Conversión de valor de capacitancia variable a nivel de voltaje de CC variable

Tal vez un circuito de rampa lineal 555 con un umbral ajustable y un chip temporizador serviría. Aquí está la rampa lineal usando el 555: -

"C" en el circuito de arriba podría ser el capacitor bajo prueba. Cuanto menor sea el valor, más rápida será la rampa. Puede usar la salida del 555 aumentando alto para restablecer y activar un contador y el valor del contador puede "congelarse" cuando la rampa alcanza un cierto nivel. Un comparador de precisión conectado a la rampa le diría que la rampa ha alcanzado cierto nivel.

Si conecta la salida de su contador a un DAC y bloquea la salida del DAC cuando el comparador se dispara (digamos 2/3 de la rampa), tiene un generador lineal de condensador a voltaje. Ajuste R2 para darle el rango deseado de capacitancia que necesita.

También puede usar pantallas de 7 segmentos para mostrar el contador en hexadecimal.

El contador debe funcionar mucho más rápido que la rampa para brindarle una resolución decente. De todos modos, las fórmulas están en la imagen.

Tienes la idea correcta, pero tu circuito no es correcto. Poner un condensador directamente en la salida de un opamp es una mala idea y no hace lo que parece que quieres que haga.

Cx y R0 forman un filtro de paso alto para que, con la frecuencia correcta, obtenga amplitud en función de Cx en el rango que le interesa. Sin embargo, no solo desea amplificar esta CA, debe detectarla en amplitud. Aquí hay un detector de amplitud simple que he usado varias veces:

Vref es un voltaje de referencia que debe estar a dos caídas de unión o un poco más por encima del suelo.

El emisor de Q1 es una fuente de voltaje unidireccional. Producirá una corriente significativa si intenta conducirlo por debajo de Vref menos una caída de unión, pero es esencialmente un circuito abierto por encima de eso.

C1 hace que el nivel de CC de la entrada de CA sea irrelevante y permite que el circuito encuentre su propio nivel de CC en el lado derecho de C1. A medida que el voltaje de entrada de CA disminuye, intenta reducir el lado derecho de C1. Cuando eso cae por debajo del umbral de voltaje en el emisor de Q1, el voltaje en el lado derecho de C1 permanecerá allí y C1 se cargará en su lugar. Esto continúa hasta la parte inferior de la forma de onda de CA. Cuando la entrada de CA vuelva a ser alta, el lado derecho de C1 la rastreará, ya que hay poco tirando de ella hacia abajo. Esto eleva el voltaje base de Q2, que está en configuración de seguidor de emisor. Eso carga C2 a la diferencia entre la parte superior e inferior de la entrada de CA.

Este proceso se repite cada ciclo de CA. Se pretende que la constante de tiempo de C2 x R1 sea larga en comparación con un solo ciclo de CA, por lo que el voltaje en C2 permanece razonablemente constante entre los picos positivos de CA donde se carga. R2 y C3 proporcionan filtrado de paso bajo adicional para suavizar la señal de salida.

R3 se puede omitir en algunas implementaciones, pero proporciona una cantidad predecible de corriente de sangrado que intenta bajar el lado derecho de C1. Esto es parte de lo que decide qué tan rápido puede responder el circuito a una caída repentina en la amplitud de CA. La constante de tiempo R1 x C2 y la constante de tiempo R2 x C3 también son importantes para la respuesta general.

La detección de amplitud de CA siempre es una compensación porque debe decidir qué tan rápido no es lo suficientemente rápido o demasiado rápido. Si es demasiado rápido, verá las variaciones de amplitud de cada ciclo. Si es demasiado lento, se pierde el ancho de banda de la señal modulada. La solución habitual es asegurarse de que la frecuencia de la portadora sea muchas veces la frecuencia de señal más alta de interés.

Por ejemplo, la radio AM comercial se reduce a una portadora de alrededor de 550 kHz, pero contiene señales de hasta 10 kHz como máximo. La diferencia de 55x deja mucho espacio para responder a la señal de 10 kHz sin responder a ciclos de portadora individuales de 550 kHz.

Agregue un filtro de paso bajo muy agresivo en la salida. "C" (¿por qué esto no tiene un número?) no está logrando esto porque está impulsado por la salida de baja impedancia del opamp, que está tratando de seguir el ritmo de su oscilador de baja velocidad. Agregue una resistencia entre la salida opamp y "C", de quizás 10k-100k, para que forme un filtro de paso bajo con C.

Aumentar la frecuencia del oscilador también ayudaría.

Este es el circuito modificado. Pero la salida es altamente no lineal.

El siguiente gráfico muestra los valores de Vout medidos en la práctica para diferentes valores de Cx .

Ahora, el problema restante es que los valores de alta capacitancia no dan un cambio de voltaje considerable. Y eso reducirá la precisión.