Измерение емкости конденсаторов: ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ

Измерение емкости электролитических конденсаторов

Измерение емкости электролитических конденсаторов

В повседневной практике радиолюбители нередко сталкиваются с необходимостью
измерения емкости конденсаторов, особенно электролитических, так как из-за
высыхания электролита она со временем снижается. Кроме того, электролитические
конденсаторы имеют большие допуски по емкости.

Описываемый здесь прибор позволяет измерять емкость полярных и неполярных
электролитических и неэлектролитических конденсаторов до 3000 мкФ. Отсчет
идет непосредственно по шкале стрелочного измерительного прибора.

Работа прибора основана на измерении протекающего через конденсатор переменного
тока при подведении к нему пульсирующего напряжения от однополупериодного
выпрямителя.

Принцип действия прибора поясняет схема, приведенная на рис. 1. Во время
положительной полуволны переменного напряжения на верхнем (по схеме) выводе
вторичной обмотки трансформатора Т1 конденсатор Сх заряжается через выходное
сопротивление выпрямителя, а во время отрицательной — разряжается через
резистор R1. Эффективное значение тока /с через конденсатор пропорционально
его емкости. Нижняя граница емкости измеряемых конденсаторов ограничивается
чувствительностью измерителя тока, верхняя — постоянной времени цепи
разрядки CхR1. При этом надо иметь в виду, что значительное уменьшение
сопротивления резистора R1 для уменьшение постоянной времени нецелесообразно
из-за резкого увеличения рассеиваемой резистором мощности.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 2. Диапазон измерения емкости
— от 3000 пФ до 300 мкФ. Измерительный прибор PAJ — на переменное напряжение
30 мВ. Он может быть как промышленным, так и любительским с входным сопротивлением
не менее 100 кОм. Может подойти, в частности, прибор, описание которого
приведено в статье Б. Степанова и В. Фролова «Милливольтметр переменного
тока» («Радио», 1977, № 2, с. 53-55).

Перед измерениями переключателем S3 параллельно зажимам Сх подключают
образцовый конденсатор Со и подстроенным резистором R7 устанавливают стрелку
милливольтметра на отметку шкалы, соответствующую емкости измеряемого
конденсатора. При точном подборе резисторов повторной калибровки при переключении
диапазонов измерения не требуется.

При измерении емкости электролитического конденсатора необходимо строго
соблюдать его полярность подключения к прибору. Предварительно он должен
быть проверен на отсутствие утечки и замыкания между обкладками.

Трансформатор Т1 может быть от блока питания промышленного приемника,
вторичная обмотка которого рассчитана на напряжение 6,3 В и ток не менее
1 А. Предохранитель F2 защищает прибор при случайном замыкании на выходе
и в случае, пробоя проверяемого конденсатора.

Переключатели и выключатели любой конструкции. Резистор R1 на мощность
рассеяния не менее 5 Вт. Образцовый конденсатор С0 с отклонением бт номинала
±5%. Целесообразно в качестве калибровочного конденсатора использовать
такой, емкость которого близка к верхнему пределу измерений на соответствующем
поддиапазоне.

Как проверить конденсатор мультиметром. Проверка конденсатора мультиметром

Приветствую всех друзья и читатели сайта «Электрик в доме». Думаю всем известно, что такое конденсатор. Если кто не видел данный элемент микросхем, то точно слушал о нем. Самой распространенной причиной неисправности в радиоэлектронике является повреждение именно этого элемента. Современная бытовая техника «начинена» электроникой и поломка такой крохотной детали приводит к потере функциональности всего механизма в целом.

Чтобы определить какой именно конденсатор в схеме вышел из строя их необходимо проверить на работоспособность. И желательно это делать с помощью электронный приборов, та как визуальный осмотр не дает заключения о неисправности.

Делать мы это будем с помощью недорогого и функционального прибора — мультиметра. В прошлой статье я писал о том, как с его помощью можно выполнить проверку сопротивления, а сегодня рассмотрим методику, как проверить конденсатор мультиметром.

Написать данную статью меня попросил один из подписчиков. Я как всегда постараюсь изложить материал доступным языком, но если останутся вопросы, не стесняйтесь задавать их в комментариях.

Проверка конденсатора мультиметром

Для начала давайте разберемся, что это за устройство, из чего он состоит, и какие виды конденсаторов существуют.

Конденсатор представляет собой устройство, которое способно накапливать электрический заряд. Внутри он состоит из двух металлических пластин параллельных между собой. Между пластинами расположен диэлектрик (прокладка). Чем больше пластины, тем соответственно больший заряд они могут накапливать.

Существует два вида конденсаторов:

1. 1) полярные;
2. 2) неполярные.

Как можно догадаться по названию полярные имеют полярность (плюс и минус) и подключаются к электронным схемам со строгим соблюдением полярность: плюс к плюсу, минус к минусу. В противном случае конденсатор может выйти из строя.

Все полярные конденсаторы – электролитические. Бывают как с твердым, так и с жидким электролитом. Емкость колеблется в диапазоне 0. 1 ÷ 100000 мкФ.

Неполярные конденсаторы без разницы как подключать или впаивать в схему, у них нет плюса или минуса. В неполярных кондерах диэлектрическим материалом является бумага, керамика, слюда, стекло. Их емкость не очень большая колеблется в приделах от несколько пФ (пикофарад) до единиц мкФ (микрофарад).

Друзья некоторые из Вас могут задаться вопросом, зачем эта ненужная информация? Какая разница полярный-неполярный? Все это влияет на методику измерений. И перед тем как проверить конденсатор мультиметром нужно понимать, какой именно тип устройства перед нами находится.

Как проверить конденсатор с помощью приборов

Прежде всего, выполняется внешний осмотр конденсатора на предмет трещин и вздутия. Нередко причиной неисправности является внутренние повреждения электролитов, что в свою очередь приводит к увеличению давления внутри корпуса, и как следствие вздутие оболочки.

Если конденсатор с виду цел, то без специальных приборов трудно сказать работоспособный он или нет. Поэтому в этом случае выполняется проверка конденсатора мультиметром. Этот простой прибор позволит нам определить емкость конденсатора и наличие обрывов внутри.

Перед тем, как приступить к проверке, нужно определиться какого рода конденсатор находится перед вами: полярный или неполярный. Помните, выше я писал, что это будет важно при измерениях.

Так вот при выполнении проверки полярных конденсаторов нужно соблюдать полярность и подключать щупы к ним соответственно: плюсовой к ножке «+», а минусовой к ножке «-».

При проверке неполярных «кондеров» полярность в подключении соблюдать не нужно, однако здесь есть одна особенность на которую нужно обращать внимание. Для проверки целостности кондера переключатель мультиметра нужно выставить на отметку 2 МОм. Если будет меньше то на дисплее будет отображаться — «1» (единица), можно ложно подумать что конденсатор неисправен.

Проверяем конденсатор мультиметром в режиме омметра

В нашей сегодняшней статье будем проверять четыре конденсатора: два полярных (диэлектрических) и два неполярных (керамических). Перед тем как выполнять проверку необходимо разрядить конденсатор. Для этого нужно замкнуть его выводы на металлический предмет.

Переключатель мультиметра устанавливаем в секторе измерения сопротивления (режим омметра). Режим сопротивления даст нам понять есть ли внутри кондера обрыв или короткое замыкание.

Проверим сначала полярные кондеры номиналом 5.6 мкФ и 3.3 мкФ соответственно (они мне достались от неисправных энергосберегающих лампочек).

Для этого выставляем переключатель на отметку 2 МОм и касаемся щупами выводов конденсатора. Как только щупы будут подключены, на дисплее можно увидеть стремительно растущее сопротивление.

Почему так происходит? Почему на дисплее можно наблюдать «плавающие значения сопротивления»? Все дело в том, что при касании щупами выводов к конденсатору прикладывается постоянное напряжение (батарейка прибора) – он начинает заряжаться. Чем дольше мы держим щупы, тем больше конденсатор заряжается, и сопротивление плавно увеличивается. Скорость заряда напрямую зависит от емкости. Спустя время конденсатор зарядится и его сопротивление будет равно «бесконечности», а на дисплее мультиметра мы увидим «1». Это показатель того что конденсатор исправен.

Не все удается передать фотографиями, но для экземпляра 5.6 мкФ сопротивление стартует с 200 кОм и плавно растет, пока не перевалит отметку в 2 МОм. Длится весь процесс, примерно 10 сек.

Со вторым конденсатором номиналом 3.3 мкФ происходит все аналогично. Начинает заряжаться, сопротивление растет, как только показания превысят отметку 2 МОм на дисплее можно увидеть «1» что соответствует «бесконечности». По времени процесс длится меньше, примерно 5 сек.

В случае со второй неполярной парой конденсаторов делаем все аналогично. Касаемся щупами выводов и наблюдаем за изменением сопротивления на приборе.

Первый из них кондер «104К» его сопротивление сначала немного снижается (до 900 кОм) потом начинает плавно расти, пока не перевалит за отметку. Заряжается дольше, чем остальные около 30 сек.

Второй пример проверка конденсатора мультиметром типа МБГО емкостью 1 мкФ. На фото можно видеть, как изменяется сопротивление при проверке. Только в этом случае переключатель нужно установить на отметку 20 МОм (сопротивление большое, на 2-ке очень быстро заряжается).

Сперва нужно снять заряд, для этого закорачиваем выводы отверткой:

На дисплее прибора наблюдаем как начинает изменятся сопротивление: 

По результатам данной проверки можно сделать вывод, что все варианты конденсаторов находятся в исправном состоянии.

Как проверить емкость конденсатора мультиметром

Одной из основных характеристик любого конденсатора является «емкость». Для того чтобы понять рабочий конденсатор или нет необходимо измерить данную характеристику и сравнить показатели с теми которые указаны производителем на корпусе устройства. Если под рукой есть хороший прибор, то измерить емкость конденсатора мультиметром не составит труда. Но здесь есть свои нюансы.

Если пытаться измерить емкость с помощью щупов (как в моем случае с мультиметром DT9208A) то у Вас ничего не получится. Дело в том, что емкость нельзя проверить, просто подключив щупы к конденсатору. Так как проверить емкость конденсатора мультиметром и можно ли вообще это сделать?

Для этой цели на мультиметре есть специальные разъемы «гнезда» -CX+. «-» и «+» означают полярность подключения.

Давайте проверим емкость керамического кондера «104К». Напомню, маркировка 104 расшифровывается: 10 – значение в пФ, 4-количество нулей (100000 пФ = 100 нФ = 0. 1 мкФ).

Выставляем переключатель мультиметра на необходимую отметку — ближайшее большее значение (я установил на отметке 200 нФ). Берем конденсатор и вставляем ножки в разъемы мультиметра -CX+. Какой стороной вставлять не важно, так как данный кондер — неполярный. На дисплее мы видим значение емкости – 102.6 нФ. Что соответствует номинальным характеристикам.

Следующий экземпляр электролитический конденсатор с номинальной емкостью 3.3 мкФ. Переключатель выставляем на отметке 20 мкФ. Теперь нужно правильно «воткнуть» кондер в разъемы с соблюдением полярности. Для этого нужно знать какая ножка «плюс», а какая «минус». Узнать это не составит труда, так как производитель уже позаботился об этом. Если присмотреться на корпусе видно специальная отметка — черная полоса с обозначением нуля. Со стороны этой ножки располагается «минус», с противоположной «плюс».

Вставляем наш конденсатор в посадочные гнезда мультиметра. На фото видно, что емкость данного экземпляра равна 3.58 мкФ, что соответствует номинальным параметрам. Таким простым способом выполняется проверка конденсатора мультиметром.

Другой пример кондер емкостью 5.6 мкФ. При проверке данный экземпляр показал емкость 5.9 мкФ, что тоже соответствует норме.

Кондер МБГО, емкостью 1 мкФ показал результат 1.08, что также соответствует норме.

Если при замерах окажется что емкость сильно отличается от номинальных значений (или вовсе равна нулю) это значит, что конденсатор неисправен и его нужно заменить.

Как проверить конденсатор тестером (стрелочным прибором)

Друзья завалялся у меня в гараже измерительный прибор времен СССР — Ц4313. Он вполне рабочий, поэтому я решил поэкспериментировать и выполнить проверку им.

Почему я решил использовать его? Методика проверки не изменяется но, аналоговыми приборами (стрелочными) работу выполнять наглядно проще. Проще в плане визуального отслеживания. Здесь придется наблюдать не за изменением цифр на дисплее, а за отклонением стрелки прибора. Причем стрелка будет отклоняться сначала в одну сторону, затем в другую.

Чтобы настроить тестер Ц4313 на измерение сопротивления нужно нажать кнопку «rx». Вставляем щупы прибора в рабочие контакты. Для начала берем конденсатор и разряжаем его. Затем касаемся щупами контактов кондера. Если конденсатор исправный стрелка сначала отклонится, а затем по мере заряда плавно возвратится в исходное (нулевое) положение. Скорость перемещения стрелки зависит от того какой емкости испытуемый конденсатор.

Если стрелка прибора не отклоняется или отклонилась и зависла в определенном положении, это говорит о том, что конденсатор неисправный.

На этом все дорогие друзья, надеюсь, данная статья, как проверить конденсатор мультиметром цифровым и стрелочным была для вас интересной и раскрыла все вопросы. Если что, не стесняйтесь писать комментарии. Также особая благодарность за РЕПОСТ в соц.сетях.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Схема и измерения емкости конденсатора

В лабораториях и на промышленных предприятиях используется измеритель ёмкости конденсаторов. Работая с двухполюсниками, возникает необходимость точного определения электрической ёмкости. Для этого доступны различные инструменты, необходимо учитывать их принцип работы и особенности.

Что такое конденсатор

Прежде чем переходить к измерительным приборам, необходимо разобрать понятие конденсатора. Элементы называют двухполюсниками, они накапливают в себе заряд. Поскольку они содержат энергию, есть возможность определить электрическую ёмкость.

Измеритель ёмкости конденсаторов

В электроприборах конденсатор выступает электронным компонентом, который состоит из пластин.

Важно! Внутри корпуса они находятся в диэлектрике и таким образом являются изолированными. Распространенными считаются компоненты цилиндрической формы.

Картинка 2 Вид конденсатора

Принцип работы

Принцип работы конденсатора построен на контроле тока саморазряда. Когда на цепь подаётся электричество, заряд двухполюсника понижается. Уровень саморазряда также понижается, однако проводимость диэлектрика растет. В такой среде напряжение повышается согласно экспоненциальному закону. Определяющим фактором является уровень сопротивления двухполюсника.

