Antecedentes
Estoy estudiando un dispositivo que es una capacitancia no lineal. De hecho, estructuralmente son dos placas paralelas con un fluido cargado entre las placas. Las especies cargadas del fluido pueden desplazarse dentro de la célula en función de la tensión aplicada y, al hacerlo, afectan a la capacitancia del sistema.
En otras palabras, la capacitancia del sistema tiene cierta capacidad de diagnóstico, ya que la capacitancia es una medida indirecta de la ubicación de las especies cargadas dentro de la célula.
Los distintos componentes del fluido reaccionan a los campos eléctricos aplicados en diferentes escalas de tiempo y también reaccionan de forma diferente a distintas tensiones. De hecho, la célula se parece (eléctricamente) a un condensador y una resistencia en paralelo, siendo tanto el condensador como la resistencia no lineales.
Lo que me interesa es ver cómo cambia la capacitancia del sistema con diferentes niveles de polarización, cambios en la polarización (y asentamiento en el tiempo), velocidades de giro de los bordes, capacitancia a lo largo de la frecuencia con polarizaciones fijas, etc.
Los cálculos muestran que debería haber un nulo a 1 -> 10 MHz (pero no se sabe en este momento). Las pruebas muestran que si se hace girar el sistema con fuerza (alta \$ \frac{dV}{dt}\$ ) que la capacitancia instantánea es muy diferente a las tasas de borde más lentas.
Todo esto proporciona una visión interesante del sistema y también ayudará a verificar el modelo físico del sistema.
Lo que he hecho
He construido un sistema que utiliza \$ I=C\frac{dV}{dt}\$ estimulando el sistema con una forma de onda de rampa (constante \$ \frac{dV}{dt}\$ hasta una tensión máxima, negativa constante \$\frac{dV}{dt}\$ a una tensión negativa, repetir). Por supuesto, se puede aumentar el \$ \frac{dV}{dt}\$ aumentando \$ dV\$ o disminuyendo \$ dt\$ . Cuando hago eso los resultados de la capacitancia varían.
Uno de los problemas de la técnica de la rampa es que la polarización oscila demasiado y es difícil separar las diferentes escalas de tiempo y niveles de tensión. Todo se mezcla.
Alquilaré un medidor de LCR para caracterizar mejor el sistema y orientar la construcción de mi propia configuración de sondas. Voy a realizar barridos de frecuencia de DC a 2 MHz (limitado por eqt.) en varias polarizaciones de DC, amplitudes de la forma de onda de la sonda y también entonces la medición de la R & C con una alta frecuencia fija como yo slew el sistema con diferentes \$ \frac{dV}{dt}\$ valores.
Sin embargo, sé que los LCR más baratos no llegan a una frecuencia lo suficientemente alta (que es lo que voy a alquilar) y que los LCR más capaces (como una SMU - unidad de medición de la fuente) son demasiado caros.
Otros pensamientos
Usando un oscilador fijo de ~ 10 MHz y un demodulador I/Q debería ser capaz de generar una forma de onda sinusoidal y cosenoidal, y luego sondear el sistema con la forma de onda sinusoidal y demodular (sincrónicamente) la señal de retorno para obtener la amplitud y la fase (y así derivar la impedancia compleja del sistema). La inyección de una señal en el conductor debería permitir sondear el sistema con varias formas de onda (más lentas).
El reto del diseño
¿Qué otras técnicas o mejoras de los enfoques anteriores pueden utilizarse?
- C ~ 0,165 uF
- la variación de la capacitancia parece ser (a partir de las pruebas) como máximo de +/- 0,1 uF
- El rango de tensión es de -10 V a +10 V
- Los tiempos de respuesta del sistema son ~ de 400 ns a 250 ms (para el asentamiento)
- La inductancia es muy pequeña y no es necesario tenerla en cuenta.
- La medición de C y R es importante
Seguro que hay una solución inteligente por ahí.
