Преобразование значения переменной емкости в переменный уровень напряжения постоянного тока

Возможно, подойдет линейная схема рампы 555 с регулируемым порогом и микросхемой таймера. Вот линейная рампа с использованием 555: -

«С» в приведенной выше схеме может быть тестируемым конденсатором. Чем меньше значение, тем быстрее рампа. Вы можете использовать выход 555, повышающий высокий уровень, чтобы сбросить-запустить счетчик, и значение счетчика может быть «заморожено», когда линейное изменение достигает определенного уровня. Прецизионный компаратор, подключенный к рампе, сообщит вам, что рампа достигла определенного уровня.

Если вы подключаете выход вашего счетчика к ЦАП и фиксируете выход ЦАП, когда срабатывает компаратор (скажем, на 2/3 пути вверх по рампе), вы получаете линейный генератор, работающий от конденсатора к напряжению. Отрегулируйте R2, чтобы получить желаемый диапазон емкости, который вам нужен.

Вы также можете использовать 7-сегментные дисплеи для вывода счетчика в шестнадцатеричном формате.

Счетчик должен работать намного быстрее, чем рампа, чтобы дать вам приличное разрешение. Во всяком случае, формулы на картинке.

У вас вроде как правильная идея, но ваша схема не правильная. Установка конденсатора непосредственно на выходе операционного усилителя — плохая идея, и она не делает того, что вам кажется нужным.

Cx и R0 образуют фильтр верхних частот, поэтому при правильной частоте вы получаете амплитуду в зависимости от Cx в интересующем вас диапазоне. Однако вы не просто хотите усилить этот переменный ток, вам нужно определить его амплитуду. Вот простой амплитудный детектор, который я использовал несколько раз:

Vref — это опорное напряжение, которое должно находиться на уровне двух переходов или чуть больше над землей.

Эмиттер транзистора Q1 представляет собой односторонний источник напряжения. Он будет производить значительный ток, если вы попытаетесь управлять им ниже Vref минус одно падение перехода, но, по существу, разомкнутая цепь выше этого значения.

C1 делает уровень постоянного тока на входе переменного тока нерелевантным и позволяет схеме найти собственный уровень постоянного тока справа от C1. Когда входное напряжение переменного тока падает, он пытается перевести правую часть C1 в низкий уровень. Когда оно становится ниже порогового значения напряжения на эмиттере Q1, напряжение на правой стороне C1 останется на этом уровне, и вместо этого C1 будет заряжаться. Это продолжается до нижней части кривой переменного тока. Когда вход переменного тока снова становится высоким, правая сторона C1 будет отслеживать его, так как его мало тянет на низкий уровень. Это повышает базовое напряжение Q2, который находится в конфигурации эмиттерного повторителя. Это заряжает C2 до разницы между верхним и нижним входом переменного тока.

Этот процесс повторяется каждый цикл переменного тока. Постоянная времени C2 x R1 должна быть большой по сравнению с одним циклом переменного тока, поэтому напряжение на C2 остается достаточно постоянным между положительными пиками переменного тока, когда он заряжается. R2 и C3 обеспечивают дополнительную фильтрацию нижних частот для сглаживания выходного сигнала.

В некоторых реализациях резистор R3 может отсутствовать, но он обеспечивает предсказуемый ток отвода, пытающийся снизить правую часть C1. Это часть того, что определяет, как быстро схема может отреагировать на внезапное падение амплитуды переменного тока. Постоянная времени R1 x C2 и постоянная времени R2 x C3 также важны для общего отклика.

Амплитудное обнаружение переменного тока всегда является компромиссом, потому что вы должны решить, насколько быстро будет недостаточно или слишком быстро. Если слишком быстро, вы увидите изменения амплитуды каждого цикла. Если слишком медленно, полоса пропускания модулированного сигнала теряется. Обычное решение состоит в том, чтобы убедиться, что несущая частота во много раз превышает самую высокую интересующую частоту сигнала.

Например, коммерческое AM-радио работает на частоте около 550 кГц, но содержит сигналы максимум до 10 кГц. Разница в 55x оставляет достаточно места для отклика на сигнал 10 кГц, не реагируя на отдельные циклы несущей 550 кГц.

Добавьте очень агрессивный фильтр нижних частот на выходе. «C» (почему у него нет номера?) не совсем достигает этого, потому что он управляется низкоимпедансным выходом операционного усилителя, который пытается идти в ногу с вашим низкоскоростным генератором. Добавьте резистор между выходом операционного усилителя и «C», возможно, 10–100 кОм, чтобы он образовывал фильтр нижних частот с C.

Увеличение частоты генератора также может помочь.

Это модифицированная схема. Но вывод сильно нелинейный.

На следующем графике показаны практически измеренные значения Vout для различных значений Cx .

Теперь оставшаяся проблема заключается в том, что высокие значения емкости не дают значительного изменения напряжения. А это снизит точность.