Интересный факт! Если в цепи используются конденсаторы высокой емкости, в ней процесс саморазряда отнимает больше времени и на этом можно сыграть.

Измерения с помощью формул электротехники

Для расчёта емкости двухполюсника используется формула:

Rс =1/6,28*f*C

В формуле f — это средняя частота в цепи, а C — уровень сопротивления. Значение «6,28» взято из расчёта математической постоянной.

Картинка 3 Проверка емкости

Измерения с помощью приборов

Чтобы измерить емкость конденсатора, необходимо использовать мультиметр. Варианты на выбор:

• мультиметр;
• прибор ESR;
• С — метр.

Приборы отличаются по конструкции и принципу действия. При рассмотрении оборудования учитываются характеристики, правила использования.

Картинка 4 Тестеры в электронике

Мультиметр

Если требуется узнать точную ёмкость конденсатора, используется мультиметр. В научной среде по-другому он может называться авометром. Электроизмерительный прибор сочетает в себе вольтметр, а также амперметр. Стандартная модель изготавливается с двумя щупами. Встречаются цифровые и аналоговые приборы, которые отличаются по принципу действия.

Учитывается параметр погрешности, точности и разрядности. Цифровой аппарат работает по принципу отслеживания сопротивления. При подключении к цепи постоянного, переменного тока происходит улавливание частоты и периода. Через плату управления удаётся определить показатель ёмкости элемента.

Картинка 5 Мультиметр

Интересно! Аналоговые приборы имеют массу недостатков, однако используются в промышленной среде. Основной проблемой считается низкая точность измерений.

По структуре используется набор резисторов, шунт и магнитоэлектрический элемент. Принцип работы построен на реагировании колебаний электрического тока. Низкоомный резистор подаёт сигналы на катушку, их улавливает проводник. Через диоды происходит преобразование в импульс, и стрелка мультиметра отклоняется в сторону.

Прибор ESR

Для измерения емкости двухполюсников разработан измерительный прибор ESR. Преимущество кроется в том, что его можно использовать без отключения элементов из цепи. Он прост в обслуживании, подходит для лабораторного тестирования.

Картинка 6 Прибор ESR

Принцип работы строится на электролитических свойствах конденсатора. Учитывается уровень нежелательного сопротивления, а также пропускная способность элемента. Прибор способен отслеживать электрический ток в определенном периоде времени, и рассчитывается уровень разряда. Полученное напряжение делится на ток, на цифровом дисплее отображается емкость конденсатора.

Недостаток кроется в том, что прибор подходит для использования лишь в цепи с переменным током. Измерители этого типа изготавливаются в Америке и Европе. Тестер активно используется радиолюбителями. Современные модели способны определить следующие параметры:

• средняя частота;
• характеристики транзистора;
• проводимость диода;
• сопротивление отдельных компонентов.

За основу у многих моделей взят микроконтроллер ATmega 328. Он отличается низким разрядом, способен долго прослужит. Выключение происходит после трех минут режима ожидания. Для определения рабочей частоты используется частотомер, который генерирует импульсы.

Картинка 7 Прибор частотомер

Важно!Современные модификации функционируют в режиме самотестирования, производя самодиагностику. Таким образом, калибровка не отнимает много времени. Модели поставляются с дисплеями, есть возможность выбирать единицы измерения.

Тестеры могут быть установлены на стол, планку. В комплекте к некоторым товарам предоставляется площадка. Чтобы определить показатель напряжения, необходимо подключить клеммники. Перед использованием прибор калибруется. В меню предусмотрены опции на выбор. С целью замыкания контактов используются перемычки. Устройства отличаются по параметру памяти, точности.

Картинка 8 Работа тестера

Учитывается рабочий температурный диапазон и проводимость. В качестве источника питания могут использоваться аккумуляторы типа «Крона». Средний показатель напряжение на блоках питания 9 вольт. Востребованными остаются варианты со штекером и без него.

С — метр

LC-метра подходят не только для измерения емкости конденсаторов, но и определения уровня индуктивности. По внешнему виду они схожи с мультиметром, однако отличаются принципом работы. Когда тестер замыкает цепь, отслеживается показатель напряжения. Измеряемая ёмкость вычисляется с высокой погрешностью, за счет использования выпрямителя.

Картинка 9 LC-метр

Даже работая с импортными конденсаторами, расчёт производится с учетом применения любого электролита. Сигнал о частоте напряжения и токе поступает на катушку индуктивности. Прибор является универсальным, однако есть недостаток. Для определения ёмкости двухполюсника требуется снять конденсатор. Распространенным вариантом является товар MY6243, это продукция китайского производителя. Она имеет следующие особенности:

• высокая допустимая емкость;
• большая стабильность;
• батарея 9 вольт;
• ручной выбор диапазона;
• имеется экран.

Устройство способно определить индуктивность низкого заряда. Модель является узкоспециализированной и востребована в лабораториях и промышленной среде. У нее используется защищенный корпус, на панели расположен круговой переключатель. На экране виден текущий режим, разрешается изменять функции.

Картинка 10 Экран тестера

Прибор автономен, используется емкостный аккумулятор. В комплекте товара предусмотрена батарея, инструкция и щупы. Также продаются высокоточные приборы класса LC200А. У них высокая разрядность, предусмотрена функция автовыключения. Гарантия на продукцию — 3 месяца, используется защищенный корпус.

Минимальная тестовая частота — от 10 Герц. Показатель ёмкости двухполюсника появляется на экране. С целью подключения измерительного прибора к технике, предусмотрен порт mini-USB. В комплекте предоставляется паспорт, кабель USB и зажимы.

Схема измерения емкости

Схема измерителя емкости электролитических конденсаторов включает множество элементов:

• переключатель;
• тумблер;
• подстроечный резистор;
• батарея питания.

Картинка 11 Схема измерителя

Также распространенными являются схемы с микросхемой К140УД608. У варианта с тестером используются биполярные транзисторы, набор диодов. Есть светодиоды, батарея питания. По схеме имеется два переключателя, предусмотрен микроамперметр.

Выше описаны измерители емкости конденсаторов. Рассмотрено понятие двухполюсника и формула нахождения значения. Также раскрыт принцип работы мультиметра, прибора ESR, LC-метра.

Самодельный прибор для измерения емкости конденсаторов. Вы здесь: Схема измерителя емкости конденсаторов

При ремонте радиоаппаратуры, часто приходится сталкиваться с высохшей емкостью и тогда на помощь приходить схема измерителя
С

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным.

Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов «Шкала» с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем «Множитель» (Х1000, Х100, Х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1-С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10 Гц(х100), 100 Гц(х10), 1 кГц(х1).

Скачать схему

Рис. 1

ОУ DA2.1 — повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2. 2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток — напряжение. Его выходное напряжение: Uвых=(R12…R16) Iвх=(R12…R16)Cх dU/dt. Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Сх dU/dt=100 100 мВ/5 мс=2мА, Uвых= R16 Iвх=1 кОм мА=2 В.

Элементы R11, С5-С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство: (3…5)СхR11

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток Iвх не достигает установившегося значения, а меандр — соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как Cх R25=1000 мкФ 910 Ом=0,91 с. Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 — сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.

Рис. 2

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12-R16 — типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1 %. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12-R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы — любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 — К53-1 А, конденсаторы С11-С16 — К50-16. Конденсаторы С1, С2 — К73-17 или другие металлопленочные, СЗ, С4 — КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1 %. Остальные конденсаторы — любые.

Переключатели SA1, SA2 — П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КП303 (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе «1000 пФ» возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1 %) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1-С4. Если емкости конденсаторов С1-С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения «10 мкФ», множитель — в положение «Х1» и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкФ. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора — отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 — С4 и резисторы R12 — R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 — 10 000 мкФ, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс=1/wС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкФ, 1000 мкФ, 100 мкФ, 10 мкФ использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4 %) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкФ на частоте 1 кГц ошибка в 4 % будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкФ и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкФ до 10 мкФ на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. — Радио, 1993, № 6, с. 21 — 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, № 6, с. 44.

О перегрузке, переключите прибор на более грубый предел. Осуществляйте такое переключение до тех пор, пока не появятся показания. Прочитайте их.

Если используется мостовая приставка для измерения емкости, используйте мультиметр в качестве устройства для определения баланса моста. К соответствующим выводам моста подключите его через детектор с фильтрующим конденсатором , а на самом мультиметре выберите режим микроамперметра постоянного тока. Подключите конденсатор к мосту, сбалансируйте последний по минимуму показаний, затем по шкале моста прочитайте показания.

Если мультиметр функцией измерения емкости не обладает, а мостовой приставки нет, воспользуйтесь следующим способом. Возьмите генератор стандартных сигналов. Установите на нем известную амплитуду сигнала, равную нескольким вольтам. Включите последовательно мультиметр, работающий в режиме микроамперметра или миллиамперметра переменного тока (в зависимости от условий измерения), генератор и испытуемый конденсатор. Установите такую частоту, чтобы мультиметр показал ток, не превышающий в первом случае 200 мкА, а во втором — 2 мА (если частота слишком мала, он не покажет ничего). Затем поделите амплитудное значение напряжения, выраженного в вольтах, на квадратный корень из двух, чтобы получить действующее его значение. Ток переведите в амперы, после чего поделите напряжение на ток, и вы получите емкостное сопротивление конденсатора, выраженное в омах. Затем, зная частоту и емкостное сопротивление, вычислите емкость по формуле:

C=1/(2πfR), где C — емкость в фарадах, π — математическая константа «пи», f — частота в герцах, R — емкостное сопротивление в омах.

Переведите рассчитанную таким образом емкость в более удобные единицы: пикофарады, нанофарады или микрофарады.

Чаще всего необходимость замера емкости возникает у владельцев автотранспорта при проверке работоспособности аккумуляторов. Есть несколько простых шагов, чтобы верно измерить их емкость
.

Инструкция

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, в котором электрический ток вырабатывается за счет химических реакций, протекающих в аккумуляторе.

Таким образом, принцип действия аккумулятора мало чем отличается от обычной батарейки. Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое может выдать новый или полностью заряженный аккумулятор.

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Так, если емкость
аккумулятора составляет 2000ма-час (миллиампер-часов), это означает, что аккумулятор сможет выдавать ток 2 тысячи миллиампер в течение 1 часа или 200 миллиампер в течение 10 часов.

Для определения емкости, аккумулятор необходимо сначала полностью зарядить, затем разрядить заданным током и проследить время полной разрядки аккумулятора. Затем нужно высчитать произведение тока на время, за которое разрядился аккумулятор, полученная величина и будет емкость
ю аккумулятора.

Аналогичным образом измеряется емкость
батарейки. Смысл измерения емкости аккумулятора или батарейки состоит в том, что можно узнать время, за которое аккумулятор или батарейка полностью разрядятся. После этого аккумулятор потребует перезарядки, а батарейка придет в полную непригодность.

Источники:

• в чем измеряется емкость аккумулятора

Автомобильный генератор служит для питания всех электрических устройств автомобиля после запуска двигателя. Он всегда должен находится в исправном состоянии, так как от его работы зависит правильная зарядка аккумуляторной батареи. Кроме того, генератор дает возможность подключать к бортовой сети дополнительно множество различных приборов и устройств. Следует регулярно следить за его технической исправностью. Проверить генератор можно мультиметром или на специальном стенде.

Вам понадобится

Инструкция

Проверьте реле-регулятор. Оно служит для поддержания оптимального значения напряжения в бортовой сети автомобиля . Реле-регулятор не дает ему возрасти до критических уровней. Заведите автомобиль . Поставьте переключатель мультиметра в режим «измерения напряжения». Замерьте электропитание бортовой сети. Это можно сделать на выходах генератора или на клеммах АКБ. Оно должно быть в районе 14-14,2 В. Нажмите на акселератор. Еще раз проверьте показание. Если напряжение изменилось больше чем 0,5 В, то это является признаком неправильной работы реле регулятора.

Проверьте диодный мост. Он состоит из шести диодов. Три из них являются положительными, а три отрицательными. Переведите переключатель мультиметра в режим «звука». Теперь при замыкании контактов тестера будет слышен писк. Проведите проверку как в прямом, так и в обратном направлении. Ели в обоих случаях слышен писк, то диод пробит и его следует заменить .

Проверьте статор генератора . Он представляет собой металлический цилиндр, внутри которого особым образом уложена обмотка. Для проверки отсоедините вывода статора от диодного моста. Осмотрите состояние обмотки на предмет механических повреждений и подгорания. Переведите мультиметр в режим «измерения сопротивления». Проверьте обмотку на пробой . Для этого один контакт тестера прижмите к корпусу статора, а второй к одному из выводов обмотки. Если сопротивление стремиться к бесконечности, то она исправна. Показания менее 50 КОм предупреждают о скорой поломке генератора.

Проверьте ротор генератора. Он представляет собой металлический стержень, на который намотана обмотка возбуждения. На одном его конце находятся контактные кольца, по которым скользят щетки. После извлечения ротора, осмотрите состояние подшипников и

В электрических цепях применяются конденсаторы разного типа. В первую очередь они отличаются по емкости. Для того чтобы определить этот параметр, используются специальные измерители. Указанные устройства могут производиться с различными контактами. Современные модификации выделяются высокой точностью замеров. Для того чтобы сделать простой измеритель емкости конденсаторов своими руками, необходимо ознакомиться с основными составляющими прибора.

Как устроен измеритель?

Стандартная модификация включает в себя модуль с расширителем. Данные о выводятся на дисплей. Некоторые модификации функционируют на базе релейного транзистора. Он способен работать на разных частотах. Однако стоит отметить, что такая модификация не подходит для многих типов конденсаторов.

Устройства низкой точности

Сделать низкой точности измеритель ЭПС емкости конденсаторов своими руками можно при помощи переходного модуля. Однако в первую очередь используется расширитель. Контакты для него целесообразнее подбирать с двумя полупроводниками. При выходном напряжении 5 В ток должен составлять не более 2 А. Для защиты измерителя от сбоев применяются фильтры. Настройку осуществлять следует при частоте 50 Гц. Тестер в данном случае должен показывать сопротивление не выше 50 Ом. У некоторых возникают проблемы с проводимостью катода. В данном случае следует заменить модуль.

