הרחבת פונקציית מדידת הקיבול של המולטימטר הדיגיטלי
מולטימטרים דיגיטליים נפוצים בני שלוש וחצי ספרות או ארבע וחצי ספרות מצוידים בפונקציות מדידת קיבול, אך טווח המדידה צר ודיוק המדידה נמוך, ובדרך כלל אין להם מדידה מקוונת פונקציות. מאמר זה דן כיצד להרחיב את היכולות הללו.
1. מדידה מקוונת של קיבול
על פי תכונות המעגל הדיפרנציאלי והאינטגרלי, ניתן להמיר את מדידת הקיבול למדידת מתח.
חלק הליבה של המעגל, CX/V, משתמש במעגל פשוט היפוך RC אקטיבי ומעגל אינטגרציה. מתנד ה-Venturi מייצר אות AC בתדר קבוע Vr, אשר מעורר את מעגל ההמרה CX/V ומקבל מתח AC V0 (V1) פרופורציונלי ל-CX. הוא מסונן על ידי מסנן פס פס מסדר שני כדי לסנן מתחים שאינם התדר הקבוע. לאחר הסרת העומס, מתח המוצא DC V פרופורציונלי ל-CX מתקבל לאחר AC/DC. כאשר אות AC Vr מעורר את מעגל CX/V, מתח המוצא של האינטגרטור המהפך
כלומר, הקיבול הנמדד CX פרופורציונלי למתח המוצא C{{0}}, ובכך משיג המרה CX→V. על מנת לגרום לטווח הקבלים הבסיסי להתאים לטווח 2V של המולטימטר הדיגיטלי, בחר את תדר התנודה של מתנד ונטורי כ-400Hz, ערך המתח האפקטיבי כ-1V, R1 כ-20kΩ, ו-C1 כ-0.1μF. R2 משתנה מ-200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, וטווח קיבולות המדידה המתאים הוא 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. למדוד קיבול קטן
טווח המדידה הכללי של המולטימטר הדיגיטלי בן שלוש וחצי ספרות למדידת קיבול הוא 2000pF ~ 20μF. אין כוח למדוד קיבולים זעירים מתחת ל-1pF. על פי שיטת התגובה הקיבולית ושימוש באותות בתדר גבוה, ניתן לממש את המדידה של קיבול זעיר. דיאגרמת מעגל המדידה מוצגת באיור 2. CX הוא הקיבול הנמדד, Rf הוא הנגד המשוב המסוף המתהפך. כאשר האות הסינוסואידאלי Vi עם תדר f נכנס, העכבה המוצגת ב-CX וההגבר של המגבר התפעולי הם: כאשר A ו-Rf קבועים, תדר האות הסינוסאידי f פרופורציונלי הפוך לקיבול הנמדד CX. כדי למדוד קיבולים קטנים יותר, נעשה שימוש במדידות אותות בתדר גבוה.
דיאגרמת הבלוק של עקרון המעגל למימוש המדידה מוצג באיור 2(ב). תהליך המדידה הוא: האות הסינוסואידי בתדר גבוה שנוצר על ידי מחולל האותות בתדר גבוה מוחל על הקבל הנמדד, CX מומר לתגובה קיבולית Xc, ואז Xc מומר לאות מתח AC באמצעות המרה C/ACV, המוגבר על ידי המגבר ומוצא על ידי שנאי הבידוד. הוא נשלח אל הדמודולטור הרגיש לפאזה לצורך דמודולציה; הקלט השני של הדמודולטור הרגיש לפאזה הוא הגל הריבועי (כלומר, אות הדמודולציה) שנוצר על ידי גל הסינוס בתדר גבוה דרך ממיר צורות הגל. לשני אותות הכניסה יש תדר ופאזה זהים. האות המפורק מסונן על ידי מסנן מעבר נמוך כדי לקבל מתח DC פרופורציונלי לערך הקיבול CX הנמדד, ונשלח למד מתח DC כדי להציג ישירות את תוצאת המדידה. ממיר צורות הגל מורכב ממשווה אפס עם כניסת הפוך, הממיר גל סינוס סטנדרטי בתדר גבוה של 1MHz מתנד Wien לגל ריבוע הפוך סטנדרטי. מאחר והמוצא של הדמודולטור הרגיש לפאזה הוא מתח DC פועם המכיל הרמוניות בתדר גבוה, על מנת לקבל פלט מתח DC יציב וקבוע, נעשה שימוש במסנן מסוג π לסינון הרכיבים ההרמוניים. לבסוף, המתח הממוצע המתאים נשלח למד המתח DC. על מנת לגרום לטווח הקבלים הבסיסי להתאים לטווח ה-2V של המולטימטר הדיגיטלי, התדר של האות הסינוסואידי בתדר גבוה נבחר כ-1MHz (אם התדר גבוה מדי, יש לקחת בחשבון את פרמטר ההפצה), הערך האפקטיבי של המתח הוא 1V, והתוצר של מקדם ההגברה של המעגל ונגד המשוב Rf הוא, כך שטווח מתח DC של המולטימטר הדיגיטלי של 200mV מתאים לטווח קיבול של 0.2pF, וטווח קיבול של 200V מתאים ל-200pF. טווח המדידה הוא 10-4~102pF, והרזולוציה היא 10-4pF.
