使用VFC制作簡(jiǎn)單的電容表

當(dāng)您使用電容器開(kāi)發(fā)電路原型或用新電容器更換有缺陷的舊電容器時(shí)，您通常需要知道您使用或更換的電容器的值。有時(shí)，印刷在電容器上的值不再可讀。此外，電容器的寬容差范圍可能會(huì)讓您對(duì)電容器值做出瘋狂的猜測(cè)。在這些情況下，您通常會(huì)尋找?guī)в须娙轀y(cè)量設(shè)備的 DMM 的 LCR 電橋。并非所有數(shù)字萬(wàn)用表都具有此功能，從 LCR 電橋中查找電容值是一個(gè)繁瑣的過(guò)程。

另一種選擇是簡(jiǎn)單、低成本的 VFC（電壓/頻率轉(zhuǎn)換器），帶有一些便宜的組件（圖 1 ）。該電路可以測(cè)量納法到幾十微法的電容值。輸出傳遞函數(shù)為

其中 V IN 以伏特為單位，R 1 和 R 2 以歐姆為單位，C 以法拉為單位。對(duì)于 IC 1，輸入范圍為 0 至 10V，VFC 的輸出是頻率范圍為 0 至 150 kHz 的串行脈沖序列，非線(xiàn)性誤差小于 0.05%。

圖 1一個(gè)簡(jiǎn)單的 VFC 使用其內(nèi)部基準(zhǔn)產(chǎn)生一個(gè)串行脈沖序列，其頻率與未知電容 C X 成反比。測(cè)量 VFC 輸出的選項(xiàng)包括：使用頻率計(jì)數(shù)器，使用具有頻率測(cè)量功能的 DMM，以及通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器和緩沖器將輸出連接到 PC 并行端口。

在 VFC 的正常工作中，您提供 0 至 10V 的 V IN 并選擇 R 1 和 R 2 以便您獲得 V IN /（R 1 +R 2 ），電流范圍為 0 至 1 mA 以獲得良好的V IN 和 F OUT之間的線(xiàn)性度。但是，在此設(shè)計(jì)中，VFC 沒(méi)有外部輸入。相反，該設(shè)計(jì)通過(guò)簡(jiǎn)單地將 V REF 輸出連接到 V IN輸入來(lái)利用內(nèi)部參考電壓 V REF 。為避免加載參考源的可能性，您還可以將 V REF 應(yīng)用于 V IN 通過(guò)緩沖區(qū)。此外，您可以使用來(lái)自恒定電壓源（例如電池）的外部電壓輸入，并將其連接起來(lái)，如圖 1 中的虛線(xiàn) 所示。

要測(cè)量一個(gè)未知的電容值，您需要在非?？拷?VFC 的端子 A 和 A‘ 之間連接電容器。當(dāng) V IN =V REF =1.00V 且 R 1 +R 2調(diào)整為 1 kΩ 時(shí)，VFC 的最終輸出是一個(gè)串行脈沖序列，其頻率與未知電容 C X 的值成反比變化 ，如下所示：

您可以使用 R 3 和 R 2 微調(diào)分別在電容范圍的高端和低端獲得校準(zhǔn)。因此，經(jīng)過(guò)適當(dāng)校準(zhǔn)后，VFC 的 1 Hz 輸出表明未知電容為 100 μF，而 VFC 的最大輸出 150 kHz 表明電容約為 0.6 nF。如果您想增加可測(cè)量的電容范圍，您可以使用具有更寬輸出頻率范圍的 VFC，例如 0 到 1 MHz。在這種情況下，您必須注意寄生電容。

您可以通過(guò)多種方式測(cè)量圖 1 電路的輸出。一種簡(jiǎn)單直接的方法是使用簡(jiǎn)單的頻率計(jì)數(shù)器或具有頻率測(cè)量功能的低成本 DMM。因此，簡(jiǎn)單的 VFC 成為 DMM 的便捷電容接口，使您能夠測(cè)量電容?；蛘撸部梢允褂每?a target="_blank">編程計(jì)數(shù)器，例如 Intel 8254，它在大多數(shù) PC 附加卡中都可用。另一種方法是使用必要的緩沖和控制將一個(gè)簡(jiǎn)單的 16 位計(jì)數(shù)器（例如 CD4040 和 CD4520）連接到您的打印機(jī)端口（參考 1）。在最后兩種情況下，您可以利用 PC 的特殊 BIOS 中斷 INT1Ch，而不會(huì)影響其正常的服務(wù)程序以提供 1 秒的測(cè)量窗口。在測(cè)量窗口期間，VFC 的串行輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器。測(cè)量窗口結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器內(nèi)容傳輸?shù)?PC，您可以操作數(shù)據(jù)以直接在 PC 屏幕上顯示未知電容值。