Описание моделей высокой точности

Делая измеритель емкости конденсаторов своими руками, расчет точности следует производить исходя из линейного расширителя. Показатель перегрузки модификации зависит от проводимости модуля. Многие эксперты советуют для модели подбирать дипольный транзистор. В первую очередь он способен работать без тепловых потерь. Также стоит отметить, что представленные элементы редко перегреваются. Контактор для измерителя можно использовать низкой проводимости.

Чтобы сделать простой точный измеритель емкости конденсаторов своими руками, стоит позаботиться о тиристоре. Указанный элемент должен работать при напряжении не менее 5 В. При проводимости 30 мк перегруженность у таких устройств, как правило, не превышает 3 А. Фильтры используются разного типа. Устанавливать их следует за транзистором. Также стоит отметить, что дисплей можно подключать только через проводниковые порты. Для зарядки измерителя подойдут батареи на 3 Вт.

Как сделать модель серии AVR?

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками AVR можно только на базе переменного транзистора. В первую очередь для модификации подбирается контактор. Для настройки модели стоит сразу замерить выходное напряжение. Отрицательное сопротивление у измерителей не должно превышать 45 Ом. При проводимости 40 мк перегрузка в устройствах составляет 4 А. Чтобы обеспечить максимальную точность измерений, используются компараторы.

Некоторые эксперты рекомендуют подбирать только открытые фильтры. Они не боятся импульсных помех даже при большой загруженности. Полюсные стабилизаторы в последнее время пользуются большим спросом. Для модификации не подходят только сеточные компараторы. Перед включением устройства делается замер сопротивления. У качественных моделей данный параметр составляет примерно 40 Ом. Однако в данном случае многое зависит от частотности модификации.

Настройка и сборка модели на базе PIC16F628A

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками на PIC16F628A довольно проблематично. В первую очередь для сборки подбирается открытый трансивер. Модуль разрешается использовать регулируемого типа. Некоторые эксперты не советуют устанавливать фильтры высокой проводимости. Перед пайкой модуля проверяется выходное напряжение.

При повышенном сопротивлении рекомендуется заменить транзистор. С целью преодоления импульсных помех применяются компараторы. Также можно использовать проводниковые стабилизаторы. Дисплеи часто применяются текстового типа. Устанавливать их стоит через канальные порты. Настройка модификации происходит при помощи тестера. При завышенных параметрах емкости конденсаторов стоит заменить транзисторы с малой проводимостью.

Модель для электролитических конденсаторов

При необходимости можно сделать измеритель емкости электролитических конденсаторов своими руками. Магазинные модели этого типа выделяются низкой проводимостью. Многие модификации производятся на контакторных модулях и работают при напряжении не более 40 В. Система защиты у них используется класса РК.

Также стоит отметить, что измерители данного типа отличаются пониженной частотностью. Фильтры у них применяются только переходного типа, они способны эффективно справляться с импульсными помехами, а также гармоническими колебаниями. Если говорить про недостатки модификаций, то важно отметить, что у них малая пропускная способность. Они показывают плохие результаты в условиях повышенной влажности. Также эксперты указывают на несовместимость с проводными контакторами. Устройства нельзя применять в цепи переменного тока.

Модификации для полевых конденсаторов

Устройства для полевых конденсаторов выделяются пониженной чувствительностью. Многие модели способны работать от прямолинейных контакторов. Устройства чаще всего используются переходного типа. Для того чтобы сделать модификацию своими руками, надо применять регулируемый транзистор. Фильтры устанавливаются в последовательном порядке. Для проверки измерителя применяются сначала конденсаторы малой емкости. При этом тестером фиксируется отрицательное сопротивление. При отклонении свыше 15 % необходимо проверить работоспособность транзистора. Выходное напряжение на нем не должно превышать 15 В.

Устройства на 2 В

На 2 В измеритель емкости конденсаторов своими руками делается довольно просто. В первую очередь эксперты рекомендуют заготовить открытый транзистор с низкой проводимостью. Также важно подобрать для него хороший модулятор. Компараторы, как правило, используются низкой чувствительности. Система защиты у многих моделей применяется серии КР на фильтрах сеточного типа. Для преодоления импульсных колебаний используются волновые стабилизаторы. Также стоит отметить, что сборка модификации предполагает применение расширителя на три контакта. Для настройки модели следует использовать контактный тестер, а показатель сопротивление не должен быть ниже 50 Ом.

Модификации на 3 В

Складывая измеритель емкости конденсаторов своими руками, можно использовать переходник с расширителем. Транзистор целесообразнее подбирать линейного типа. В среднем проводимость у измерителя должна равняться 4 мк. Также перед установкой фильтров важно зафиксировать контактор. Многие модификации также включают в себя трансиверы. Однако данные элементы не способны работать с полевыми конденсаторами. Предельный параметр емкости у них равняется 4 пФ. Система защиты у моделей применяется класса РК.

Модели на 4 В

Собирать измеритель емкости конденсаторов своими руками разрешается только на линейных транзисторах. Также для модели потребуется качественный расширитель и переходник. Если верить экспертам, то фильтры целесообразнее применять переходного типа. Если рассматривать рыночные модификации, то у них может использоваться два расширителя. Работают модели при частоте не более 45 Гц. При этом чувствительность у них часто меняется.

Если собирать простой измеритель, то контактор можно использовать без триода. У него малая проводимость, однако он способен работать при большой загруженности. Также стоит отметить, что модификация должна включать в себя несколько полюсных фильтров, которые будут уделять внимание гармоническим колебаниям.

Модификации с однопереходным расширителем

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками на базе однопереходного расширителя довольно просто. В первую очередь рекомендуется подобрать для модификации модуль с низкой проводимостью. Параметр чувствительности при этом должен составлять не более 4 мВ. У некоторых моделей имеется серьезная проблема с проводимостью. Транзисторы применяются, как правило, волнового типа. При использовании сеточных фильтров быстро нагревается тиристор.

Чтобы избежать подобных проблем, рекомендуется устанавливать сразу два фильтра на сеточных переходниках. В конце работы останется только припаять компаратор. Для повышения работоспособности модификации устанавливаются канальные стабилизаторы. Также стоит отметить, что существуют устройства на переменных контакторах. Они способны работать при частоте не более 50 Гц.

Модели на базе двухпереходных расширителей: сборка и настройка

Сложить на двухпереходных расширителях цифровой измеритель емкости конденсаторов своими руками довольно просто. Однако для нормальной работы модификаций подходят только регулируемые транзисторы. Также стоит отметить, что при сборке нужно подбирать импульсные компараторы.

Дисплей для устройства подойдет строчного типа. При этом порт разрешается использовать на три канала. Для решения проблем с искажением в цепи применяются фильтры низкой чувствительности. Также стоит отметить, что модификации нужно собирать на диодных стабилизаторах. Настройка модели осуществляется при отрицательном сопротивлении 55 Ом.

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе «Омы» удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе «кОм х 1» можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе «кОм х 10» — в десятки микрофарад, на пределе «кОм х 100» — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе «кОм х 1000» или «МОм» — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12…20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 …2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17…500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50…1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку «Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра». Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ…0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от… мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

В процессе эксплуатации внутри оксидных конденсаторов постоянно происходят электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. И из-за этого появляется переходное сопротивление, достигающее иногда десятков Ом. Токи Заряда и разряда вызывают нагрев этого места, что еще больше ускоряет процесс разрушения. Еще одной частой причиной выхода из строя электролитических конденсаторов является «высыхание», электролита. Чтоб уметь отбраковывать такие конденсаторы предлагаем радиолюбителям собрать эту несложную схему

Идентификация и проверка стабилитронов оказывается несколько сложнее чем проверка диодов, т.к для этого нужен источник напряжения, превышающий напряжение стабилизации.

С помощью этой самодельной приставки вы сможете одновременно наблюдать на экране однолучевого осциллографа сразу за восемью низкочастотными или импульсными процессами. Максимальная частота входных сигналов не должна превышать 1 МГц. По амплитуде сигналы должны не сильно отличаться, по крайней мере, не должно быть более 3-5-кратного отличия.

Устройство расчитано на проверку почти всех отечественных цифровых интегральных микросхем. Им можно проверить микросхемы серий К155, К158, К131, К133, К531, К533, К555, КР1531, КР1533, К176, К511, К561, К1109 и многие другие

Помимо измерения емкости, эту приставку можно использовать для измерения Uстаб у стабилитронов и проверки полупроводниковых приборов, транзисторов, диодов. Кроме того можно проверять высоковольтные конденсаторы на токи утечки, что весьма помогло мне при налаживание силового инвертора к одному медицинскому прибору

Эта приставка к частотомеру используется для оценки и измерения индуктивности в диапазоне от 0,2 мкГн до 4 Гн. А если из схемы исключить конденсатор С1 то при подключении на вход приставки катушки с конденсатором, на выходе будет резонансная частота. Кроме того, благодаря малому значению напряжения на контуре можно оценивать индуктивность катушки непосредственно в схеме, без демонтажа, я думаю многие ремонтники оценят эту возможность.

В интернете много разных схем цифровых термометров, но мы выбрали те которые отличается своей простотой, малым количеством радиоэлементов и надежностью, а пугаться того, что она собрана на микроконтроллере не стоит, т.к его очень легко запрограммировать.

Одну из схем самодельного индикатора температуры со светодиодным индикатором на датчике LM35 можно использовать для визуальной индикации плюсовых значений температуры внутри холодильника и двигателя автомобиля, а также воды в аквариуме или бассейне и т.п. Индикация выполнена на десяти обычных светодиодах подключенных к специализированной микросхеме LM3914 которая используется для включения индикаторов с линейной шкалой, и все внутренние сопротивления ее делителя обладают одинаковыми номиналами

Если перед вами встанет вопрос как измерить частоту вращения двигателя от стиральной машины. Мы подскажем простой ответ. Конечно можно собрать простой стробоскоп, но существует и более грамотная идея, например использованием датчика Холла

Две очень простые схемы часов на микроконтроллере PIC и AVR. Основа первой схемы микроконтроллер AVR Attiny2313, а второй PIC16F628A

Итак, хочу сегодня рассмотреть очередной проект на микроконтроллерах, но еще и очень полезный в ежедневных трудовых буднях радиолюбителя. Это цифровой вольтметр на микроконтроллере. Схема его была позаимствована из журнала радио за 2010 год и может быть с легкостью переделана под амперметр.

Эта конструкция описывает простой вольтметр, с индикатороми на двенадцати светодиодах. Данное измерительное устройство позволяет отображать измеряемое напряжение в диапазоне значений от 0 до 12 вольт с шагом в 1 вольт, причем погрешность в измерении очень низкая.

Рассмотрена схема измерителя индуктивности катушек и емкости конденсаторов, выполненная всего на пяти транзисторах и, несмотря на свою простоту и доступность, позволяет в большом диапазоне определять с приемлемой точностью емкость и индуктивность катушек. Имеется четыре поддиапазона для конденсаторов и целых пять поддиапазонов катушек.

Думаю большинству понятно, что звучание системы во многом определяется различным уровнем сигнала на ее отдельных участках. Контролируя эти места, мы можем оценить динамику работы различных функциональных узлов системы: получить косвенные данные о коэффициенте усиления, вносимых искажениях и т.п. Кроме того, результирующий сигнал просто не всегда можно прослушать, поэтому и, применяются различного рода индикаторы уровня.

В электронных конструкциях и системах встречаются неисправности, которые возникают достаточно редко и их очень сложно вычислить. Предлагаемое самодельное измерительное устройство используется для поиска возможных контактных проблем, а также дает возможность проверять состояние кабелей и отдельных жил в них.

Основой этой схемы является микроконтроллер AVR ATmega32. ЖК дисплей с разрешением 128 х 64 точек. Схема осциллографа на микроконтроллере предельно проста. Но есть один существенный минус — это достаточно низкая частота измеряемого сигнала, всего лишь 5 кГц.

Эта приставка здорово облегчит жизнь радиолюбителя, в случае если у него появится необходимость в намотке самодельной катушки индуктивности, или для определения неизвестных параметров катушки в какой либо аппаратуре.

Предлагаем вам повторить электронную часть схемы весов на микроконтроллере с тензодатчиком, прошивка и чертеж печатной платы к радиолюбительской разработке прилагаеться.

Самодельный измерительный тестер обладает следующими Функциональными возможностями: измерение частоты в диапазоне от 0.1 до 15000000 Гц с возможностью изменения времени измерения и отображением значение частоты и длительности на цифровом экране. Наличие опции генератора с возможностью регулировки частоты во всем диапазоне от 1-100 Гц и выводом результатов на дисплей. Наличие опции осциллограф с возможностью визуализации формы сигнала и измерения его амплитудного значения. Функция измерения емкости, сопротивления, а также напряжения в режиме осциллографа.

Простым методом измерения тока в электрической цепи является способ измерение падения напряжения на резисторе, соединенным последовательно с нагрузкой. Но при протекании тока через это сопротивление, на нем генерируется ненужная мощность в виде тепла, поэтому его необходимо выбрать минимально возможной величиной, что ощутимо усиливает полезный сигнал. Следует добавить, что рассмотренные ниже схемы позволяют отлично измерять не только постоянный, но и импульсный ток, правда, с некоторым искажением, определяемый полосой пропускания усилительных компонентов.

Устройство используется для измерения температуры и относительной влажности воздуха. В качестве первичного преобразователя взят датчик влажности и температуры DHT-11. Самодельный измерительный прибор можно использовать в складских и жилых помещениях для мониторинга температуры и влажности, при условии, что не требуется высокая точность результатов измерений.

В основном для измерения температуры применяются температурные датчики. Они имеют различные параметры, стоимость и формы исполнения. Но у них имеется один большой минус, ограничивающий практику их использования в некоторых местах с большой температурой среды объекта измерения с температурой выше +125 градусов по Цельсию. В этих случаях намного выгоднее использовать термопары.

Как расширить диапазон измерения ёмкости конденсаторов мультиметра

Имеем мультиметр Mastech MS8222H, который умеет измерять ёмкость конденсаторов (и индуктивность катушек; т. е. является LC-метром):

Фото 1. Мультиметр Mastech MS8222H с LC-метром на борту

Здесь переключатель режимов установлен в положение измерения ёмкости конденсаторов, диапазон до 20 мкФ. И это первая проблема — в электронной технике дохнут как правило электролитические конденсаторы больших ёмкостей, порядка 4700 мкФ, а тут только до 20…

Вторая проблема — это две щёлки возле меток диапазонов ёмкостей; это гнездо для всовывания туда выводов конденсатора, причём контакты там находятся глубоко; т. е. не только чип-конденсаторы так не измерить, но и короткие выводы конденсатора — проблема; а также ещё хотелось бы иметь здесь щупы, чтобы производить измерение конденсаторов на плате без отпаивания их.

