El formador de onda consiste en un comparador inversor de cruce por cero, que convierte la onda sinusoidal estándar de alta frecuencia de 1 MHz del oscilador del puente de Viena en una referencia de onda cuadrada complementaria. Dado que la salida del demodulador sensible a la fase es un voltaje de CC pulsante que contiene armónicos de alto orden, se emplea un filtro tipo π para suprimir los componentes armónicos y ofrecer una salida de CC estable y constante.
