16.2. Кодокеровані міри ємності

Магазини ємності бувають важільними або штепсельними. В штепсельних магазинах передбачені спеціальні гнізда для закорочення відімкнених конденсаторів (усунення їх залишкових зарядів).

При спробі побудувати кодокерований магазин, стикаються із проблемою впливу залишкових параметрів ключів (рис. 16.1). Провідность Y_c кодокерованого магазину ємності визначається співвідношенням

_, (16.4)

де С_П – початкова (конструктивна) ємність магазину; С₁, С₂, …, С_n – масштабні конденсатори магазину; r_к, R_р, С_р – відповідно опори замкненого та розімкненого ключів та ємність розімкненого ключа; τ_к1=r_кС₁; τ_к2=r_кС₂; τ_р2=r_кС_р; τ_р=r_кС_р.

Рис. 16.1. Структурна схема кодокерованого магазину ємності

Як видно з аналізу співвідношення (16.4), роздільна здатність магазину ємності визначається в основному залишковими параметрами ключів. Окрім цього, наявність ключів призводить до появи активної складової провідності та значної варіації встановлюваних значень ємності в залежності від коду керування.

Використання мір–імітаторів ємності на основі підсилювачів з багатопетлевим зворотним зв’язком може призвести до втрати їх стійкості та суттєвого обмеження їх частотної смуги через необхідність застосування диференціюючи зворотних зв’язків. Тому, на практиці переважно використовують принцип імітації ємності на основі повторювачів напруги (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Структурна схема кодокерованої міри–імітатора ємності

Вхідна напруга U_і через перетворювач ОП1 подається на вхід кодокерованого подільника напруги КПН, коефіцієнт передачі якого встановлюється на виході другого перетворювача ОП2. Через зразковий конденсатор С_N за умови, що вхідний струм ОП1 нехтовно малий, протікатиме струм I_і

(16.5)

де С_N, - відповідно, ємність та опір зразкового конденсатора; U₂=NU_i - вихідна напруга другого ОП2; N=N_i/N_max – коефіцієнт передачі КПН; N_i, N_max – встановлюване та максимальне значення коду КПН.

Відтворюваний схемою опір Z_i визначатиметься співвідношенням

(16.6)

де С_і=С_N(1-N) - відтворювана імітатором ємність.

На базі поданої схеми можна відтворювати високо добротні ємності в діапазоні 1·10^-10…10 Ф у звуковому діапазоні частот з межею допустимих значень похибки +(0,05...0,5) %. Метрологічні властивості такої кодокерованої міри в основному визначаються точністю масштабного конденсатора.

16.3. Помножувачі ємності

Через технологічні та конструктивні обмеження навіть однозначні найточніші міри ємності можуть бути реалізовані лише у відносно вузькому діапазоні від 100 пФ до 1 мкФ. Однак, на практиці в даний час використовуються конденсатори ємністю до 1 Ф, що вимагає забезпечення єдності вимірювань у цьому діапазоні. Для побудови ємнісних мір у вказаному діапазоні доцільно використовувати помножувачі ємності. Найпростіша схема помножувача ємності містить тільки один операційний підсилювач (ОП) із 100 %-ним від’ємним зворотним зв’язком, в коло додатного зворотного зв’язку якого увімкнена RC–ланка, причому його вихід та неінвертуючий вхід сполучені двома резисторами, а неінвертуючий вхід через конденсатор під’єднаний до спільної шини. Входом помножувача служить точка з’єднання резисторів відносно спільної шини. Імітований помножувачем ємнісний опір Z_1j визначається співвідношенням [60]

, (16.7)

де С – ємність зразкового конденсатора; R_1, R₂ – опори резисторів, увімкнених між входом помножувача та відповідно між неінвертуючим входом і виходом ОП; k – коефіцієнт підсилення розімкненого ОП; - коефіцієнт послаблення синфазної складової; е – напруга зміщення ОП; I⁺ - вхідний струм неінвертуючого входу ОП; U_i – вхідна напруга помножувача ємності.

Аналіз формули (16.7) показує, що найбільшим недоліком найпростішої схеми помножувача ємності є наявність активної складової, значення якої залежить від коефіцієнта помноження 1+R₁/R₂.

Усунути активну складову ємнісного опору можна, ускладнюючи схему з використанням декількох ОП (рис.16.3) [143].

Рис. 16.3. Схема помножувача ємності