Ну, так вот, пацан задумал — пацан сделал… приспособление:

Фото 2. Самодельное приспособление для удобства измерения ёмкости конденсаторов

С обратной стороны:

Фото 3. Обратите внимание на необходимую длину контактов!

Что здесь? Снизу — длинные (16 мм) лепестки контактов из бронзовых пластин (контакты от какого-то большого прибора), чтобы достать до контактов в глубине гнезда. Контактные площадки 1 и 2 предназначены для измерения конденсаторов, ёмкость которых менее 20 мкФ. Длинная контактная площадка 2 позволяет измерять конденсаторы с короткими и широко расставленными выводами:

Фото 4. Измерение конденсатора с широко расставленными выводами

Два конденсатора [спаяны параллельно, суммарная ёмкость 19.1 мкФ] между контактом 1 и 3 соединяются последовательно с измеряемым конденсатором, который прикладывается к контактам 2 и 3, и далее по показанию мультиметра (D) и таблице снизу (значения рассчитаны на калькуляторе по формуле 1/D= 1/X+1/19.1) находим значение X ёмкости испытуемого. Например, если дисплей кажет 18.35, значит ёмкость испытуемого 470 мкФ.

Расстояние между площадками 1 и 2 (да и 2 и 3 на всякий случай) всего 1 мм для измерения ёмкости чип-конденсаторов:

Фото 5. Измеряем ёмкость чип-конденсатора

Как такое сделать: выпилить кусочек платы текстолита с медью -> просверлить отверстия под 3 пина -> вытравить лишнюю медь хлорным железом -> залудить -> припаять выводы и конденсаторы.

Торчащие из выводов 1, 2, и 3 игольчатые пины нужны для подсоединения щупов следующим образом:

Фото 6. Подключение щупов к пинам приспособления

Теперь можно измерять ёмкость любых кондеров прямо на плате исследуемого/ремонтируемого устройства, не выпаивая их.

Как показала практика и опыт использования сей самоделки — страшно полезная штука оказалась. Прям жуть как удобно и необходимо по жизни. Это просто кошмар какой-то было жить без неё. Только покупка транзистор-тестера GM328A остановила весь этот ужас.

Измерители емкости конденсаторов, схемы самодельных приборов

Простые схемы измерителей ESR оксидных конденсаторов

В статье приводятся варианты схемы простого прибора, позволяющего находить неисправные электролитические конденсаторы, не выпаивая их из схемы. Кроме того, данным прибором можно «прозванивать» электрические цепи, проверять прохождение сигнала в устройствах ВЧ и НЧ, оценивать моточные …

5
7548
0

Прибор для измерения емкости электролитических конденсаторов

Этот измеритель является простым устройством, служащим для измерения емкости электролитических конденсаторов от 1 мФ до 4700 мФ. Его точность — около 5% — в большей мере зависит от точности исполнения и градуировки. Принцип действия устройства следующий: измеряемый конденсатор Сх заряжается током…

1
6595
7

Измеритель емкости на логических микросхемах (К1ЛБ553, К155ИЕ2)

Схема простого самодельного измерителя емкости на логических микросхемах. Измеритель емкости состоит из генератора импульсов (D1.1—D1.3), делителя частоты-(02—D4), электронного ключа (V1) и измерительной цепи (V2, R7 и Р1). Принцип действия прибора основан на измерении среднего тока разряда измеряемого конденсатора, заряженного от источника …

0
4307
0

Измеритель емкости на операционном усилителе К153УД1 (МАА501)

Принципиальная схема самодельного измерителя емкости конденсаторов. выполнена на операционном усилителе К153УД1. Принцип действия измерителя емкости конденсаторов от нескольких пикофарад до 5 мкФ основан на измерении переменного тока, протекающего через исследуемый конденсатор …

1
5432
0

Простой стрелочный измеритель емкости электролитических конденсаторов

Схема измерителя емкости электролитических конденсаторов, которые в процессе эксплуатации и хранения изменяют свою емкость, поэтому иногда возникает необходимость измерения их емкости. Принцип действия измерителя емкости конденсаторов от 3000 пФ — 300 мкгФ основан на измерении пульсирующего тока, протекающего …

0
5986
0

Приставка к частотомеру для проверки конденсаторов (icm7555)

Для измерения емкости конденсаторов можно воспользоваться схемой, рис., и любым частотомером. Схема представляет из себя приставку к частотомеру, по показаниям которого при помощи пересчета можно определить емкость. Измеряемый конденсатор подключается к клеммам Х1 — Х2, и его…

1
4940
0

Испытатель конденсаторов (155ЛА3)

С помощью такого прибора можно проверить, нет ли внутри конденсаторов обрыва или короткого замыкания, значительной утечки. Рассчитан он на конденсаторы емкостью более 50 пФ. Основой прибора является собранный на элементах …

1
4998
0

Испытатель конденсаторов

Как показала практика, при ремонте промышленной и бытовой радиоаппаратуры наиболее часто встречающаяся неисправность — полная (обрыв, пробой) или частичная потеря емкости как оксидных, так и любых других …

1
7835
0

Цифровой измеритель ёмкости

Предлагаемый прибор позволяет измерять емкость конденсаторов в диапазоне 1…10000 мкФ. Он портативен и потребляет от девятивольтовой батареи всего 7 мА. Принцип роботы прибора основан на измерении продолжительности разряда конденсатора…

0
6537
3

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность, измерение емкости

Конденсатор — электронный элемент, относящийся к категории пассивных. Его основная способность — медленно (с электротехнической точки зрения, в течение нескольких секунд) накапливать заряд, и при необходимости мгновенно отдавать. При отдаче происходит это разряд. В отличие от аккумулятора конденсатор отдает всю энергию импульсом, а не постепенно, после чего снова начинается цикл зарядки.

Основная характеристика этого элемента — ёмкость. Она измеряется в пФ и мкФ — пико- и микрофарадах. Кроме того, каждый конденсатор имеет определенные характеристики рабочего напряжения и напряжения пробоя, при котором он выходит из строя. Они либо указываются на корпусе числами, либо их приходится определять по каталогам, ориентируясь по типоразмеру и цветовой маркировке детали.

В силу своих конструктивных особенностей конденсаторы относятся к категории элементов, которые наиболее часто выходят из строя на электронной плате. Поэтому любой ремонт устройства, содержащего электронику (от микроволновки до системной платы ПК) начинается с проверки этих элементов на работоспособность — визуально, с помощью мультиметра или других приборов.

Самый простой способ

Самым простым и в то же время предварительным способом проверить этот элемент, не выпаивая его из схемы, является визуальный осмотр. Отломившаяся ножка автоматически превращает деталь в нерабочую и подлежащую замене.

При наличии на плате электролитических конденсаторов — они легко опознаются по цилиндрической форме с крестообразной риской на шляпке, а также фольгированному покрытию — в первую очередь надо проверить их.

Для данной группы элементов характерно «вздутие». Это микровзрыв находящегося внутри электролита, который может произойти, например, из-за скачка рабочего напряжения.

Если «цилиндрик» вздут, лопнул по риске на верхушке, на плате обнаруживаются потеки электролита, то его безоговорочно меняют. Зачастую после этого прибор начинает нормально работать.

Если этого не происходит — рекомендуется проверить остальные конденсаторы и другие детали.

В профессиональных ремонтных или наладочных организациях для этого используют профессиональные же приборы — LC-тестеры, или тестеры емкости. Они достаточно дороги, а потому в «хозяйстве» обычного электромонтера встречаются редко.

Но при ремонте большинства плат бытовых устройств в них и нет необходимости — провести проверку емкости конденсатора можно и обычным мультиметром.

Применение тестера для проверки

Настало время ответить на вопрос, как проверить конденсатор мультиметром. В первую очередь нужно оговорить сразу: мультиметром можно проверять только детали емкостью не менее 0,25 мкФ и не более 200 мкФ.

Эти ограничения базируются на принципах их работы, и вообще принципе самой проверки — для малоемкостных не хватит чувствительности прибора, а мощные, например, высоковольтный конденсатор, способны повредить как прибор, так и самого испытателя.

Дело в том, что любой конденсатор перед началом измерения емкости или проверки на короткое замыкание необходимо разрядить. Для этого оба его вывода замыкаются между собой любым проводником — куском провода, отверткой, пинцетом и так далее.

При этом в случае со слабым элементом происходит негромкий хлопок и вспышка. Но мощный, к примеру, пусковой конденсатор (особенно советского производства, для пуска люминесцентных ламп) даст вспышку, сравнимую по мощности со вспышкой электросварки. Металлический проводник даже может оказаться оплавлен.

Поэтому необходимо использовать либо отвертку или пассатижи с изолированной рукояткой, либо электротехнические резиновые перчатки. В противно случае можно получить электрический удар.

Присутствует разъем для измерения емкости

Дальнейшая методика проверки зависит от функциональности самого мультиметра: обладает ли он специальными разъемами и функцией измерения емкости (обозначается Cx) или нет. Если да, то все предельно просто:

• выпаяйте деталь из платы;
• зачистите ножки от окислов и остатков припоя;
• установите на приборе режим измерения емкости с пределом измерения, близким или равным к номиналу конденсатора, который на нем указан;
• установите элемент в специальное парное гнездо на мультиметре, либо коснитесь ножками металлических пластин, его заменяющих.

Чтобы проверить электролитический конденсатор, необходимо соблюдать полярность — плюс к плюсу, минус к минусу. Если на гнездах прибора обозначены плюс и минус, то устанавливать его нужно только так. Если не обозначены — не имеет значения.

Электролитический конденсатор — это мини-аккумулятор, в нем содержится электролит, и подключается он только с соблюдением полярности.

Плюс на нем не отмечается, но минус промаркирован галочкой на золотистом фоне, кроме того, «минусовая» ножка иногда бывает длиннее. Неправильное подключение полярного элемента приведет к однозначному выходу его из строя.

После установки детали в гнезда мультиметр начнет заряжать его постоянным током. На дисплее появится число, которое будет постепенно увеличиваться.

Когда показания перестанут меняться — элемент максимально заряжен. Если показатель заряда аналогичен или хотя бы близок номиналу — элемент работоспособен.

А как проверить керамический конденсатор? Точно так же. Керамические элементы этого вида всегда неполярны, поэтому можно не опасаться неправильного подключения.

Нет разъема для измерения емкости

Прозвонить полярный или неполярный конденсатор мультиметром, не имеющим специальной функции, можно в режиме максимального сопротивления, при котором происходит его зарядка постоянным током.

Этот способ проверки подходит даже для таких элементов, как smd конденсатор (для поверхностного монтажа) или пленочный конденсатор. Проверка полярного элемента отличается только необходимостью соблюдать полярность.

Алгоритм следующий:

• разрядить элемент, закоротив его ножки;
• выставить максимальный предел измерения сопротивления — вплоть до мегаом, если позволяет прибор;
• подключить черный щуп мультиметра к гнезду COM — это ноль или, в нашем случае, минус, а красный щуп — в гнездо для измерения напряжения и сопротивления;
• коснуться черным щупом минуса детали, а красным — плюса;
• наблюдать за показаниями прибора.

Обратите внимание, что электролитический тип всегда полярен, все остальные — неполярные.

Что происходить в этом случае? Мультиметр начинает заряжать деталь постоянным током. Во время зарядки его сопротивление увеличивается.

Быстрый рост показаний сопротивления вплоть до значения «1» (бесконечно большое) означает, что конденсатор потенциально исправен, хотя таким способом и невозможно определить его фактическую емкость.

Возможная ошибка! Во время такой проверки нельзя касаться щупов или ножек элемента пальцами. Вы зашунтируете его сопротивлением собственного тела, и тестер покажет ваше собственное сопротивление. Рекомендуется применять щупы-крокодилы, если таковые есть.

Что означают результаты проверки

При проверке конденсатора мультиметром методом максимального сопротивления можно получить три варианта результатов.

Сопротивление росло быстро и достигло «1» — бесконечности. Означает, что элемент исправен.

Сопротивление очень мало либо вовсе отсутствует. Это означает пробой обкладок конденсатора между собой. Установка на плату приведет к короткому замыканию.

Сопротивление растет до значительного порога, но не до «1». Это означает наличие утечки по току. Конденсатор «условно работоспособен», его использование в приборе приведет к искажениям сигнала, помехам и другим негативным последствиям.

Кроме того, в последнем случае нет гарантии, что при включении «условно рабочего» элемента в схему не произойдет окончательного пробоя.

Проверка на вольтаж

Конденсатор должен выдавать определенное напряжение — оно указано на корпусе или в ТТХ по каталогу. Перед использованием в работе можно проверить его фактическую способность выдавать положенный разряд.

Для этого конденсатор заряжается напряжением ниже номинального в течение нескольких секунд. Для высоковольтного, на 600 В, подойдет напряжение в 400 В, для низковольтного на 25 В — 9 В, и тому подобное.

После этого мультиметр переводится на измерение постоянного (!) напряжения, и подключается к испытываемой детали. Начальное значение на экране и есть значение разряда.

Обратите внимание, что цифры на экране будут очень быстро уменьшаться — конденсатор разряжается.

Если начальное значение на дисплее мультиметра меньше номинала — элемент не держит заряда. Учтите, что в любом случае разряжается он быстро.

Что такое емкость? | Fluke

Емкость — это способность компонента или схемы собирать и накапливать энергию в виде электрического заряда.

Конденсаторы — это устройства накопления энергии, доступные во многих размерах и формах. Они состоят из двух пластин из проводящего материала (обычно тонкого металла), зажатых между изолятором из керамики, пленки, стекла или других материалов, даже воздуха.

Изолятор, также известный как диэлектрик , увеличивает зарядную емкость конденсатора.Конденсаторы иногда называют конденсаторами в автомобильной, морской и авиационной промышленности.

Внутренние пластины подключены к двум внешним клеммам, которые иногда бывают длинными и тонкими и могут напоминать крошечные металлические антенны или ножки. Эти клеммы можно подключить к цепи.

Конденсаторы и батареи накапливают энергию. В то время как батареи выделяют энергию постепенно, конденсаторы разряжают ее быстро.

Как работает конденсатор?

