デジタルマルチメータの静電容量測定機能拡張
1. 静電容量のオンライン測定
微分積分回路の特性に従って、静電容量の測定は電圧測定に変換できます。
CX/V回路の核となる部分には、シンプルなアクティブRC逆微分・積分回路を採用しています。 Wen 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。 2次バンドパスフィルタでフィルタリングして固定周波数以外の不純物を除去した後、CXに比例したAC/DC出力電圧Vが得られます。 AC 信号 Vr が CX/V 回路を励磁すると、反転積分器の出力電圧は次のようになります。
つまり、測定された静電容量 CX は出力電圧 C0 に比例し、CX → V 変換が実現されます。静電容量の基本レベルをデジタルマルチメータの 2V レベルと一致させるために、Wen 発振器の発振周波数は 400Hz、実効電圧値は 1V、R1 は 20k Ω、C1 は 0.1 μF に設定されます。R2 は 200 Ω -2k Ω -20k Ω -200k Ω -2M Ω の範囲で変化します。測定された静電容量範囲は 20 μ F-2 μ F-200nF-20nF-2nF です。
2. 小型コンデンサの測定
静電容量を測定するための一般的な 3 桁半のマルチメータの範囲は 2000pF ～ 20 μF ですが、1pF 未満の小さなコンデンサの測定には無力です。容量インピーダンス法により、高周波信号を利用することで微小なコンデンサの測定が可能です。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 は反転端の帰還抵抗です。正弦波信号 Vi の入力周波数が f の場合、CX に現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。より小さなコンデンサを測定するには、測定に高周波信号を使用します。
測定時の回路原理のブロック図を図2(b)に示します。測定プロセスは次のとおりです。高周波信号発生器で発生した高周波正弦波信号が被測定コンデンサに印加され、CX が容量インピーダンス Xc に変換され、Xc が C/ACV 変換によって交流電圧信号に変換され、アンプで増幅され、絶縁トランスの出力が位相感応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、波形コンバータ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) であり、2 つの入力信号は同じ周波数と位相です。復調された信号はローパス フィルターでフィルター処理され、測定された静電容量 CX 値に比例する DC 電圧が得られます。この電圧は、測定結果を直接表示するために DC 電圧計に送信されます。波形コンバータは、反転入力を備えたゼロクロス コンパレータで構成され、Wen 発振器からの標準 1MHz 高周波正弦波を標準反転方形波に変換します。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 型フィルターを使用して高調波成分を除去します。
次に、対応する平均電圧値を DC 電圧計に送信します。基本容量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は 1MHz に選択され (周波数が高すぎる場合は分配パラメータを考慮する必要があります)、電圧の実効値は 1V、回路増幅率と帰還抵抗 Rf の積は です。したがって、デジタル マルチメータの DC 電圧範囲は 200mV で、0.2pF の容量範囲に対応し、200V は 200pF の容量範囲に対応します。測定範囲は10-4-102pF、分解能は10-4pFです。
