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数字万用表测量电容功能的扩展

作者:吴文全,朱少根,束华时间:2006-06-28来源:仪表技术



摘 要:介绍使用普通的直流电压档在线和扩展范围所使用的技术。 关键词:  

  通用的三位半或四位半都设有功能,但测量范围较窄及测量的准确度较低,而且一般没有功能。本文讨论如何扩展这些功能。

1 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。


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/14039.htm

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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