Conversión de valor de capacitancia variable a nivel de voltaje de CC variable

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Necesito un método simple para convertir un pequeño valor de capacitancia variable en considerable voltaje de CC variable.

  • Rango de valores de capacitancia = 0nF ~ 14nF
  • Se necesita rango de valores de CC = 0V ~ 6V

Lo que he probado se muestra a continuación. Sin embargo, la salida final debe ser un nivel de CC puro sin ninguna ondulación para un Cx fijo. Pero el siguiente circuito parece que todavía tiene ondulaciones o ruidos.

  1. ¿Se deben realizar mejoras para que este circuito obtenga un valor puro? Salida de CC?
  2. ¿Hay otros métodos / circuitos para realizar esta tarea?

  • Ro = 100k
  • La frecuencia del oscilador es de aproximadamente 71.78 Hz (t1 = 7mS, t2 = 6.93mS)
  • Cx es el capacitor variable (rango 0nF ~ 14nF)
pregunta user2835684

4 respuestas

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Tal vez lo haría un circuito de rampa lineal 555 con un umbral ajustable y un chip temporizador. Aquí está la rampa lineal con el 555: -

"C" en el circuito de arriba podría ser el capacitor bajo prueba. Cuanto menor sea el valor, más rápida será la rampa. Puede usar la salida 555 que se eleva para reiniciar el contador y el valor del contador se puede "congelar" cuando la rampa alcanza un cierto nivel. Un comparador de precisión conectado a la rampa le indicaría que la rampa ha alcanzado un cierto nivel.

Si conecta la salida de su contador a un DAC y bloquea la salida DAC cuando el comparador dispara (digamos 2/3 de la rampa) tiene un generador lineal de capacitor_to_voltage. Ajuste R2 para darle el rango de capacitancia que necesita.

También puede usar pantallas de 7 segmentos para mostrar el contador en formato hexadecimal.

El contador debe estar corriendo mucho más rápido que la rampa para darle una resolución decente. De todos modos, las fórmulas están en la imagen.

    
respondido por el Andy aka
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En cierto modo tienes la idea correcta, pero tu circuito no es correcto. Poner un capacitor directamente en la salida de un opamp es una mala idea y no hace lo que parece que quiere que haga.

Cx y R0 forman un filtro de paso alto para que con la frecuencia correcta obtenga amplitud en función de la Cx en el rango que le interesa. Sin embargo, no solo desea amplificar esta CA, sino que necesita la amplitud para detectarla. Aquí hay un detector de amplitud simple que he usado varias veces:

Vref es una tensión de referencia que debería ser dos caídas de unión o un poco más sobre el suelo.

El emisor de Q1 es una fuente de voltaje unidireccional. Producirá una corriente significativa si trata de conducirlo por debajo de Vref menos una caída de unión, pero es esencialmente un circuito abierto por encima de eso.

C1 hace que el nivel de CC de la entrada de CA sea irrelevante, y permite que el circuito encuentre su propio nivel de CC en el lado derecho de C1. A medida que el voltaje de entrada de CA se reduce, intenta controlar el lado derecho de C1 bajo. Cuando eso se encuentre por debajo del umbral de voltaje en el emisor de Q1, el voltaje en el lado derecho de C1 permanecerá allí y C1 se cargará en su lugar. Esto continúa hasta la parte inferior de la forma de onda AC. Cuando la entrada de CA vuelve a ser alta, el lado derecho de C1 la rastreará, ya que hay poco tirando de ella hacia abajo. Esto eleva el voltaje base de Q2, que está en la configuración del seguidor de emisor. Eso carga hasta C2 a la diferencia entre la parte superior e inferior de la entrada de CA.

Este proceso repite cada ciclo de corriente alterna. La constante de tiempo de C2 x R1 está pensada para ser larga en comparación con un solo ciclo de CA, por lo que la tensión en C2 permanece razonablemente constante entre los picos positivos de CA en los que se carga. R2 y C3 proporcionan filtrado de paso bajo adicional para suavizar la señal de salida.

R3 se puede omitir en algunas implementaciones, pero proporciona una cantidad predecible de corriente de purga que intenta extraer el lado derecho de C1 bajo. Esto es parte de lo que decide qué tan rápido puede responder el circuito a una caída repentina en la amplitud de CA. La constante de tiempo R1 x C2 y la constante de tiempo R2 x C3 también son importantes para la respuesta general.

La detección de amplitud de CA es siempre una compensación, porque tienes que decidir qué tan rápido no es lo suficientemente rápido o rápido. Si es demasiado rápido, verá las variaciones de amplitud de cada ciclo. Si es demasiado lento, el ancho de banda de la señal modulada se pierde. La solución habitual es asegurarse de que la frecuencia de la portadora sea muchas veces la frecuencia de señal más alta de interés.

Por ejemplo, la radio AM comercial se reduce a una portadora de alrededor de 550 kHz pero contiene señales como máximo hasta 10 kHz. La diferencia de 55x deja mucho espacio para responder a la señal de 10 kHz sin responder a los ciclos de portadora individuales de 550 kHz.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Agregue un filtro de paso bajo muy agresivo en la salida. "C" (¿por qué esto no tiene un número?) No está logrando esto porque se maneja desde la salida de baja impedancia del opamp, que está tratando de seguir el ritmo de su oscilador de baja velocidad. Agregue una resistencia entre la salida opamp y "C", de tal vez 10k-100k, para que forme un filtro de paso bajo con C.

También sería útil aumentar la frecuencia del oscilador.

    
respondido por el pjc50
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Este es el circuito modificado. Pero la salida es altamente no lineal.

ElsiguientegráficomuestralosvaloresVoutprácticamentemedidosparadiferentesvaloresCx.

Ahora el problema restante es que los valores de alta capacitancia no producen un cambio de voltaje considerable. Y eso reducirá la precisión.

    
respondido por el user2835684

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