Конденсатор собирает энергию (напряжение), когда ток течет по электрической цепи.Обе пластины содержат одинаковые заряды, и когда положительная пластина накапливает заряд, равный заряд стекает с отрицательной пластины.

Когда цепь отключена, конденсатор сохраняет собранную энергию, хотя обычно происходит небольшая утечка.

Различные конденсаторы (показаны цветом) в печатной плате.

Емкость выражается как отношение электрического заряда на каждом проводе к разности потенциалов (т. Е. Напряжению) между ними.

Емкость конденсатора измеряется в фарадах. (Ф) — единицах, названных в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867).

Фарад — это большая емкость. Большинство бытовых электрических устройств содержат конденсаторы, которые производят только доли фарада, часто тысячные доли фарада (или микрофарады, мкФ) или даже пикофарады (триллионные доли, пФ).

Суперконденсаторы, тем временем, могут хранить очень большие электрические заряды в тысячи фарад.

Как увеличить емкость

Емкость можно увеличить, если:

• Пластины конденсатора (проводники) расположены ближе друг к другу.
• Пластины большего размера обеспечивают большую площадь поверхности.
• Диэлектрик — лучший изолятор для данной области применения.

Конденсаторы бывают разных форм.

В электрических цепях конденсаторы часто используются для блокировки постоянного тока (dc), позволяя протекать переменному току (ac).

Некоторые цифровые мультиметры предлагают функцию измерения емкости, поэтому технические специалисты могут:

• Определить неизвестный или немаркированный конденсатор.
• Обнаружение обрыва или короткого замыкания конденсаторов.
• Измерьте конденсаторы напрямую и отобразите их значение.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Использование осциллографа для поиска неизвестной емкости

Обычно значение конденсатора в микрофарадах или пикофарадах напечатано на его корпусе или там есть цветовой код. Но иногда нам нужно измерить емкость. Например, электролитический конденсатор со временем может потерять емкость (а также показать большее последовательное сопротивление).В критических приложениях этот эффект может быть катастрофическим. Электролитические конденсаторы могут терять емкость, когда они простаивают на полке, а не работают в цепи. Фактически, эти конденсаторы иногда можно восстановить, подвергнув их режиму постепенно возрастающего постоянного напряжения.

Бывают и другие случаи, когда емкость неизвестна, и нам нужно ее измерить. Примером может служить ситуация, когда мы хотим узнать емкость всей электрической среды внутри части электрического оборудования или на его входных или выходных клеммах.Или нам может потребоваться измерить входную емкость пробника осциллографа, чтобы узнать, что происходит.

Мультиметры высшего класса могут измерять емкость, но показания не всегда могут считаться окончательными. Однажды я измерил большое количество новых неэлектролитических конденсаторов и обнаружил, что среднее отклонение от отмеченного значения превышает 10%.

В некоторых приложениях точное значение емкости не критично. Например, допустимы большие отклонения в цепи запуска двигателя.Напротив, резонансный контур требует точного значения для точной настройки.

Осциллограф можно использовать для измерения постоянной времени как средства определения фактической емкости устройства или величины распределенной емкости в электронной системе. Хотя осциллограф не обеспечивает прямого считывания емкости, емкость можно рассчитать, поскольку она напрямую связана с постоянной времени RC-цепи при приложении постоянного напряжения.

Постоянная времени электронной схемы, содержащей резистивные и емкостные элементы, обозначается греческой буквой тау (τ).Эта постоянная времени в секундах равна сопротивлению цепи в омах, умноженному на емкость цепи в фарадах, τ = RC . Тау — это время, необходимое для зарядки конденсатора, включенного последовательно с резистором, до уровня 63,2% от начального значения, обычно 0 В.

Цифровой запоминающий осциллограф может легко отображать график зависимости напряжения от времени при зарядке конденсатора или разрядке через резистор. Затем можно рассчитать постоянную времени схемы и, исходя из этого, определить номинал конденсатора.

Если вы приложите постоянное напряжение к конденсатору, включенному последовательно с резистором, его заряд будет расти, сначала быстро, а затем медленнее по мере приближения к напряжению питания. График зависимости напряжения от времени на экране осциллографа называется экспоненциальным ростом. И наоборот, разряд конденсатора, включенного последовательно с резистором, известен как экспоненциальный спад.

Теоретически, напряжение на конденсаторе никогда не становится равным полному напряжению батареи, поскольку скорость изменения снижается по мере приближения к этому уровню.Постоянная времени по определению — это время в секундах, необходимое для того, чтобы заряд, измеренный на клеммах конденсатора, равнялся 63,2% приложенного напряжения.

Экспоненциальный рост (вверху), экспоненциальный спад (в центре) и постоянная RC, измеренная по неизвестной емкости (внизу).

Это явление можно легко продемонстрировать, подключив цифровой мультиметр в режиме измерения сопротивления через электролитический конденсатор. В зависимости от полярности подключения измерителя, а также от того, заряжен ли конденсатор, сопротивление будет сначала низким, а затем повышаться или начинать высокое и уменьшаться в измеряемой форме, постепенно снижаясь до тех пор, пока оно не прекратится.Электрики говорят, что омметр ведет отсчет, а это говорит о том, что прибор исправен. Это нехарактерное показание связано с тем, что внутренняя батарея измерителя намеренно смещает конденсатор, чтобы можно было измерить сопротивление. Типичное значение составляет 3 В. Большинство производителей приборов окрашивают щупы в красный цвет для положительных и черных для отрицательных, но это не универсально и должно быть проверено с помощью второго мультиметра.

Чтобы определить неизвестную емкость с помощью осциллографа, последовательно подключают источник постоянного тока, такой как батарея 9 В, известное сопротивление, переключатель и конденсатор.Наконечник пробника осциллографа и заземляющий провод подключаются к конденсатору. Кроме того, вам понадобится перемычка с коротким проводом, чтобы шунтировать конденсатор.

Когда переключатель переводится в положение «включено», на дисплее осциллографа отображается напряжение на конденсаторе. Поскольку прибор находится в режиме измерения во временной области, амплитуда в вольтах отображается по оси Y, а прошедшее время — по оси X. Перед нами стоит задача найти постоянную времени последовательно включенных резистора и конденсатора. Для этого определите окончательный заряд конденсатора, который должен быть практически равен номинальному напряжению батареи.Затем умножьте это количество на 0,632, потому что постоянная времени по определению основана на 63,2% максимального заряда конденсатора.

Найдите эту точку на осциллограмме, используя горизонтальную линию от оси Y. Затем из этой точки кривой зарядки опустите вертикальную линию вниз до оси X, которую необходимо откалибровать за секунды. (Для этой цели можно использовать курсор.) Это обеспечивает постоянную времени RC-комбинации, τ. Зная постоянную времени, найти неизвестную емкость несложно.

Как указывалось ранее,

τ = RC
Транспонирование,
C = τ / R

Напомним, что в уравнении постоянной времени C выражается в фарадах, большое значение для R , которое известно, в знаменателе дает разумное значение для емкости, выраженной в микрофарадах, миллионных долях фарада. Эта единица используется чаще.

Методы измерения емкости, входящего тока, внутреннего сопротивления и ESR

% PDF-1.6
%
287 0 объект
> / Метаданные 368 0 R / Страницы 284 0 R / StructTreeRoot 84 0 R / Тип / Каталог / Просмотрщик Настройки >>>
эндобдж
321 0 объект
> / Шрифт >>> / Поля [] >>
эндобдж
368 0 объект
> поток
False11.08.522018-11-06T16: 33: 30.078-05: 00 Библиотека Adobe PDF 11.0Eatonfbd8739bef2a157818271cab46c704a8027b31be221544 Методы измерения емкости, тока на входе, внутреннего сопротивления и ESR | Техническая нота 5502 | Библиотека PDF EatonAdobe 11.0falseAdobe InDesign CC 2014 (Macintosh) 2018-10-30T09: 28: 33.000-07: 002018-10-30T12: 28: 33.000-04: 002015-06-11T11: 45: 02.000-04: 00application / pdf

2018-11-13T14: 33: 10.066-05: 00

uuid: bd8487d8-7c34-4075-bb78-38d956775753uuid: e038444a-4348-4c69-ade4-9d2cf756a0b7

конечный поток
эндобдж
284 0 объект
>
эндобдж
84 0 объект
>
эндобдж
85 0 объект
> / Pa1> / Pa10> / Pa2> / Pa3> / Pa4> / Pa5> / Pa6> / Pa8 >>>
эндобдж
86 0 объект
>
эндобдж
87 0 объект
>
эндобдж
88 0 объект
>
эндобдж
89 0 объект
[279 0 R 278 0 R 278 0 R 278 0 R 247 0 R 277 0 R 276 0 R 275 0 R 271 0 R 270 0 R 269 0 R 265 0 R 264 0 R 263 0 R 259 0 R 258 ​​0 R 257 0 R 199 0 R 200 0 R 200 0 R 201 0 R 200 0 R 241 0 R 242 0 R 241 0 R 240 0 R 237 0 R 236 0 R 233 0 R 232 0 R 231 0 R 227 0 R 226 0 R 225 0 R 221 0 R 220 0 R 219 0 R 215 0 R 214 0 R 213 0 R 243 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 245 0 R 246 0 246 руб. 246 0 прав. 151 0 прав. 156 0 прав. 280 0 прав. 282 0 прав. 283 0 прав.
эндобдж
90 0 объект
[null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null 91 0 R 92 0 R 93 0 R 94 0 R 95 0 R 96 0 R 97 0 R 98 0 R 99 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 110 0 R 111 0 R 110 0 R 112 0 R 113 0 R 114 0 R 115 0 R 115 0 R 115 0 R 116 0 R 117 0 R 118 0 R 119 0 R 120 0 R 121 0 R 121 0 R 122 0 R 123 0 R 124 0 R 125 0 R 126 0 R 127 0 R 127 0 R 127 0 R 128 0 R 129 0 R 128 0 R 130 0 R 131 0 R 130 0 R 132 0 R 133 0 R 134 0 R 133 0 R 135 0 R 133 0 R 136 0 R 137 0 R 136 0 R 138 0 R 136 0 R 139 0 R 140 0 R 141 0 R 142 0 143 0 рэнд]
эндобдж
91 0 объект
> / K 58 / P 145 0 R / Pg 1 0 R / S / Рисунок >>
эндобдж
92 0 объект
>
эндобдж
93 0 объект

Использование аналоговых методов для измерения емкости емкостных датчиков

Загрузите эту статью в формате.Формат PDF

Емкостные датчики используются в широком спектре оборудования, от бытовой электроники до промышленного / управления технологическими процессами. Сенсорные кнопки все чаще встречаются в лампах и диммерах. Датчики движения могут обнаруживать незначительные изменения отклонения. Гигрометры показывают изменения влажности. Датчики давления и акселерометры переходят на емкостное зондирование. А емкостные датчики смещения можно найти даже в дисковых накопителях.

Эти датчики выдают выходной сигнал: емкость.Измерение этой емкости по своей сути является аналоговой задачей, которая может быть очень сложной. Часто эти датчики доставляют инженерам больше всего проблем при взаимодействии с микроконтроллерами. В то время как некоторые микроконтроллеры предлагают встроенные простые процедуры для емкостных сенсорных кнопок, их измерения являются относительно грубыми и предназначены для измерения изменения емкости — полезно для обнаружения пальца, помещенного на датчик касания, но не для промышленного измерения и измерения смещения, требующего абсолютной точности.

Емкостные датчики

В качестве конкретного примера емкостного датчика рассмотрим емкостной датчик относительной влажности (RH).В этом типе датчика диэлектрический материал предназначен для поглощения водяного пара из внешней среды при воздействии на него. Электрическая емкость увеличивается по мере того, как диэлектрик поглощает воду, так как коэффициент диэлектрической проницаемости увеличивается с повышением влажности — прямой показатель относительной влажности. Чистый диэлектрический коэффициент также чувствителен к колебаниям температуры, поэтому расчет влажности включает в себя как измерение емкости, так и температуры.

Датчики влажности

демонстрируют относительно небольшое изменение емкости во всем диапазоне выходных сигналов.Изменение емкости от 40 до 50 пФ при относительной влажности от 0 до 100% при относительной влажности 0% (C0RH) от 100 до 200 пФ не является редкостью. Типичный датчик с абсолютной точностью 3% (с повторяемостью 1%) соответствует требованию разрешения 1,5 пФ.

Некоторые емкостные датчики измеряют смещение. В своей простейшей форме эти датчики состоят из прецизионных металлических пластин, расположенных в непосредственной близости, и между ними поддерживается электрическое поле. Результирующая выходная емкость (обычно небольшая, в диапазоне 10 пФ) во многом зависит от геометрии этих датчиков.

Таймер приближается

Наиболее распространенный подход к измерению емкостных датчиков заключается в простом использовании схемы аналогового таймера для генерации частоты, обратно пропорциональной емкости, а затем использовании микроконтроллера для подсчета импульсов в течение заданного периода для вычисления частоты. . Таким образом, нет необходимости в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) или компараторе в микроконтроллере. Основное уравнение, связывающее измеренный конденсатор C и частоту F:

F = 1 / (С * (R1 + 2 * R2) * ln2)

1.Оцифровка значения емкостного цензора часто включает в себя создание частоты, обратно пропорциональной емкости, и подсчет импульсов за фиксированный период для определения частоты.

Нестабильные таймеры, такие как классический 555, работают путем зарядки и разрядки конденсатора. Напряжение конденсатора запускает циклы заряда и разряда, когда оно проходит через нижний и верхний порог. Несмотря на спецификации, рекламирующие работу на частоте выше 1 МГц, типичные CMOS 555 «любят» работать в диапазоне от 5 до 10 кГц для максимальной точности (рис.2) .

2. Схема (а) иллюстрирует пассивный и активный методы компенсации: C _X = 4 пФ. Для активного экрана удаленно расположенный конденсатор подключается к таймеру через 12 дюймов экранированного кабеля RG316 (29,4 пФ / фут). На графиках показаны результаты измерений для условий отсутствия компенсации, пассивной компенсации и активного экрана.

В таблице показаны некоторые основные ограничения для этих схем. Ошибка A, первая, показывает, что на выводах TH и TR имеется несколько пикофарад входной емкости.Поскольку это точка подключения измеряемого конденсатора, эта паразитная емкость (вместе с паразитной емкостью, показанной в строке F таблицы) ошибочно прибавляется к измеренному значению конденсатора. Для измерений емкости выше 100 пФ это можно учесть путем определения характеристик и последующего учета при получении значения емкости. (Для более низких значений емкости см. Обсуждение ниже.)

