数字万用表测量电容功能的扩展
2012-09-01
1在线测量电容
根据微分积分电路性质，可将电容的测量转换成电压测量。测量原理和转换电路图如图1。
电路的核心部分CX/V采用简单的有源RC反相微分和积分电路。文氏振荡器产生一固定频率的交流信号Vr，它激励CX/V转换电路，得到一个与CX成正 比的交流电压V0(V1)，经二阶带通滤波器滤波，滤除固定频率以外的杂波后，再经AC/DC后得到与CX成正比的直流输出电压V。当交流信号Vr激励CX/V电路时，反相积分器的输出电压
即，被测电容CX与输出电压C0成 正比，从而实现了CX→V转换。为了使电容基本档与数字万用表2V档对应，选文氏振荡器振荡频率为400Hz，电压有效值为1V，R1取20kΩ，C1取0．1μF。R2从200Ω－2kΩ－20kΩ－200kΩ－2MΩ变化，对应的测量电容量程为20μF－2μF－200nF－20nF－2nF。
2 测量小电容
一般的三位半数字万用表测量电容的量程为2000pF～20μF，它对1pF以下微小电容的测量显得无能为力。根据容抗法并采用高频信号可以实现对微小电容的测量，测量电路图如图2。CX为被测电容，Rf为反相端反馈电阻。当输入频率为f的正弦信号Vi时，CX上呈现的阻抗，运算放大器的增益为：当A、Rf一定时，正弦信号频率f与被测电容CX成反比。为测量较小的电容，使用高频信号测量。
实现测量的电路原理方框图如图2(b)。测量过程为：高频信号发生器产生的高频正弦信号施加于被测电容上，将CX变换成容抗Xc，再通过C/ACV转换把Xc变成交流电压信号由放大器放大，隔离变压器输出送至相敏解调器解调；相敏解调器另一输入是高频正弦波通过波形变换器产生的方波(即解调信号)，两路输入信号同频同相。解调后的信号经过低通滤波器加以滤波得到一与被测电容CX值成正比例的直流电压，送至直流电压表直接显示测量结果。波形变换器由反相输入的过零比较器构成，它将来自文氏振荡器的标准1MHz高频正弦波变成标准的反相方波。由于相敏解调器的输出是一个含有高频谐波的脉动直流电压，所以，为了得到一个稳定的、恒定的直流电压输出，采用了一级π型滤波器以滤除谐波成分。最后将对应的电压平均值送至直流电压表。为了使电容基本档与数字万用表2V档对应，高频正弦信号的频率选 为1MHz(频率太高要考虑分布参数)，电压的有效值为1V，电路放大倍数与反馈电阻Rf的乘积为，这样数字万用表直流电压档200mV对应电容档为0．2pF，200V对应电容档为200pF，测量范围为10－4～102pF，分辨率为10－4pF，测量准确度为
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