K Suresh
EDN
При разработке прототипа схемы или при замене старого дефектного конденсатора на новый у вас часто возникает необходимость узнать величину емкости конденсатора, который вы приготовили для установки. Иногда маркировка емкости на корпусе стирается и перестает читаться. Кроме того, большие допуски номиналов могут заставить вас усомниться в истинной емкости конденсатора. В таких ситуациях обычно вы ищите LCR-мост или цифровой мультиметр с функцией измерения емкости. Однако не всякий мультиметр позволяет измерять емкость, а работа с LCR-мостом – процесс тяжелый и неудобный.
 |
|
| Рисунок 1. | Простой ПНЧ использует внутренний источник опорного напряжения, чтобы сформировать последовательность импульсов, частота которых обратно пропорциональна неизвестной емкости CX. Для измерения частоты выходных импульсов ПНЧ можно использовать цифровой мультиметр или принтерный порт компьютера, дополнив схему простыми счетчиками и буферными элементами. |
Альтернативой может служить простой ПНЧ (преобразователь напряжение-частота) с несколькими недорогими компонентами (Рисунок 1). Схема способна измерять емкости от единиц нанофарад до десятков микрофарад. Ее выходная передаточная функция описывается выражением
где
VIN – напряжение на одноименном входе микросхемы, выраженное в вольтах;
R1 и R2 – выражены в омах;
CX – измеряемая емкость, выраженная в фарадах.
При изменении входного напряжения микросхемы IC1 от 0 до 10 В диапазон частот выходной последовательности импульсов ПНЧ составит 0 … 150 кГц с ошибкой нелинейности менее 0.05%.
В штатном режиме, когда микросхема работает как ПНЧ, вы подаете на вход VIN измеряемое напряжение от 0 до 10 В и для того, чтобы получить хорошую линейность зависимости FOUT от VIN, выбираете сопротивления резисторов R1 и R2 такими, при которых ток через них, равный VIN/(R1+R2), изменялся бы в диапазоне от 0 до 1 мА. Однако предлагаемая схема не имеет внешнего входа ПНЧ. Вместо этого в ней используется внутреннее опорное напряжение VREF, для чего выход VREF просто соединен с входом VIN. Чтобы избежать возможной перегрузки опорного источника, подать напряжение VREF на вход VIN вы можете через буфер. Вы можете также использовать внешний источник постоянного напряжения, например, батарею, подключив его так, как показано пунктирными линиями на Рисунке 1.
Для измерения величины неизвестной емкости вы подключаете конденсатор между выводами A and A' в непосредственно близости от микросхемы ПНЧ. Если VIN = VREF = 1.00 В, а сумма сопротивлений R1 + R2 путем подстройки сделана равной 1 кОм, частота выходных импульсов будет изменяться обратно пропорционально неизвестной емкости в соответствии с выражением
Подстроечные резисторы R3 и R2 вы должны использовать для калибровки схемы на верхнем и нижнем краях диапазона измеряемых емкостей, соответственно. В результате, после калибровки частота 1 Гц на выходе ПНЧ будет соответствовать емкости 100 мкФ, а максимальная частота 150 кГц будет означать, что емкость равна 0.6 нФ. Если вы захотите расширить диапазон измеряемых емкостей, выберите микросхему ПНЧ с более широкой шкалой выходных частот, например, от 0 до 1 МГц. В этом случае вы должны обращать особое внимание на влияние паразитных емкостей.
Измерить частоту выходных импульсов схемы на Рисунке 1 вы можете несколькими способами. Проще всего воспользоваться любым частотомером или дешевым цифровым мультиметром с функцией измерения частоты. Таким образом ПНЧ превращается в достаточно удобный интерфейс мультиметра, позволяющий выполнять измерения емкости. Вы можете также использовать микросхему программируемого счетчика-таймера, такого как Intel 8254, которую можно легко найти в продаже или же извлечь из старой платы расширения ПК. Для третьего способа потребуется микросхема 16-разрядного счетчика, например, CD4040 или CD4520, подключенная к принтерному порту ПК через соответствующие буферные и управляющие схемы [1]. В последних двух случаях вы можете задействовать специальное прерывание BIOS вашего ПК – INT 1Ch, чтобы, не мешая нормальной процедуре обработки, обеспечить окно измерений шириной в одну секунду. В течение этой секунды счетчик будет суммировать выходные импульсы ПНЧ. В конце окна измерений содержимое счетчика передается в ПК, и, совершив определенные манипуляции данными, вы получите значение неизвестной емкости прямо на экране компьютера.
Купить AD537 на РадиоЛоцман.Цены