Задержки синхронизации компаратора и конечное сопротивление полевого транзистора разряда (B и C, соответственно) устанавливают верхнюю границу частоты для работы.Значительно ниже этих скоростей возникают ошибки из-за изменчивости этих параметров, что затрудняет их калибровку. Например, существует сильная температурная зависимость для открытого сопротивления разрядного полевого транзистора и зависимость V _DD для задержки компаратора.

Измерение значений низкой емкости

Для измерения меньших значений емкости влияние входной емкости выводов TH и TR можно компенсировать (вычесть электронным способом). Два метода включают пассивную и активную компенсацию.

Пассивная компенсация включает в себя подключение компенсационных конденсаторов для создания накачки заряда, чтобы обнулить влияние входной емкости вывода. Вывод Q (выходной) колеблется на более высоком уровне, чем линейное изменение напряжения конденсатора, поэтому связывание конденсатора между Q и TH и TR эффективно переносит чистые кулоны в измеряемый конденсатор. Поскольку C и Q обратно связаны, это равно отрицательной емкости, как видно из расчета общего заряда Q, накопленного на измеренном конденсаторе C за данный цикл зарядки:

• Без компенсации:

Q = C * 1/3 * V _CC

• С компенсацией:

Q = (C + Cx) * 1/3 * V _CC — C _X * V _CC

Q = (C -2 * Cx) * 1/3 * V _CC

Итак, в первом порядке емкость 2 * CX вычитается из C (при условии, что C _X

На измерительном конденсаторе будет наблюдаться скачок напряжения в результате переноса заряда.Это не влияет отрицательно на работу таймера. Он просто показывает добавленный и вычитаемый заряд, чтобы компенсировать добавленную паразитную емкость вывода. Поскольку емкость при постоянном токе также влияет на выход, туда также добавляется небольшой конденсатор.

Выбор C _X = 4 пФ был эмпирически признан приемлемым. Второй конденсатор, C _Y (не показан), также был добавлен для компенсации входной емкости при постоянном токе.

Активная компенсация требует наличия операционного усилителя и может дать более точную регулируемую компенсацию.Выход операционного усилителя подключен к компенсационному конденсатору C _X , управляя им согласованно с линейным нарастанием напряжения конденсатора. (Обязательно используйте стабильный операционный усилитель, управляющий этой емкостью!) Изменяя коэффициент усиления G операционного усилителя и, следовательно, амплитуду линейного изменения, вы можете изменять величину компенсационной емкости для вычитания в соответствии с:

C _экв = C — C _X (G — 1)

В качестве альтернативы может быть реализован «гибрид» пассивной и активной компенсации, что позволяет сэкономить на стоимости операционного усилителя при сохранении возможности регулировки.Может использоваться компаратор переменной амплитуды с регулировкой амплитуды прямоугольной волны, производимой путем регулировки напряжения линейного регулятора.

Дистанционное зондирование

Иногда невозможно совместить датчик и измерительную электронику. Измеряемую емкость можно разместить на некотором расстоянии от измерительной электроники. Но неизвестные емкости относительно земли вдоль проводного пути конденсатора будут складываться и вычитаться из измеренного значения емкости в этом случае, особенно если он подключен по кабелю.

Импедансы, управляющие конденсатором, обычно высоки (> 500 кОм), а длинные провода могут принимать электрические поля и вызывать паразитные напряжения (особенно от сети переменного тока 60 Гц). Экранирование кабеля может помочь, но это, естественно, создает дополнительные емкости, которые зависят от длины кабеля, что увеличивает ошибки измерения емкости.

Решением является активный экран, управляемый операционным усилителем, чтобы динамически подавать на экран то же напряжение, что и напряжение конденсатора, обнуляя емкость от экрана к напряжению конденсатора.Это решение с удаленным конденсатором по существу требует трех подключений: экрана, напряжения конденсатора и отдельного проводного заземления. Принцип аналогичен активной компенсации емкости вывода, описанной ранее. Экран также может управляться с коэффициентом усиления немного выше 1, чтобы дополнительно компенсировать емкость вывода, хотя выбранный коэффициент усиления обязательно нужно будет изменить с другой длиной кабеля (рис. 3).

3. Микросхема таймера TS3002 компании Touchstone Semiconductor представляет собой устройство типа 555, работающее от напряжения до 2 В.

ИС усовершенствованного таймера Touchstone TS3002 оптимизирована для использования с небольшим конденсатором синхронизации (рис. 4).

4. Другие подходы, такие как схема балансировки заряда (a) и упрощенный емкостной мост (b), позволяют измерять емкость быстрее.

Скорость и точность измерения

Скорость измерения этих систем преобразования емкости в частоту определяется временем, которое требуется для подсчета количества тактов, соответствующих значению емкости. Точность до первого порядка определяется количеством подсчитанных циклов.Поскольку емкость обратно пропорциональна частоте при фиксированном времени измерения, схемы, естественно, обеспечивают самое высокое разрешение по битам для самых низких значений емкости в заданном диапазоне. Это не обязательно желаемый результат, поскольку самые низкие значения емкости будут иметь самые высокие аналоговые ошибки.

В качестве альтернативы, использование быстрых часов микроконтроллера для определения периода таймера обеспечивает более высокое разрешение для более высоких значений емкости. (Системные часы с частотой 24 МГц могут разрешить 14-битное значение для 1 кГц в диапазоне 1 нФ.) В некоторых микроконтроллерах эти высокочастотные часы работают с большей точностью, чем низкочастотные.

Шум при измерении, вероятно, будет определять время измерения и длину усреднения. Частотный шум в таймерах в основном возникает из-за временного дрожания компаратора. Этот джиттер увеличивается в процентах с уменьшением частоты периода, делая измерения емкости малых конденсаторов более шумными.

Более быстрый подход

Стоит упомянуть еще несколько подходов, некоторые из которых дают более быстрые результаты (рис.5).

5. В этой схеме измерения конденсатора на основе ОУ операционный усилитель работает нестабильно, запуская гистерезисный компаратор для переключения полярности на двух порогах. Как и схема таймера, эта схема предлагает очень простую взаимосвязь между C и F: F = 34 * R1 * C.

В схеме балансировки заряда эталонный конденсатор заряжается до известного напряжения, а затем разряжается через измеряемый конденсатор. Помимо проблемы предоставления эталонного конденсатора, у этого метода есть две основные проблемы.

Во-первых, коммутатор сам вводит заряд в цепь, влияя на результат. Даже самые лучшие аналоговые переключатели демонстрируют инжекцию заряда не менее 1 пКл, что ограничивает схему более высокими измеренными значениями конденсатора. Во-вторых, буферный операционный усилитель должен иметь чрезвычайно низкую утечку. При измерении конденсатора 1 нФ утечка 10 нА снижает напряжение на измерительном конденсаторе на 1 мВ в течение 100 мкс.

Методы емкостного моста включают в себя введение известной частоты возбуждения в емкостной мост (часто просто сеть RC-C) и сравнение полученного отклика с эталонным трактом.Настоящая мостовая схема включает в себя два RC-плеча в мосту со схемой обнуления с использованием регулируемых конденсаторов.

Опорный тракт здесь представляет собой простой резистивный делитель и служит эталоном для логометрического измерения АЦП, считающегося более практичным методом. Схема требует быстрого АЦП для преобразования амплитуды цепи R-C и определения измеренного значения конденсатора. АЦП должен быть быстрым, и при измерении может потребоваться некоторая обработка сигнала. Также необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы ограничить нагрузку (емкостную и резистивную) на измеряемый конденсатор.

Интеграционные методы операционного усилителя

Схема измерения конденсатора на основе интегратора операционного усилителя пропускает точные токи в конденсатор, определяя емкость путем оценки времени интегрирования. Прецизионный резистор (требуется хороший абсолютный допуск), операционный усилитель и, возможно, компаратор (для превращения интегратора в нестабильный генератор) требуются для генерации измерительного тока для питания конденсатора. Однако некоторые преимущества могут перевесить дополнительные компоненты по сравнению с системами на основе таймера.

Схема по существу управляет одной стороной конденсатора, сохраняя виртуальное заземление на другой стороне. У виртуальной земли двоякие. Во-первых, емкость входного контакта операционного усилителя больше не влияет на измерения, поскольку этот узел остается на земле. Во-вторых, конденсатор теперь можно измерять дистанционно без активно управляемого экрана (экран может оставаться под потенциалом земли), что устраняет необходимость в операционном усилителе, способном следовать линейному нарастанию таймера и управлять высокой емкостью .

На рисунке 5 показан пример схемы для этого подхода с использованием операционного усилителя и компаратора. Здесь операционный усилитель работает нестабильно, запуская гистерезисный компаратор для переключения полярности на двух порогах. Как и схема таймера, эта схема предлагает очень простую взаимосвязь между C и F:

F = 34 * R1 * C

Здесь используется «наномощный» операционный усилитель / компаратор / эталонная ИС Touchstone TS12011, поскольку он предлагает как компаратор, так и операционный усилитель в одном корпусе.Кроме того, вся схема работает при токе менее 5 мкА (от источника питания 1,8 В) и может работать от напряжения питания всего 1 В. Схема лучше всего подходит для измерения емкостей от 1 нФ и выше, поскольку результирующий частотный выход находится в пределах полосы пропускания операционного усилителя, и изменение задержек компаратора добавляет к результату небольшую ошибку.

Для измерения емкости с меньшим значением подойдет операционный усилитель с большей полосой пропускания вместе с более быстрым компаратором. Чтобы поддерживать относительно низкие частоты и минимизировать ошибки, связанные с задержкой синхронизации, лучше всего подходят операционные усилители с малой утечкой на входе, такие как операционные усилители с полевым транзистором.

Заключение

Есть несколько способов измерения емкостных датчиков. При тщательном проектировании и соответствующих диапазонах емкости традиционных схем таймера может быть достаточно. Для низких значений емкости и высокой точности могут потребоваться другие варианты, такие как схемы на основе интеграторов.

Ридли Инжиниринг | — Измерения конденсаторов

В нескольких прошлых статьях мы исследовали некоторые сложные характеристики силового магнетизма импульсного источника питания.В этой статье мы рассмотрим еще один важный пассивный компонент источника питания — конденсатор. Часто это компонент, который рассматривается как простая деталь, не требующая особого внимания.

Конденсаторы блока питания

На рисунке 1 показан простой понижающий преобразователь. Учитывая современные интегрированные контроллеры, задача разработчика, по-видимому, очень проста — все, что нам нужно сделать, это выбрать индуктор и два конденсатора, и работа будет выполнена. Выбор катушек индуктивности может быть очень сложным, и теперь мы увидим, что конденсаторы тоже могут быть проблематичными.

_{Рис. 1. Понижающий преобразователь с критически важными конденсаторными компонентами. Импеданс выходного конденсатора определяет средне- и высокочастотный отклик преобразователя с использованием режима напряжения, тока или любой другой формы управления, включая цифровой.}

Меня часто просят провести анализ наихудшего случая подобных схем импульсных источников питания для компаний. Первый шаг этого процесса обычно заключается в том, что компания присылает мне схемы, списки деталей и спецификации компонентов.Прежде чем продолжить, я всегда должен запрашивать рабочие физические образцы блоков питания для тестирования на стенде. К тревоге людей, не знакомых с источниками питания, большая часть анализа наихудшего случая зависит от измерений и существующих конструкций в сочетании с задокументированными вариантами технических данных, которые изменят конструкцию.

Листы технических данных компонентов редко бывают адекватными для правильной характеристики деталей, а для всестороннего анализа требуется информация, которую производители не могут предоставить.Дополнительные измерения необходимы для магнетизма, а также необходимы дополнительные измерения для конденсаторов.

Измерение низкоомного конденсатора

Простой фиксированный тестер RLC с единственной частотой измерения не подходит для определения характеристик конденсаторов для использования в современном импульсном источнике питания. Конденсаторы необходимо измерять в широком диапазоне частот, чтобы полностью охарактеризовать их поведение.

_{Рисунок 2: Схема измерения для конденсаторов с низким сопротивлением}

На рисунке 2 показано, как проводить измерения конденсаторов с низким сопротивлением с помощью анализатора частотной характеристики [1].Правильный выбор чувствительного резистора и правильная ВЧ-схема тестовых цепей позволят вам измерять импеданс до 1 мОм с этой испытательной установкой. Хотя многие тестеры компонентов будут рассматривать только одну частоту или узкий диапазон частот, рекомендуется прокручивать частоту, чтобы увидеть полное сопротивление тестируемого компонента, от 10 Гц до как минимум 10 МГц.

Измерение электролитического конденсатора

Электролитические конденсаторы по-прежнему являются предпочтительным компонентом большинства коммерческих недорогих источников питания.Они также широко используются в автомобильной промышленности, где могут быть экстремальные температуры.

Электролитические элементы относительно легко измерить, поскольку они имеют относительно высокое эквивалентное последовательное сопротивление. Но важно изменять температуру конденсатора, чтобы увидеть ее влияние на характеристики.

_{Рисунок 3: Измерение импеданса электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах}

На рис. 3 показано изменение импеданса конденсатора для электролита 10 мкФ.Показаны две кривые: красный график — для конденсатора при 25 градусах, а синий — для -55 градусов Цельсия. Обратите внимание на большое разделение кривых. Это связано с известным эффектом замерзания электролита в конденсаторе. Выполнив это измерение самостоятельно, вы обнаружите, что СОЭ продолжает повышаться по мере того, как температура падает все ниже и ниже нуля градусов. Вряд ли вы найдете полный набор данных, который вам нужен для вашей конкретной детали.

_{Рисунок 4: Емкость электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах}

На рисунке 4 показана мнимая составляющая импеданса, извлеченная для отображения эквивалентной емкости конденсатора.Видны два изменения емкости: одно — слабая зависимость от частоты, а второе — зависимость от температуры.

или холодный конденсатор на синей кривой, очевидное существенное падение емкости за пределами нескольких кГц не является действительно значительным, поскольку на импеданс устройства преобладает эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) на этих частотах.

_{Рисунок 5: Эквивалентное последовательное сопротивление электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах}

ESR определяется путем измерения действительной части импеданса, показанного на Рисунке 3, изображенном на Рисунке 5.На низких частотах оба сопротивления имеют высокие значения, но это всегда сомнительное измерение — мы пытаемся извлечь очень маленькую реальную составляющую из вектора импеданса, который в основном является реактивным.

