デジタルマルチメーターの静電容量測定機能の拡張
一般的な 3.5 桁または 4.5 桁のデジタル マルチメータには静電容量測定機能が搭載されていますが、測定範囲が狭く、測定精度が低く、オンライン測定機能がないのが一般的です。この記事では、これらの機能を拡張する方法について説明します。
1. 静電容量のオンライン測定
微分回路と積分回路の特性に応じて、静電容量の測定値を電圧の測定値に変換できます。
回路のコア部分であるCX/Vは、単純なアクティブRC反転差動積分回路を使用しています。ベンチュリ発振器は固定周波数のAC信号Vrを生成し、CX/V変換回路を励起してCXに比例するAC電圧V0（V1）を取得します。これは2次バンドパスフィルタによってフィルタリングされ、固定周波数以外の電圧が除去されます。雑音が除去された後、AC/DC後にCXに比例するDC出力電圧Vが得られます。AC信号VrがCX/V回路を励起すると、反転積分器の出力電圧は
つまり、測定された静電容量CXは出力電圧C{{0}}に比例し、CX→V変換が実現されます。基本的なコンデンサ範囲をデジタルマルチメータの2V範囲に対応させるには、ベンチュリ発振器の発振周波数を400Hz、実効電圧値を1V、R1を20kΩ、C1を0.1μFに選択します。R2は200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩから変化し、対応する測定静電容量範囲は20μF-2μF-200nF-20nF-2nFです。
2. 小さな静電容量を測定する
一般的な3.5桁デジタルマルチメーターの静電容量測定範囲は2000pF〜20μFです。1pF未満の微小静電容量の測定には無力です。容量性リアクタンス法と高周波信号を使用すると、微小静電容量の測定を実現できます。測定回路図を図2に示します。CXは測定された静電容量、Rfは反転端子フィードバック抵抗です。周波数fの正弦波信号Viを入力すると、CXに表示されるインピーダンスとオペアンプのゲインは次のようになります。AとRfが一定の場合、正弦波信号の周波数fは測定された静電容量CXに反比例します。より小さな静電容量を測定するには、高周波信号測定を使用します。
測定を実現するための回路原理のブロック図を図2(b)に示します。測定プロセスは、高周波信号発生器によって生成された高周波正弦波信号を測定対象のコンデンサに適用し、CXを容量性リアクタンスXcに変換し、次にXcをC / ACV変換によってAC電圧信号に変換し、アンプによって増幅して絶縁トランスから出力します。位相敏感復調器に送られて復調されます。位相敏感復調器のもう1つの入力は、波形変換器を介して高周波正弦波によって生成された方形波（つまり、復調信号）です。2つの入力信号の周波数と位相は同じです。復調された信号はローパスフィルタによってフィルタリングされ、測定された容量CX値に比例したDC電圧が得られ、DC電圧計に送られて測定結果が直接表示されます。 波形変換器は、反転入力を備えたゼロクロスコンパレータで構成され、ウィーン発振器からの標準1MHz高周波正弦波を標準反転矩形波に変換します。位相敏感復調器の出力は高周波高調波を含む脈動DC電圧であるため、安定した一定のDC電圧出力を得るために、π型フィルタを使用して高調波成分を除去します。最後に、対応する平均電圧がDC電圧計に送られます。基本的なコンデンサ範囲をデジタルマルチメータの2V範囲に対応させるために、高周波正弦波信号の周波数を1MHzに選択し（周波数が高すぎる場合は、分布パラメータを考慮する必要があります）、電圧の実効値を1Vにし、回路増幅率とフィードバック抵抗Rfの積を次のようにします。デジタルマルチメータのDC電圧範囲200mVは0.2pFの静電容量範囲に対応し、200Vの静電容量範囲は200pFに対応します。 測定範囲は10-4～102pF、分解能は10-4pFです。
