Fondo
Estoy estudiando un dispositivo que es una capacitancia no lineal. De hecho, estructuralmente son dos placas paralelas con un fluido cargado entre las placas. Las especies cargadas del fluido pueden moverse dentro de la celda de acuerdo con el voltaje aplicado y, al hacerlo, afectan la capacitancia del sistema.
En otras palabras, la capacitancia del sistema tiene cierta capacidad de diagnóstico, ya que la capacitancia es una medida indirecta de la ubicación de las especies cargadas dentro de la célula.
Varios componentes del fluido reaccionan a campos eléctricos aplicados en diferentes escalas de tiempo y también reaccionan de manera diferente a diferentes voltajes. De hecho, la celda se ve (eléctricamente) como un condensador y una resistencia en paralelo, ya que tanto el condensador como la resistencia no son lineales.
Lo que me interesa es ver cómo la capacitancia del sistema cambia con diferentes niveles de sesgo, cambios en el sesgo (y asentamiento en el tiempo), tasas de giro del borde, capacitancia sobre la frecuencia en sesgos fijos, etc.
Los cálculos muestran que debería haber un nulo en 1 - > 10 MHz (pero no se conoce en este punto). Las pruebas muestran que si maneja con fuerza el sistema (alto \ $ \ frac {dV} {dt} \ $), la capacitancia instantánea es muy diferente a las tasas de borde más lentas.
Todos estos proporcionan información interesante sobre el sistema y también ayudarán a verificar el modelo físico del sistema.
Lo que he hecho
He construido un sistema que usa \ $ I = C \ frac {dV} {dt} \ $ al estimular el sistema con una forma de onda de rampa (constante \ $ \ frac {dV} {dt} \ $ hasta un voltaje máximo, negativo constante \ $ \ frac {dV} {dt} \ $ a un voltaje negativo, repita). Por supuesto, puede aumentar el \ $ \ frac {dV} {dt} \ $ aumentando \ $ dV \ $ o disminuyendo \ $ dt \ $. Cuando hago eso, los resultados de la capacitancia varían.
Uno de los problemas con la técnica de rampa es que el sesgo oscila demasiado y es difícil separar las diferentes escalas de tiempo y niveles de voltaje. Se mezcla todo.
Alquilaré un medidor LCR para caracterizar mejor el sistema para guiar la configuración de mi propia sonda. Estaré realizando barridos de frecuencia desde DC a 2 MHz (limitados por la ecuación) a varios sesgos de DC, amplitudes de la forma de onda de la sonda y luego mediré el R & C con una alta frecuencia fija, ya que controlé el sistema con diferentes valores \ $ \ frac {dV} {dt} \ $.
Sin embargo, sí sé que los LCR de menor costo no van a una frecuencia lo suficientemente alta (que es lo que alquilaré) y que los LCR más capaces (como una unidad de medición de fuente SMU) están lejos demasiado caro.
Otros pensamientos
Al utilizar un oscilador fijo de ~ 10 MHz y un demodulador I / Q, debería poder generar una forma de onda Sine y Cosine, y luego probar el sistema con la forma de onda Sine y demodular (sincrónicamente) la señal de retorno para obtener amplitud y fase ( y así derivar la compleja impedancia del sistema). La inyección de una señal en el controlador debe permitir que el sistema sea probado con varias formas de onda (más lentas).
El desafío del diseño
¿Qué otras técnicas o mejoras en los enfoques anteriores se pueden utilizar?
- C ~ 0.165 uF
- la varianza en la capacitancia parece ser (a partir de las pruebas) como máximo +/- 0.1 uF
- El rango de voltaje es de -10 V a +10 V
- Los tiempos de respuesta del sistema son ~ de 400 ns a 250 ms (para liquidación)
- La inductancia es muy pequeña y no necesita ser considerada.
- La medición de C y R es importante
Estoy seguro de que hay una solución inteligente por ahí.