Kapazitätsänderung messen

[Besserwessi]

Damit man wirklich die Kapazitätsänderung bei der gegebenen Spannung misst, muss die Wechselspannung an der Diode klein (z.B. 0,1 V) sein. Einen Oszillator direkt mit so kleiner Amplitude ist nicht einfach. Ein Möglichkeit wäre ein LC Oszillator mit einer Spule mit mehreren Abgriffen als Induktivität. Die zu messende Kapazität hängt dann halt nur an einem eher kleine Teil der Spule. Die Trennung der Vorspannung macht man am einfachsten so wie oben von Picture gezeigt, vermutlicher aber nur mit der Diode V1, und V2 weglassen.

Eine Frequenzänderung von 20 kHz bei einer Änderung der Kapazität von etwa 2% (10nF zu 6 µF) zu bekommen ist nicht so einfach. Bei einem normalen LC Oszillator geben 2% Kapazitätsänderung halt nur 1% Frequenzänderung. Eine hohe Frequenz (z.B. 2 MHz) ist bei 6 µF nicht sehr realistisch, das wird zu niederohmig und wird selbst in der Transformator-schaltung eher Schwierig. Bei einer niedrigeren Frequenz die für einen 6 µF Kondesator realistisch ist bliebe noch die Möglichkeit per Mischer einen konstanten Teil abzuziehen und dann die Frequenz per PLL z.B. um den Faktor 256 oder 1024 höher zu setzen. Das ist aber ausgesprochen umständlich.

Frequenzänderungen kann man sehr fein Aufgelöst messen - wenn man will, kann man bei 20 kHz auch eine Änderung von 0,01 Hz feststellen. Gerade wenn man unter 20 kHz bleibt, kann man das Signal per Sounfkarte aufnehmen und dann rechnerisch die Frequenz bestimmen - 0,001 Hz Auflösung sind da kein wirkliches Problem, man muss aber mit etwas dirft rechnen, z.B. vom Quarz.

Im Prinzip müßte es auch gehen einen Oszillator aufzubauen bei dem nur die Differenz von Kondensatoren eingeht - halt so ähnlich wie bei einer Messbrücke. Allerdings kann man dann auch gleich eine Brückenschaltung aufbauen und bei einer definierten Frequenz und definiert kleinen Amplitude über die Amplitude messen - das wird einfacher und ist genauer. Bei einer Diode muss man in Grenzen auch damit rechnen das die Kapazität von der Frequenz abhängt. So im Bereich von etwa 5 KHz bis 1 MHz (ggf. auch noch etwas höher) könnte sich da was ändern.

[PICture]

Theoretisch könnte man auch Kapazität eines Varicaps bei kleiner Amplitude duch gefundenen Resonanz per Signal aus einem externen Generator (z.B. Wobler mit PLL) messen. Es wäre aber in der Praxis ziemlich kompliziert.

[hacker]

Hallo zusammen,

aufgrund starker Messungenauigkeit beim Ablesen, bei welcher Frequenz genau die Amplitude maximal wird, will ich nun jetzt den Weg über einen Oszillator gehen. Dann muss ich nur noch die Frequenz messen, was deutlich einfacher ist, als bei den Amplituden das Maximum zu suchen.

Ich versuche es momentan mit der Schaltung von Wikipedia, einem Oszillator mit Differenzverstärker:

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...zillator_k.GIF

Ich hab die Dimensionierung so gelassen. Meine Kapazität beträgt für den Schwingkreis 1-4 uF (die Abstimmbare Kapazität hat sich geändert!). Als Spule nehm ich eine mit 1uH. Beim Simulierungen in PSpice mit idealen Bauelementen schwingt das Ding schön an. Sobald ich aber den Schritt zur Wirklichkeit machen und einen Reihnenwiderstand von 15mOhm in Serie zur Spule schalte, schwingt sowohl in der Simulation als auch auf dem Steckbrett nichts an. In der Simulation sieht man eine gedämpfte Schwingung, welche schnell in einer zu kleinen Amplitude verschwindet.

Ich nehm mal an, dass der Schwingkreis zu eine kleine Güte besitzt bzw. dann die Verstärkung in der Rückkopplung zu klein ist, oder?

An der Güte kann ich wohl nichts rütteln.
Aus der Schaltung heraus erkenn ich aber nicht direkt die Verstärkung für die Rückkopplung.

Wie bekomm ich das Ding zum laufen? (bzw. zumindest zum schwingen )


Viele Grüße,
hacker

[PICture]

Hallo hacker!

Versuche es, bitte, mit echtem Hartley-Oszillator oder Colpitts-Oszillator, wenn die Spule keine Abzweigung haben darf.

Ich habe leider nicht mehr im Kopf, welche min. SQR L/C für welchen Oszillator nötig sind, damit er schwingt.

[Besserwessi]

Die Schaltung ist Prinzip schon gut und sollte sogar zuverlässiger Schwingen als der klassische Colpitts-Oszillator

Mit der großen Kapazität und kleinen Induktivität ist der Schwingkreis recht niederohmig. Um die Schaltung daran anzupassen müßte man den Strom durch die Transistoren erhöhen, z.B. in dem man die Widerstände z.B. um den Faktor 10 verkleinert. Es wird auch besser, wenn man die Induktivität vergrößert und die Frequenz so reduziert.

Die Messung über die Schwingung hat aber immer noch den Schönheitsfehler, das die Amplitude in der Regel zu groß werden wird. Damit werden die vorhandenen Änderungen mit der Spannung einfach weggemittelt und man kann kaum was sinnvolles messen. Wenn man damit überhaupt was sinnvolles raus bekommen will, bräuchte man eine Regelung, die die Ampltide auf z.B. 100 mV konstant hält.

Gerade bei einer so großen Kapazität kann man auch einfach die Spannung, also Kombination von Gleichspannung und Wechselspannung (z.B. 20-100 mV Amplitide) an die Diode anlegen, und dann den Wechselstrom messen. Bei so großen Kapazität geht die Strommessung noch gut klassisch mit einem Shunt. Als ein paar Beispielwerte: Bei 100 mV Amplitude, 1,5 kHz und 1 µF fließt da schon ein Wechselstrom von 1 mA. Das ist relativ leicht an einem Shunt von z.B. 10 Ohm zu messen, auch mit so viel Auflösung um da noch Änderungen von 0,1 % aufzulösen.