Estoy interesado en hacer un medidor de capacitancia con partes disponibles. En lugar de conectar un microcontrolador simple, me inclino a usar mi Arduino Mega, ya que tiene una fuente de alimentación incorporada y un transceptor USB.
Quiero medir los valores de capacitancia en el rango de 10pF-1μF. No necesita ser terriblemente preciso o rápido (pero ciertamente es inferior a un segundo). No voy a hacer una pantalla integrada; simplemente puede escribir valores en el terminal.
La opción 1 es usar un comparador simple y medir el tiempo que tarda la entrada en cruzar la mitad de una carga completa desde un RC de primer orden, es decir, t = 0.693 τ. Esto también se describe en enlace . Dado que Arduino Mega es un dispositivo de 16 MHz, el uso de micros () producirá aproximadamente 4μs resolución. Para un condensador de 10pF en el peor de los casos, esto significa que la resistencia de descarga debe ser de al menos 4μs / ln2 / 10pF = 577kΩ. El uso de 10MΩ sería capaz de detectar límites de sub-pF (en teoría solamente) o permitir que un límite de 10pF se cargue en 69.3μs, por lo que el mega mediría 17 incrementos de tiempo. El problema es que para el otro extremo, un límite de 1μF tomaría 6.93s para cargar. Por lo tanto, el tiempo de carga es demasiado alto o la resolución es demasiado baja.
La opción 2 es usar una variante de lo anterior, pero con un interruptor de rango básico. Se utiliza un HPF en lugar de LPF debido a la conveniencia de tener resistencias de descarga controlables por MOSFETS de canal N en lugar de tener que cablear las puertas de transmisión. Se necesita un diodo para evitar que la salida sea temporalmente negativa cuando la entrada se pone en cero.
La opción 3 está eliminando el comparador y ejecutando la salida del circuito RC directamente a una entrada ADC de la mega. Esto requeriría la selección de una resistencia apropiada (probablemente de nuevo con el circuito de rango) para asegurar que la tapa se cargue lo suficientemente lenta como para que no afecte en gran medida la estabilidad del ADC. Aparentemente, el ADC lleva al norte de 100 μs en estos dispositivos, por lo que un múltiplo sustantivo de eso se consideraría una constante de tiempo mínima. Ejecutaría conversiones repetitivas, y esperaría hasta que la tensión cruce el punto medio o realizar una aproximación iterativa basada en una tabla de búsqueda de valores exponenciales.
Otra opción más es, en lugar de conectar el circuito RC como un filtro de primer orden, conectarlo como un integrador lineal utilizando un opamp. Sin embargo, creo que el cambio de rango sería más complejo en este caso, porque la resistencia de entrada no funciona a tierra.
Preguntas:
- ¿Hay algún error en mi razonamiento?
- ¿Puedo salirme con el método ADC?
- ¿Hay otros métodos simples que estoy olvidando?