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AD5933阻抗测量芯片:电容测量注意事项与非线性矫正

09/23 14:28
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好久没更新AD5933的内容了,本期我们接着之前的内容进行电容测量。

后面如果有机会的话,将会改进一下之前的AD5933设计,在之前的基础上完善一下AD5933。

1、电容的幅频特性

在了解电容之前,我们首先要知道电容的幅频特性曲线是什么样子的。

众所周知,电容器具有“隔直通交”的作用,这是对电容特性的总结。理想电容器的容抗随着频率的上升而下降。

但是现实中的电容器并不是全频段都是呈现容性的,大部分电容器的幅频特性曲线图如下所示:

2、AD5933的电容测量应用

在使用AD5933测量电容时,不同频率下测得的阻抗不同,但是可以看到的是,现实中的电容器确实是随着频率的上升逐渐的从容性,变成了感性(存疑)因为这个地方也有可能是随着频率的上升,容抗过小导致AD5933测不出来了。

因此在使用AD5933测量电容时应当让AD5933的激励源工作在低频状态下,让容抗尽可能的大。

通过容抗计算器我们可以得知,0.1uF的电容在200HZ的激励源下其容抗约为7.95k

但是!电容的容抗并不能直接代入分压公式,这是由于电抗作为向量是带有相位属性的。

电阻作为纯阻性器件其相位为0,作用在实轴上,电容电感作为非阻性器件作用在虚轴上。

这也是为什么R1的分压并不是1Vpp而是1.414(2*0.707),其分压是根据合向量来计算的,因此在矢量计算中,方向性是绝对不能忽略的。

因此在AD5933中,推到电容电阻公式也绝不能简单的阻性分压来解决问题,这是很多人推导电容值的一个会忽略的地方。

AD5933的阻抗(导纳倒数)和电容的关系实测关系如图所示,这里直接拿电容做拟合显然是忽略掉了复阻抗的影响(忽略掉这个精度可以直接用AD5933的输出阻抗来进行拟合)。

在这个的基础上我们计算一下阻抗和真实复阻抗分压之间的关系:

因此我们可以根据这个关系来倒退真实复阻抗,再通过真实复阻抗来推到容抗,再根据容抗来推导电容值。

clc;C2 = [ 68 ? ?47 ? ?22 ? ?15 ? ];V ?= [10023 ?116301521716913];ZC = [2340 ? 3386 ?7234 ?10610];%容抗Rfb = 747*2;Z_total = Rfb./(Rfb - 1j * ZC); %Rfb在复阻抗分压Z_total_ = abs(Z_total);%真实复阻抗分压ZT = ?V_ .* 9836;%倒推容抗ZT = 1./(ZT./Rfb); %得到复阻抗ZT = ZT.*ZT - Rfb.*Rfb; %计算容抗平方ZT = sqrt(ZT); % 计算容抗ZT = 1./ZT ./(2*3.1415);%转化为电容相关

通过这种方式可以进一步的矫正AD5933在测量电容中的非线性误差(瓷片电容的误差在10%左右图中电容均采用标称,没有经过校准)。

3、总结

官方的手册中并没有明确的测量AD5933的步骤,这里是博主总结的步骤,可以减小部分非线性误差。

但是实际测量中比较复杂,主要的原因在于电容变化容抗变化过快,需要动态的调节Rfb的大小。实际使用上还需要花心思校准的。

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