數字萬(wàn)用表測量電容功能的擴展

摘 要：介紹使用普通數字萬(wàn)用表的直流電壓檔在線(xiàn)測量電容和擴展電容測量范圍所使用的技術(shù)。 關(guān)鍵詞：  

　　通用的三位半或四位半數字萬(wàn)用表都設有電容測量功能，但測量范圍較窄及測量的準確度較低，而且一般沒(méi)有在線(xiàn)測量功能。本文討論如何擴展這些功能。

1　在線(xiàn)測量電容
　　根據微分積分電路性質(zhì)，可將電容的測量轉換成電壓測量。測量原理和轉換電路圖如圖1。

電路的核心部分CX/V采用簡(jiǎn)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轉換電路，得到一個(gè)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。當交流信號Vr激勵CX/V電路時(shí)，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(shí)現了CX→V轉換。為了使電容基本檔與數字萬(wàn)用表2V檔對應，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
　　一般的三位半數字萬(wàn)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(wú)能為力。根據容抗法并采用高頻信號可以實(shí)現對微小電容的測量，測量電路圖如圖2。CX為被測電容，Rf為反相端反饋電阻。當輸入頻率為f的正弦信號Vi時(shí)，CX上呈現的阻抗，運算放大器的增益為：當A、Rf一定時(shí)，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(shí)現測量的電路原理方框圖如圖2(b)。測量過(guò)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(guò)C/ACV轉換把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器解調；相敏解調器另一輸入是高頻正弦波通過(guò)波形變換器產(chǎn)生的方波(即解調信號)，兩路輸入信號同頻同相。解調后的信號經(jīng)過(guò)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果。波形變換器由反相輸入的過(guò)零比較器構成，它將來(lái)自文氏振蕩器的標準1MHz高頻正弦波變成標準的反相方波。由于相敏解調器的輸出是一個(gè)含有高頻諧波的脈動(dòng)直流電壓，所以，為了得到一個(gè)穩定的、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。最后將對應的電壓平均值送至直流電壓表。為了使電容基本檔與數字萬(wàn)用表2V檔對應，高頻正弦信號的頻率選 為1MHz(頻率太高要考慮分布參數)，電壓的有效值為1V，電路放大倍數與反饋電阻Rf的乘積為，這樣數字萬(wàn)用表直流電壓檔200mV對應電容檔為0．2pF，200V對應電容檔為200pF，測量范圍為10－4～102pF，分辨率為10－4pF，測量準確度為