Проширење функције мерења капацитивности за дигиталне мултиметре
1 Он-лине мерење капацитивности
На основу карактеристика диференцијално-интегралних кола, мерење капацитивности се може претворити у мерење напона.
Језгро кола усваја једноставно активно РЦ инвертујуће диференцијално и интегрално коло за Цₓ/В конверзију. Осцилатор Виен‑моста генерише референтни сигнал наизменичне струје Вᵣ фиксне фреквенције, који побуђује Цₓ/В коло за конверзију и производи излазни напон наизменичне струје В₀ (В₁) пропорционалан измереној капацитивности Цₓ. Након филтрирања лажних компоненти изван опсега фиксне фреквенције помоћу пропусног филтера другог реда, сигнал пролази кроз АЦ/ДЦ претварач да би се добио једносмерни излазни напон В пропорционалан Цₓ.
Када АЦ сигнал Вᵣ покреће Цₓ/В коло, излазни напон инвертујућег појачала је пропорционалан измереној капацитивности Цₓ, чиме се остварује конверзија Цₓ‑у-В. Да би се основни опсег капацитивности ускладио са опсегом од 2 В дигиталног мултиметра, Виен-бридге осцилатор је подешен да ради на 400 Хз са РМС излазним напоном од 1 В. Р₁ је 20 кΩ, а Ц₁ је 0,1 μФ. Р₂ се пребацује између 200 Ω, 2 кΩ, 20 кΩ, 200 кΩ и 2 МΩ, што одговара опсегу мерења капацитивности од 20 μФ, 2 μФ, 200 нФ, 20 нФ и 2 нФ респективно.
2 Мерење капацитивности мале вредности
Обични дигитални мултиметри са 3½ цифре пружају опсеге капацитивности од 2000 пФ до 20 μФ и не могу мерити мале капацитете испод 1 пФ. Мерење малог капацитета може се реализовати методом капацитивне реактансе са високофреквентним побудним сигналима. Мерно коло је приказано на слици 2. Цₓ означава капацитивност која се тестира, а Рբ је отпорник повратне спреге на инвертујућем улазном терминалу. Када је синусоидални улазни сигнал Вᵢ фреквенцијеfсе примењује, импеданса се појављује преко Цₓ, а појачање операционог појачавача се одређује у складу са тим. Са фиксним појачањем појачалаAи отпор повратне спреге Рբ, фреквенцијаfсинусоидног сигнала је обрнуто пропорционална измереној капацитивности Цₓ. Због тога су високофреквентни сигнали усвојени за мерење малих капацитивности.
Блок шема реализованог мерног кола је приказана на слици 2(б). У поступку мерења: високофреквентни синусоидни сигнал који генерише високофреквентни осцилатор примењује се на капацитивност Цₓ уређаја који се тестира, претварајући Цₓ у капацитивну реактансу Ксц. Трансформација АЦ-на-АЦ-напона претвара Ксц у наизменични напон, који се појачава и напаја преко изолационог трансформатора до фазно осетљивог демодулатора. Други улаз фазно осетљивог демодулатора је сигнал демодулације квадратног таласа, изведен из високофреквентног синусног таласа кроз обликовач таласа; два улазна сигнала деле идентичну фреквенцију и фазу. Демодулисани сигнал се обрађује нископропусним филтером да би се добио једносмерни напон пропорционалан Цₓ, који се шаље на ДЦ волтметар за директно очитавање резултата мерења.
Обликовач таласа се састоји од компаратора са инвертујућим укрштањем нуле, који претвара стандардни синусни талас високе фреквенције од 1 МХз из осцилатора Виен-бридге у комплементарну референцу квадратног таласа. Пошто је излаз фазно осетљивог демодулатора пулсирајући једносмерни напон који садржи хармонике високог реда, филтер типа π се користи да потисне хармонијске компоненте и испоручи стабилан, константан ДЦ излаз.