Показано, что за пределами нескольких кГц интересующее нас значение ESR зависит как от частоты, так и от температуры. Обратите внимание, что ESR холодного конденсатора составляет около 12 Ом, а теплого конденсатора — около 0,5 Ом. Разница больше, чем 20: 1!

Многие конструкторы, работающие в широком диапазоне температур, будут держаться подальше от электролитов по этой и другим причинам.Однако в некоторых случаях они экономически необходимы, и контур управления должен учитывать изменения, которые будут происходить с температурой. Это может стать серьезной проблемой при проектировании контура управления. Это, безусловно, можно сделать, особенно при использовании управления текущим режимом, но полоса пропускания контура часто сильно снижается.

Электролитические свойства также будут существенно изменяться при старении, особенно при повышенной температуре. Это еще одна важная тема, выходящая за рамки данной статьи, но вы должны проверить срок службы и температуру работы в источнике питания, чтобы убедиться, что электролитические соединения не выйдут из строя.

Измерение многослойного керамического конденсатора

Источники питания для точек нагрузки и материнские платы широко используют многослойные керамические конденсаторы в качестве альтернативы электролитическим. Достижения в конструкторских технологиях сделали доступными конденсаторы очень большой емкости с чрезвычайно низким ESR в очень маленьких корпусах. Это важно для преобразователей точки нагрузки, где пространство на плате ограничено.

Я редко вижу, чтобы должная осмотрительность проводилась при рассмотрении характеристик выходных конденсаторов MLC.Несмотря на то, что они не страдают от резких температурных сдвигов ESR электролитов, MLC одинаково сложны по своим характеристикам.
Рисунок 6: Измерение многослойного керамического конденсатора 10 мкФ при различных уровнях тестового сигнала и с переменным смещением постоянного тока

На рис. 6 показано значение емкости небольшого 0805 MLC с номинальным напряжением 6,3 В и номинальным значением 10 мкФ. Красная верхняя кривая показывает, что емкость конденсатора составляет 10,7 мкФ при 100 Гц. Обратите внимание на значительную частотную зависимость от 10 Гц до 10 кГц.

Это изменение с частотой связано с тем, что емкость MLC является функцией приложенного переменного напряжения [2]. В испытательной установке, показанной на Рисунке 2, от анализатора частотной характеристики подается постоянный источник 1 В. На низких частотах все напряжение появляется на конденсаторе, но с увеличением частоты мощность конденсатора уменьшается. MLC показывают увеличение емкости с увеличением уровня возбуждения.

Зеленая кривая показывает, как эта частотная зависимость устраняется с помощью небольшого управляющего сигнала всего 50 мВ.Обратите внимание, что номинальная емкость конденсатора 10 мкФ теперь составляет всего 7,9 мкФ.

MLC

также сильно зависят от приложенного постоянного напряжения. Синяя кривая на Рисунке 6 показывает, как значение емкости падает до 3,5 мкФ при смещении 5 В постоянного тока и до 2,5 мкФ при смещении 6,3 В постоянного тока. Если вы подтолкнете конденсатор к номинальному напряжению, у вас не останется много емкости в этом конкретном примере. Мой опыт работы с MLC показывает, что в любом случае подталкивать их близко к их рейтингу нецелесообразно из соображений надежности.

Все различные диэлектрики, используемые для MLC, будут иметь разные характеристики. На веб-сайте AVX есть много полезной информации, и вам предлагается прочитать как можно больше, чтобы понять эту тему более подробно. У MLC есть дополнительная зависимость от температуры и срока службы, которую мы здесь не будем рассматривать.

Хотя вы не можете найти много информации, всегда полезно провести измерения самостоятельно на скамейке. Варианты MLC настолько запутаны, что часто трудно быть уверенным в том, как именно будет вести себя ваш компонент, если вы не измеряете его самостоятельно.Кроме того, большинство представленных кривых являются типичными характеристиками, а многие характеристики наихудшего случая настолько экстремальны, что вы не можете учесть их все в практической конструкции.

Сводка

Конденсаторы

часто упускаются из виду как источник изменений в источниках питания, но они не попадают в эту ловушку. У всех типов конденсаторов источника питания есть свои особые наборы проблем, которые вы должны полностью понять, если собираетесь строить рекомендуемые преобразователи.

Всегда проводите измерения силовых конденсаторов на этапе разработки.И, как катушки индуктивности и сердечники для магнетиков, не следует слепо делать замену от одного производителя или диэлектрика к другому без надлежащей характеристики новой детали. Не все поставщики хорошо справляются с представлением полных данных — будьте готовы сделать это сами.

Planet Analog — Измерение емкости: понимание и использование правильной техники для значительного улучшения результатов

Конденсатор, измеренный портативным мультиметром за 100 долларов, может дать существенно другой результат, чем тот же конденсатор, измеренный с помощью измерителя LCR за 10 000 долларов.Тот же самый конденсатор, измеренный двумя разными портативными мультиметрами, также может дать результаты, которые различаются на несколько процентов в зависимости от диэлектрического материала конденсатора и используемого алгоритма измерения. Чтобы знать факторы, которые способствуют этому изменению, и, что еще более важно, знать, когда следует перейти на измеритель LCR за 10 000 долларов, важно понимать принципы, лежащие в основе алгоритмов измерения, используемых для измерения емкости.

Анализ измерения емкости лучше всего понять, исследуя способ измерения резисторов.Когда цифровой мультиметр измеряет сопротивление, он использует источник постоянного тока некоторого известного значения, чтобы генерировать напряжение на тестируемом резисторе. Это приводит к постоянному напряжению, которое легко преобразуется в значение сопротивления АЦП и встроенным программным обеспечением обработки сигналов. Ошибки, присущие измерению сопротивления, легко понять, и их можно избежать. Термическая ЭДС, сопротивление выводов, токи утечки и самонагрев являются одними из наиболее значительных источников ошибок, и ими можно управлять с помощью надлежащих методов измерения и встроенных функций мультиметра, таких как компенсация смещения.

Даже в приборах с умеренной ценой измерения сопротивления с точностью выше 30 ppm и могут быть выполнены без особых проблем. Совершенно другое дело — произвести достаточно точное измерение пассивного компонента другого типа, такого как конденсатор. В этой статье описываются различные методы измерения емкости и сравнивается эффективность их точности.

Высокоточные измерения емкости
Очевидным распространением измерения сопротивления на конденсаторы является стимуляция испытуемого конденсатора источником переменного тока.В высокопроизводительных измерителях LCR для этого используется один метод — определение емкости конденсатора. Сигнал переменного тока известной частоты подается через внутренний резистор малого номинала и тестируемый конденсатор в последовательной конфигурации. Переменный ток, протекающий в конденсатор, также должен протекать через резистор, создавая переменное напряжение на резисторе.

Величину и фазу этого напряжения можно измерить и сравнить с исходным сигналом переменного тока, а также вычислить емкость.Такие методы, как это измерение в частотной области, могут быть очень точными и могут дать информацию о дополнительных параметрах, таких как коэффициент рассеяния; однако инструменты, реализующие эти методы, являются специализированными, измеряют только пассивные сети и стоят более 3500 долларов.

Инструменты более общего назначения имеют ограничения по стоимости, которые не позволяют им включать в себя источник сигнала переменного тока; однако они по-прежнему реализуют функцию емкости. Они делают это с помощью того же источника постоянного тока, который используется для измерения сопротивления.

Недорогие измерения емкости
Как обсуждалось ранее, цифровые мультиметры содержат точный внутренний источник тока, который используется для создания постоянного напряжения на резисторе. Тот же самый точный источник тока можно использовать для создания напряжения на конденсаторе. Идеальный конденсатор, заряжаемый идеальным источником постоянного тока, будет создавать линейное изменение, характеризуемое уравнением I = C dV / dt .

Следовательно, значение емкости C можно вычислить во временной области, применив источник постоянного тока и наблюдая за скоростью изменения напряжения на конденсаторе.Многие недорогие настольные и портативные мультиметры проводят измерения емкости в предположении, что источник тока и конденсатор идеальны.

Однако идеальных конденсаторов не бывает. Конденсаторы демонстрируют неидеальные факторы, такие как диэлектрическое поглощение, утечка, коэффициент рассеяния и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Эти члены могут внести существенную ошибку в методику измерения во временной области, описанную выше. Поэтому большинство недорогих приборов для измерения емкости имеют сноску, в которой говорится, что их «спецификации применимы только к пленочным конденсаторам.”

Пленочные конденсаторы

, например, с диэлектриками из полиэфира и полипропилена, имеют достаточно низкие параметры потерь, поэтому этот метод измерения во временной области может давать результаты с точностью до 1%. Однако ошибки, вносимые непленочными диэлектриками, не обязательно требуют использования высокопроизводительного измерителя LCR. В настольных мультиметрах недавно были внедрены и другие методы, которые могут уменьшить погрешность, вызванную непленочными диэлектриками, без затрат на измеритель LCR.

Лучшие недорогие измерения емкости
Потери конденсатора, заряжаемого источником постоянного тока, лучше всего моделировать как параллельное сопротивление.Эта модель изображена на рис. 1 :

.


Рисунок 1: Модель измерения емкости во времени.

Источник постоянного тока, подключенный к параллельной RC-цепи, дает кривую напряжения, которая изменяется со временем и представлена ​​как:

при условии, что на конденсаторе нет начального напряжения. В этом уравнении — это постоянная времени, равная R , умноженная на C , а I — значение источника постоянного тока.И эта кривая, и идеальная прямолинейная кривая показаны на Рис. 2 .

(Щелкните, чтобы увеличить изображение)
Рисунок 2: Напряжение конденсатора, с потерями и без них.

Обратите внимание, что параллельное сопротивление имеет тенденцию изгибать прямую линию вниз экспоненциально. Площадь между прямой линией и кривой обусловлена ​​потерями, которые создают ошибку в измерениях. Поскольку это трансцендентное уравнение, его довольно сложно решить без использования итерационной техники.Производная этого уравнения,

можно решить в закрытом виде. Если постоянная времени RC известна, значение емкости C можно найти, подставив ее в это уравнение способом, аналогичным алгоритму измерения емкости во временной области без исключения потерь. Таким образом, существенное улучшение измерений заключается в нахождении величины постоянной времени RC-цепочки .

Чтобы найти постоянную времени RC, тестируемый конденсатор сначала разряжается путем параллельного подключения резистора или изменения полярности источника тока.Включается постоянный ток, и высокоскоростные показания снимаются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) мультиметра. Для этих показаний выполняется экспоненциальная аппроксимация, и, используя как сами показания, так и наклон линии между соседними показаниями, вычисляется постоянная времени RC. К этому алгоритму предъявляются строгие требования, которые делают его непригодным для любого цифрового мультиметра:

• Первое и самое важное, АЦП в цифровом мультиметре должен производить выборку достаточно быстро, чтобы захватывать несколько точек на кривой заряда тестируемого конденсатора и не вносить значительного шума в измерения.
• Во-вторых, источник постоянного тока мультиметра не должен демонстрировать неидеальное поведение, например, тепловой хвост при включении.
• В-третьих, внутренняя емкость мультиметра и емкость выводов пробников должны быть откалиброваны, что может быть так же просто, как использование функции «Math Null» для вычитания текущего показания из всех последующих показаний.
• Наконец, внутренняя емкость мультиметра должна иметь относительно высокий коэффициент качества, чтобы избежать ошибок из-за собственной постоянной времени RC.

Если все эти требования соблюдены, пользователи могут значительно повысить точность считывания. (Измерение емкости в Agilent 34410A основано на методе, очень похожем на метод, описанный выше.)

Для описанного выше измерения требуется источник тока только одной полярности, так как внутреннее сопротивление может использоваться для разряда проверяемого конденсатора. С немного большей стоимостью в текущем источнике может быть реализован другой метод отклонения потерь.Если доступен прецизионный источник тока, который может одновременно потреблять и истощать ток, то прямоугольный сигнал переменного тока может быть создан путем изменения его полярности с заданным интервалом. Этот источник переменного тока будет создавать треугольную форму волны напряжения, когда он подключен к конденсатору. Если конденсатор демонстрирует потери, наклон треугольной волны будет содержать экспоненциальные члены, показанные на рисунке 2.

Эти экспоненциальные члены изменяют величину гармоник в частотном спектре формы волны напряжения.Изучая гармоники, можно удалить член с потерями. Мультиметр National Instruments NI 4072 использует аналогичный метод, в котором быстрое преобразование Фурье (БПФ) используется для определения частотного спектра, а первая и третья гармоники сравниваются для удаления термов.

Ошибки при измерении емкости по времени
Любая реализация измерения емкости с временной привязкой имеет несколько существенных проблем. Во-первых, значение емкости может существенно изменяться с частотой.Измерители LCR, такие как Agilent 4263B, могут измерять емкость на нескольких частотах с помощью внутреннего переменного источника переменного тока. Для алюминиевого электролитического конденсатора емкость может варьироваться до нескольких процентов в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц.

Менее затратный алгоритм обычно работает на одной частоте и поэтому не дает дополнительной информации о производительности на более высоких частотах. Хотя измерения мультиметров не могут быть неправильными, они будут отличаться от тех, которые делает измеритель LCR, просто из-за разницы в частоте измерения.

Другая характеристика неидеального поведения конденсаторов, которая может привести к неверной интерпретации результатов при более дешевом измерении, — это эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора или ESR. Предположим на момент, что положительный ток используется для зарядки тестируемого конденсатора во время цикла измерения. Если резистор, подключенный между конденсатором и землей, используется для разряда конденсатора, чтобы подготовить его к следующему циклу измерения, то минимально возможное напряжение на конденсаторе будет 0 В.

Поскольку постоянный ток создает на конденсаторе нарастание напряжения, среднее напряжение за несколько циклов измерения будет больше 0 В. Этот термин смещения постоянного тока не создает значительных ошибок для пленочных и керамических конденсаторов; однако для алюминиево-электролитических конденсаторов это может иметь большое влияние на результат. Это связано с тем, что ESR изменяется нелинейно при подаче постоянного тока.

