Высокоточный измеритель емкости

Представлена схема весьма точного, но, в то же время, очень дешевого измерителя емкости. Прибор разрабатывался специально для измерения малых емкостей в датчике уровня топлива, но после изменения номиналов некоторых компонентов он может использоваться как универсальный инструмент, измеряющий емкости в широком диапазоне значений с точностью лучше 1 пФ. Поскольку первоначальная цель разработки состояла в измерении уровня бензина, источник питания был рассчитан на броски напряжения, характерные для бортовых сетей мотоциклов и автомобилей.
Задающий генератор построен на инверторе U3A и керамическом резонаторе Y1. Выходы соединенных параллельно элементов U3C … U3F заряжают и разряжают измеряемый конденсатор с частотой 455 кГц. Зарядный ток протекает через прецизионный резистор R8, падение напряжения на котором фильтруется и усиливается дифференциальным усилителем U4. Разряд конденсатора происходит через диод D3. Средний ток резистора R8 будет пропорционален емкости.

Конденсатор заряжается до уровня, складывающегося из напряжения на стабилизаторе U2, установленного равным 5.74 В, и падения напряжения на D1. Поскольку напряжение на D1 зависит от температуры, для точной компенсации его изменений добавлен диод D3.

Если коэффициент усиления дифференциального усилителя обозначить как AV, то при напряжении 5 В найти максимальное значение измеряемой емкости можно с помощью формулы:

С=5В/(5,7В*AV*R8*455,000Гц)

В нашем случае AV = 10, поэтому C = 128 пФ. Для измерения меньших значений просто увеличьте сопротивление R8.

Измеряемый конденсатор должен заряжаться и разряжаться полностью, но для измерения бóльших емкостей слишком сильно уменьшать сопротивление R8 нельзя. Лучший способ расширить диапазон – понизить частоту, например, с помощью счетчика 4060, выбрав один из десяти его выходов. Окончательная точная настройка схемы может быть выполнена изменением сопротивления R8 и коэффициента усиления усилителя.