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數(shù)字萬用表測量電容功能的擴展
2012-09-01
1在線測量電容
根據(jù)微分積分電路性質(zhì)，可將電容的測量轉(zhuǎn)換成電壓測量。測量原理和轉(zhuǎn)換電路圖如圖1。
電路的核心部分CX/V采用簡單的有源RC反相微分和積分電路。文氏振蕩器產(chǎn)生一固定頻率的交流信號Vr，它激勵CX/V轉(zhuǎn)換電路，得到一個與CX成正 比的交流電壓V0(V1)，經(jīng)二階帶通濾波器濾波，濾除固定頻率以外的雜波后，再經(jīng)AC/DC后得到與CX成正比的直流輸出電壓V。當(dāng)交流信號Vr激勵CX/V電路時，反相積分器的輸出電壓
即，被測電容CX與輸出電壓C0成 正比，從而實現(xiàn)了CX→V轉(zhuǎn)換。為了使電容基本檔與數(shù)字萬用表2V檔對應(yīng)，選文氏振蕩器振蕩頻率為400Hz，電壓有效值為1V，R1取20kΩ，C1取0．1μF。R2從200Ω－2kΩ－20kΩ－200kΩ－2MΩ變化，對應(yīng)的測量電容量程為20μF－2μF－200nF－20nF－2nF。
2 測量小電容
一般的三位半數(shù)字萬用表測量電容的量程為2000pF～20μF，它對1pF以下微小電容的測量顯得無能為力。根據(jù)容抗法并采用高頻信號可以實現(xiàn)對微小電容的測量，測量電路圖如圖2。CX為被測電容，Rf為反相端反饋電阻。當(dāng)輸入頻率為f的正弦信號Vi時，CX上呈現(xiàn)的阻抗，運算放大器的增益為：當(dāng)A、Rf一定時，正弦信號頻率f與被測電容CX成反比。為測量較小的電容，使用高頻信號測量。
實現(xiàn)測量的電路原理方框圖如圖2(b)。測量過程為：高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦信號施加于被測電容上，將CX變換成容抗Xc，再通過C/ACV轉(zhuǎn)換把Xc變成交流電壓信號由放大器放大，隔離變壓器輸出送至相敏解調(diào)器解調(diào)；相敏解調(diào)器另一輸入是高頻正弦波通過波形變換器產(chǎn)生的方波(即解調(diào)信號)，兩路輸入信號同頻同相。解調(diào)后的信號經(jīng)過低通濾波器加以濾波得到一與被測電容CX值成正比例的直流電壓，送至直流電壓表直接顯示測量結(jié)果。波形變換器由反相輸入的過零比較器構(gòu)成，它將來自文氏振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)1MHz高頻正弦波變成標(biāo)準(zhǔn)的反相方波。由于相敏解調(diào)器的輸出是一個含有高頻諧波的脈動直流電壓，所以，為了得到一個穩(wěn)定的、恒定的直流電壓輸出，采用了一級π型濾波器以濾除諧波成分。最后將對應(yīng)的電壓平均值送至直流電壓表。為了使電容基本檔與數(shù)字萬用表2V檔對應(yīng)，高頻正弦信號的頻率選 為1MHz(頻率太高要考慮分布參數(shù))，電壓的有效值為1V，電路放大倍數(shù)與反饋電阻Rf的乘積為，這樣數(shù)字萬用表直流電壓檔200mV對應(yīng)電容檔為0．2pF，200V對應(yīng)電容檔為200pF，測量范圍為10－4～102pF，分辨率為10－4pF，測量準(zhǔn)確度為
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