Самый простой способ решить эту проблему — сохранить смещение постоянного тока на конденсаторе как можно меньшим, что достигается за счет использования источника переменного тока, разрядки ниже 0 В или уменьшения амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе. .Любой из этих методов может дать точные результаты. В некоторых случаях значение конденсатора с приложенным смещением постоянного тока может быть желательным, если конденсатор должен использоваться в цепи, которая будет помещать смещение постоянного тока на него при нормальной работе (например, при развязке источника питания). Измерители, которые используют источник переменного тока, такие как измерители LCR, обычно предоставляют опцию смещения постоянного тока для измерения значения в этих условиях.

Этот анализ показал, что при измерении емкости конденсатора необходимо учитывать множество свойств.Для общего лабораторного поиска неисправностей или для измерения высококачественных пленочных конденсаторов более чем достаточно простой и недорогой методики, основанной на времени, встроенной в универсальные мультиметры. Для измерений, требующих чрезвычайно высокой точности и дополнительных параметров, лучше всего подойдет высокопроизводительный измеритель LCR. Как показано выше, между этими двумя крайностями существует некоторая золотая середина, которая сокращает сроки потерь с использованием относительно недорогих методов. Эти методы не позволят вычислить такие свойства, как коэффициент рассеяния, но улучшат точность измерений на конденсаторах более низкого качества.

Об авторах
Билл Коли окончил Технологический институт Джорджии (Технологический институт Джорджии) в 1999 году со степенями BEE и MSEE, специализируясь на проектировании аналоговых схем. Он потратил шесть лет на разработку схем формирования сигналов и аналого-цифровых преобразователей для высокопроизводительных цифровых мультиметров, включая Agilent 34410A и 34411A. Он также был разработчиком алгоритма измерения емкости в этих измерителях. Билл упоминается в нескольких патентах, связанных с его опытом в разработке цифровых мультиметров.( Билл в настоящее время работает в Linear Technology Corp. (www.linear.com) в качестве разработчика аналоговых ИС .)

Конрад Профт имеет степени BSEE и MSCS. Конрад проработал в Hewlett-Packard / Agilent (www.agilent.com) в течение 27 лет и примерно половину этого времени провел между исследованиями и разработками и маркетингом, специализируясь на контрольно-измерительных приборах общего назначения для стендовых и системных измерений. Карьера Конрада включает в себя обширный опыт работы с множеством успешных проектов, от разработки приложений и написания технических статей в маркетинге до руководителя проекта по исследованиям и разработкам в области генераторов функций и цифровых мультиметров.

Измерение емкости и индуктивности с помощью осциллографа и функционального генератора

В большинстве лабораторий имеется достаточный запас цифровых мультиметров для измерения сопротивления постоянному току, но когда
речь идет об измерении индуктивности, емкости и импеданса, это не всегда
легко найти измеритель LCR.

Счетчики

LCR работают, подавая на устройство напряжение переменного тока.
при испытании, и измеряя результирующий ток, как по амплитуде, так и по
фаза относительно сигнала переменного напряжения.Емкостный импеданс будет иметь
форма волны тока, которая опережает форму волны напряжения. Индуктивный импеданс будет
имеют форму волны тока, которая отстает от формы волны напряжения. К счастью, если
у вас есть осциллограф и генератор функций в вашей лаборатории, вы можете использовать
аналогичный метод для измерения многочастотного импеданса с хорошим
полученные результаты. Этот подход также может быть адаптирован для использования в качестве учебной лаборатории.
упражнение.

Рисунок 1.
Импеданс смоделирован как
конденсатор или индуктор с эквивалентным последовательным сопротивлением.

Что такое импеданс?

Импеданс — это полное сопротивление току в
цепь переменного тока. Он состоит из сопротивления (реального) и реактивного сопротивления.
(мнимая) и обычно представлена ​​в сложных обозначениях как Z = R + jX ,
где R — сопротивление, а X — реактивное сопротивление.

Реальные компоненты состоят из проводов, соединений,
проводники и диэлектрические материалы. Эти элементы вместе составляют
характеристики импеданса компонента, и это полное сопротивление изменяется в зависимости от
частота тестового сигнала и уровень напряжения, наличие напряжения смещения постоянного тока
или текущие и окружающие факторы, такие как рабочие температуры или
высота.Из этих потенциальных влияний частота тестового сигнала часто оказывается определяющей.
наиболее значимый фактор.

В отличие от идеальных компонентов, настоящие компоненты не являются чисто
индуктивный или емкостной. Все компоненты имеют последовательное сопротивление, которое
Параметр R в его импедансе. Но у них также есть несколько участников
реактивное сопротивление. Например, конденсатор имеет последовательную индуктивность, которая становится больше
проявляется на высоких частотах. Когда мы измеряем реальный конденсатор, серия
индуктивность (ESL) будет влиять на показания емкости, но мы не сможем
измерять его как отдельный, самостоятельный компонент.

Методы измерения импеданса

Метод I-V, описанный в этом примечании по применению, просто
один из многих методов измерения импеданса. Другие включают мостовой метод.
и резонансный метод.

Метод I-V использует значение напряжения и тока на
тестируемое устройство (DUT) для расчета неизвестного импеданса, Z _x . Текущий
измеряется путем измерения падения напряжения на прецизионном резисторе последовательно
с тестируемым устройством, как показано на рисунке 2.Уравнение 1 показывает, как можно использовать схему.
найти Z _x .
Уравнение 1:

Теоретическая точность

В этом документе мы будем использовать Tektronix AFG2021.
произвольный / функциональный генератор и осциллограф Tektronix серии MDO4000 для выполнения
измерение. Полоса пропускания AFG2021 в 20 МГц хорошо подходит для этого.
измерение. Точность усиления постоянного тока MDO4000 составляет 2% при настройке 1 мВ / дел.
1,5% при других вертикальных настройках. Как вы можете видеть в уравнении 1,
Точность измерения напряжения осциллографом является наиболее важным фактором
общая точность теста.

На основании уравнения 1 теоретическая точность этого
метод измерения должен составлять около 4% при настройке MDO4000 1 мВ / дел и 3%
при других настройках.

Так как частота дискретизации осциллографа очень
выше, чем частота стимулов, используемых в этих тестах, ошибка
вклад фазовых измерений будет незначительным.

Рисунок 3.
Испытательная установка для
оценка конденсатора, как в Примере 1.

Тестовый пример

В следующих двух примерах представлены конденсатор / индуктор /
Измерение ESR с помощью осциллографа и функционального генератора.

Использованное оборудование:

• AFG2021 Генератор произвольных функций / функций

Осциллограф

• MDO4104C
• A 1 кОм
  прецизионный резистор
• Подлежащие испытаниям конденсаторы и катушки индуктивности
• Два пробника напряжения Tektronix TPP1000

Для этого применения большинство осциллографов и функций
генераторы дадут приемлемые результаты, так как тестовые частоты ниже
100 кГц. Однако мы воспользуемся статистикой измерений на MDO4000.
Серии в этом примере.

Рисунок 4.
Осциллограммы напряжения и
измерения, сделанные в узлах A1 и A2.

Пример 1: керамический конденсатор 10 мкФ

Установите испытательную схему, как показано на рисунке 3. Примечание.
что R _ESR и
C связаны с тестируемым керамическим конденсатором, и что R _fg — это выходное сопротивление 50 Ом.
генератор функций.

Установите функциональный генератор на выход 1,9 В.
амплитуда, синусоида 100 Гц.Вы можете использовать ручку AFG2021 или клавиатуру для
установить напряжение и частоту. Отрегулируйте настройку вертикального масштаба
осциллографа, чтобы использовать как можно большую часть экрана — используя как можно больше
диапазон, насколько это возможно, вы улучшите точность своего напряжения
измерения.

Используйте осциллограф для проверки узлов A1 и A2. Рисунок 4
показывает результирующую форму волны.

Выберите средний режим сбора данных осциллографа.
и установите количество средних значений на 128. Это уменьшит влияние случайных
шум по вашим измерениям.Настройте осциллограф на измерение канала 1
частота, фаза между каналом 2 и каналом 1, амплитуда канала 1 и
амплитуда канала 2, как показано на рисунке 4. Если ваш осциллограф предлагает
статистику измерений, такую ​​как серия MDO4000, запишите средние значения для вашего
расчеты. В противном случае запишите самые последние значения.

Из измерительной установки мы знаем:

• Частота стимула, f = 100 Гц
• Прецизионный резистор, Rref = 1 кОм

Из измерений, выполненных на осциллографе и показанных
на рисунке 4:

• Амплитуда напряжения, измеренная при A1, В _A1 = 1.929 В
• Амплитуда напряжения, измеренная при A2, В _A2 = 0,310 В
• Разность фаз между напряжением, измеренным в точке A2 относительно A1, θ = -79,95 °

Обратите внимание, что в узле A1 напряжение имеет фазовый угол 0 °,
то есть он находится в фазе с выходом функционального генератора. На А2 напряжение равно
сдвинуты вперед на фазовый угол θ.

Полное сопротивление тестируемого конденсатора можно найти
используя уравнение 1.

Импеданс можно выразить в полярной форме, где
величина определяется уравнением 2.

Уравнение 2:

Угол импеданса определяется вычитанием двух
углы:

Уравнение 3:

Для теста в нашем примере мы можем использовать уравнение 2
и уравнение 3, чтобы найти величину и угол импеданса
конденсатор тестируемый:

Теперь мы можем преобразовать импеданс в прямоугольную форму.
найти сопротивление и емкость.

Используя приведенные выше уравнения, мы можем решить для ESR и
Емкость ИУ:

Уравнения 4 и 5:

Используя уравнение 4 и уравнение 5, мы можем вычислить ESR
и емкость для тестируемого конденсатора:

В таблице 1 сравниваются результаты, полученные с помощью осциллографа.
и генератор функций для результатов, достигаемых с помощью недорогого ВАЦ и
традиционный измеритель LCR.Измеритель LCR, используемый в этом случае, поддерживает только тест
частоты 100 Гц и 1 кГц, которые являются общими частотами тестирования компонентов.
Вы заметите, что эти три метода достаточно хорошо коррелируют.

Значения пассивных компонентов указаны с особым
частоту, и измерители LCR часто имеют более одной тестовой частоты для
эта причина. В таблице 1 показаны результаты с использованием осциллографа / функции.
комбинация генераторов на пяти разных частотах. Вы можете увидеть эффект
паразитная индуктивность в испытательной цепи при увеличении испытательной частоты —
измеренная емкость падает с увеличением испытательной частоты.См. Раздел о
«Диапазон измерения» для получения дополнительной информации о тестовых частотах.

Для достижения наилучших результатов вам необходимо сохранить значение
прецизионного резистора (R _ref )
достаточно низкий, чтобы дать значительную волну напряжения в узле A2. Резистор
также должно быть больше 50 Ом, иначе выходное сопротивление функционального генератора
будет учитываться при измерении.

Рисунок 5.
Испытательная установка для
оценка катушки индуктивности, как в Примере 2.

Пример 2: индуктор 10 мГн

Схема и процедура проверки практически идентичны
те, которые использовались для проверки конденсатора в Примере 1.

Используйте функциональный генератор для вывода 1,9 В.
амплитуда синусоиды 10 кГц. Сигнал подается на опорный резистор и
испытуемый индуктор.

Используйте осциллограф для проверки узлов A1 и A2. Рисунок 6
показывает две результирующие формы волны.

Рисунок 6. Осциллограммы напряжения и измерения
взяты в узлах A1 и A2.

Выберите средний режим сбора данных осциллографа.
и установите количество средних значений на 128. Это уменьшит влияние случайных
шум по вашим измерениям.Настройте осциллограф на измерение канала 1
частота, фаза между каналом 2 и каналом 1, амплитуда канала 1 и
амплитуда канала 2, как показано на рисунке 6. Если ваш осциллограф предлагает
статистику измерений, такую ​​как серия MDO4000, запишите средние значения для вашего
расчеты. В противном случае запишите самые последние значения.

Из измерительной установки мы знаем:

• Частота стимула, f = 10 кГц
• Прецизионный резистор, R _ref = 1 кОм

Из измерений, выполненных на осциллографе и показанных
на рисунке 6:

Обратите внимание, что в узле A1 напряжение имеет фазовый угол 0 °,
то есть он находится в фазе с выходом функционального генератора. На А2 напряжение равно
сдвинуты вперед на фазовый угол θ.

Мы можем использовать те же уравнения для расчета импеданса
ИУ, которое мы использовали для измерения конденсатора в примере 1. Импеданс может
быть выраженным в полярной форме, где величина и угол импеданса равны
предоставлено:

Теперь мы можем преобразовать в прямоугольную форму
сопротивление, чтобы найти сопротивление и индуктивность

Используя приведенные выше уравнения, мы можем решить для ESR и
Индуктивность ИУ:

Уравнения 6 и 7:

Используя уравнения 6 и 7, мы можем рассчитать СОЭ
и индуктивность испытуемого индуктора:

Таблица 2. Сравнительная таблица примера 2.

Опять же, в таблице 2 сравниваются достигнутые результаты с
осциллографа и генератора функций для результатов, достигаемых с помощью недорогого векторного анализатора цепей и
традиционный измеритель LCR.Эти три метода хорошо коррелируют.

Таблица 2 также показывает результаты, полученные с помощью осциллографа /
комбинация функционального генератора на четырех разных частотах. См. Раздел
в разделе «Диапазон измерений» для получения дополнительной информации о тестовых частотах.

Еще раз, вам, возможно, придется поэкспериментировать со стоимостью R _ref , чтобы получить лучшее
полученные результаты.

Диапазон измерения

Существуют практические ограничения на частоту стимула и
значения конденсатора или катушки индуктивности ИУ для этого метода измерения импеданса.

На рисунке 7 показан блок емкости / частоты. Если емкость
значение и частота тестирования указаны в рамке, тогда вы сможете
Измерьте это. В заштрихованной области точность измерения будет около 3%,
а за пределами заштрихованной области точность падает примерно до 5%.Эти неопределенности
предположим, что вы позаботились о том, чтобы использовать весь экран осциллографа,
усреднено 128 периодов сигналов и использовано среднее значение
амплитуды и фазы для выполнения расчетов.

Аналогичный блок индуктивности / частоты показан на рисунке.
8 для испытания индуктора.

Заключение

Если в вашей лаборатории нет измерителя LCR или вы
хочу продемонстрировать поведение конденсаторов и катушек индуктивности при синусоидальном
стимула, осциллографа и генератора функций могут помочь вам сделать простой,
прозрачное измерение импеданса.Вы можете рассчитывать на емкость и индуктивность
значения с погрешностью 3% -5%.