Ampliación de la función de medición de capacitancia de los multímetros digitales
Según las características de los circuitos diferenciales e integrales, la medición de capacitancia se puede convertir en medición de voltaje.
El circuito de conversión CX/V central adopta un diferencial RC inversor activo simple y una configuración integral. Un oscilador del puente de Viena genera una
Señal de referencia de CA Vr a una 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. Después de filtrar las señales de interferencia fuera de la frecuencia fija a través de un filtro de paso de banda de segundo orden, la señal pasa a través de un convertidor CA/CC para obtener una tensión de salida CC V proporcional a CX.
Cuando la señal de CA Vr impulsa el circuito CX/V, el voltaje de salida del integrador inversor es proporcional a la capacitancia medida CX. Esto realiza la conversión de capacitancia CX a voltaje.
Para hacer coincidir el rango de capacitancia básico con el rango de voltaje de 2 V de un multímetro digital, el oscilador del puente de Viena se configura a 400 Hz con un voltaje RMS de 1 V; y C1=0.1 μF. La resistencia R2 se puede conmutar entre y , correspondientes a rangos de medición de capacitancia de 20 μF, 2 μF, 200 nF, 20 nF y 2 nF respectivamente.
2 Medición de capacitancia pequeña
Los multímetros digitales comunes de 3½ dígitos tienen un rango de medición de capacitancia de 2000 pF a 20 μF y no pueden medir capacitancias pequeñas por debajo de 1 pF. Aplicando el método de la reactancia capacitiva con excitación de alta frecuencia, se pueden medir capacitancias ultrapequeñas. El circuito de medición se muestra en la Figura 2, donde CX es la capacitancia medida y Rf es la resistencia de retroalimentación en la entrada inversora.
Cuando se aplica una señal sinusoidal Vi de frecuencia f, aparece una reactancia capacitiva en CX. La ganancia del amplificador operacional se determina en consecuencia. Con ganancia fija y resistencia de retroalimentación, la frecuencia de la señal f es inversamente proporcional a la capacitancia medida CX. Por lo tanto, se adoptan señales de alta frecuencia para medir capacitancias extremadamente pequeñas.
El diagrama de bloques funcional del principio de medición se muestra en la Figura 2 (b). Durante la medición: se aplica a CX una señal sinusoidal de alta frecuencia generada por el oscilador; la capacitancia se convierte en reactancia capacitiva XC; un convertidor C/ACV transforma XC en un voltaje CA, que es amplificado y aislado por un transformador antes de enviarse a un demodulador sensible a la fase.
La segunda entrada del demodulador es una onda cuadrada obtenida dando forma a la onda sinusoidal de alta frecuencia a través de un convertidor de forma de onda; las dos señales de entrada comparten la misma frecuencia y fase. La señal demodulada pasa a través de un filtro de paso bajo para producir un voltaje de CC proporcional a CX, que luego se muestra directamente en un voltímetro de CC.
El convertidor de forma de onda consta de un comparador inversor de cruce por cero, que convierte la onda sinusoidal estándar de 1 MHz del oscilador de Viena en una onda cuadrada invertida estable. Dado que la salida del demodulador es una CC pulsante que contiene armónicos de alta frecuencia, se utiliza un filtro tipo π para suprimir los componentes de ondulación y suministrar un voltaje de CC uniforme y constante al medidor.
Para alinear los rangos de capacitancia con el rango de voltaje de 2 V del multímetro, la señal de alta frecuencia se configura en 1 MHz (las frecuencias excesivamente altas introducirán parámetros parásitos) con un voltaje RMS de 1 V. El producto de la ganancia del circuito y la resistencia de retroalimentación se configura de modo que el rango de 200 mV CC del multímetro corresponda a 0,2 pF y el rango de 200 V corresponda a 200 pF. El rango de medición general es de 10-4 pF a 102 pF, con una resolución de 10-4 pF.
