Точно подобранные по емкости пары конденсаторов имеются в продаже, но только в ограниченном диапазоне номиналов, рабочих напряжений и типов диэлектриков.
Кроме того, иногда особо ответственное приложение с очень жесткими допусками (или очень ограниченным бюджетом) может потребовать некоторой (или значительной) самостоятельной подборки. См., например, «Изначально точный 16-битный ШИМ-ЦАП с топологией TBH» [1].
Схема подбора на Рисунке 1 может помочь сделать утомительную работу по поиску в партии конденсаторов пар компонентов, точно совпадающих по параметрам, более быстрой и немного менее трудоемкой. Лучше всего то, что она обеспечивает точное (потенциально до уровня ppm) согласование без необходимости использования дорогостоящих прецизионных эталонных компонентов.
 |
|
| Рисунок 1. | Триггер U2b формирует комплементарные сигналы возбуждения тестируемых конденсаторов A и B. |
Вот как это работает.
Комплементарное (одинаковое по уровню, но противоположное по направлению) возбуждение испытываемых конденсаторов A и B означает, что если CA = CB, то прошедшие через них заряды полностью компенсируются, что дает нулевое значение на ВЫХОДЕ. Однако, если они различны, то интегральный выходной сигнал составит 50 мВ на каждый процент рассогласования, если C3, C5, C4 и CAB (конденсаторы, случайно выбранные из пробной партии) имеют одинаковую емкость, например, 0.68 мкФ. Этот сигнал синхронно выпрямляется коммутатором U1b, затем интегрируется и буферизируется цепью обратной связи U1c и A1.
Если CA > CB, то полярность сигнала на выходе «A > B» будет положительной относительно «B > A». Обратное также верно: если CB > CA, то полярность сигнала на выходе «A > B» будет отрицательной относительно «B > A».
Разрешение измерения согласования будет зависеть от разрешения цифрового мультиметра по напряжению. Если оно составляет 1 мВ, то возможно достижение точности согласования ±1/50 от 1% или ±0.02%. Если это 100 мкВ (типично для стандартного 3¾-разрядного цифрового мультиметра со шкалой 300 мВ), то согласование будет возможно с точностью ±0.002%, т. е. ±20 ppm. И так далее…
Коэффициент усиления при измерении обратно пропорционален емкости конденсатора C4. Поэтому, если вам требуется более высокое разрешение, просто уменьшите емкость C4, чтобы увеличить усиление.
Обратите внимание, что точность и стабильность частоты генератора U1a-U2a (Рисунок 2) вызывают некоторые сомнения (даже если мы будем снисходительны). К счастью, точность окончательного согласования CA/CB не зависит от стабильности тактового генератора. Точность согласования также не зависит от выходного сопротивления комплементарных выходов триггера U2b, и даже от их симметрии!
 |
|
| Рисунок 2. | Сигналы мультивибратора U1a-U2a: зеленая осциллограмма – точка соединения элементов R3 и R4, а красная осциллограмма – вывод 6 триггера U2. Частота составляет 0.1 мГц/C3. |
Обе нечувствительности обусловлены тем, что основой точности сопоставления является передаваемый заряд, и поэтому ни ток, ни напряжение не имеют большого значения.
Однако из-за чувствительности некоторых диэлектриков к температуре, вероятно, будет разумным работать с тестируемыми устройствами в теплоизолирующих перчатках. Это сэкономит время и нервы, связанные с ожиданием их уравновешивания, не говоря уже о возможных, явно ошибочных, результатах. Которые, как известно, могут вызывать разочарование!
Ссылка
- Stephen Woodward. Изначально точный 16-битный ШИМ-ЦАП с топологией TBH
