イオニスタと大容量コンデンサの静電容量計。スキーム、説明

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イオニスタや大容量コンデンサの静電容量計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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コンデンサの静電容量を測定する方法はいくつかありますが、そのすべてが数百マイクロファラッドを超える静電容量の測定に適しているわけではありません。特に大きな問題は、静電容量が 10 F 以上に達する可能性のあるイオニスタを測定する場合に発生します。一方、電圧源から抵抗値が既知の抵抗器を介してコンデンサの充電時間を測定することに基づく、比較的単純で、ところで、古くから知られている方法がある。ご存知のとおり、静電容量 C のコンデンサを抵抗 R の抵抗を介して電圧源 U に接続すると (図 1)、コンデンサは充電を開始し、その両端の電圧 (U)_С) は指数関数的に増加します。

U_C= U(1 - e^-t/(RC)),

ここで、e は自然対数の底です (e ≈ 2,718)。 t - 時間。 RC は、電圧に依存しない、RC 回路のいわゆる時定数です。 t = tのとき_RC\uXNUMXd RC、コンデンサの両端の電圧はUに等しくなります_C = U(1 - e^-1) ≈ U(1 - 0,367) ≈ 0,633U。したがって、コンデンサの充電の開始からコンデンサの両端の電圧が0,633Uの値に達する瞬間までの時間間隔を測定することにより、簡単な計算を使用して、測定されたコンデンサの静電容量С = tを決定することができます。_RC/R. 抵抗器の抵抗値が「丸い」、たとえば 10 kΩ の場合、すべての計算は頭の中で簡単に行うことができます。たとえば、指定された抵抗の場合、0,633U へのコンデンサの充電時間は 46 秒であり、測定されたコンデンサの静電容量 C_х = 46 / 10⁴ = 46 mF = 4600 μF。したがって、この場合、変換係数は K = 100 µF/s となります。抵抗 R = 1 kOhm の場合、測定時間は 10 分の 1000 に短縮され、変換係数 K = XNUMX μF / s になります。

イオニスタおよび大型コンデンサ用静電容量計
米。 1.依存U_C から

この原理に従って、提案されたメーターは機能します。ストップウォッチを内蔵したコンピュータやその他の電子機器、たとえば電子 (電子機械) 時計や携帯電話にプレフィックスとして付けることができます。特に注目に値するのは、この方法の実装が比較的容易であることと、基準コンデンサを使用した校正の必要がないことです (デジタル電圧計で十分です)。さらに、電圧は（妥当な範囲内で）任意のものにすることができますが、重要なことは、測定中に電圧が変化しないことです。イオニスタの静電容量の測定には数分かかる場合がありますが、数パーセントの測定誤差と合わせて、これはアマチュア無線の練習では十分許容範囲です。

測定誤差はコンデンサやコンデンサの漏れ電流や直列抵抗（ESR）の影響を受けることに注意してください。たとえば、一部のタイプのイオニスタの ESR は 30 オームに達する可能性があり、そのようなイオニスタを 100 オームの抵抗を通して充電すると、測定誤差が数十パーセントになる可能性があります。したがって、コンデンサを充電する抵抗の抵抗値は少なくとも 1 kΩ でなければなりません。

読者は、電子機械時計の測定アタッチメントに招待されます。デバイスのスキームを図に示します。 2. 時計に内蔵された電池（1,5V）により駆動し、時計単体でも使用可能です。初期状態では、電源電圧がマイクロ回路に供給され、クロックは通常モードで動作します。セットトップボックスが接続されると、XS1 ソケットの接点が開き、クロックが停止し、セットトップボックスに電源電圧が供給されます。 DA1 チップには昇圧安定化電圧コンバータ、オペアンプ DA2 にはコンパレータ、VT1 トランジスタには電子キー、HL1 LED にはライトインジケータが含まれています。

米。 2. デバイス図 (クリックして拡大)

付属品に供給電圧を印加した後、トランジスタ VT1 が閉じ、電圧コンバータの電源が切られます。コンデンサまたはイオニスタの静電容量を測定するには、最初に放電し、次に極性に関して端子 XS2、XS3 に接続し、ボタン SB1「開始」を短く押します。クロックには電源電圧が供給され、時間のカウントが開始されます。同時に電圧コンバータが動作し、その出力に 3,3 V の電圧が発生し、HL1 LED が点灯します。測定されたコンデンサが放電されるため、オペアンプ DA2 の反転入力の電圧は非反転入力よりも低くなり、出力は 2 ... 2,2 V になります。トランジスタ VT1 が開き、SB1 ボタンを放した後も電圧は電圧コンバータとクロックに流れ続け、充電時間をカウントし続けます。コンバータの出力電圧 (3,3 V) の選択は、この場合コンデンサが電圧 U に充電されるという事実によるものです。_C \u3,3d 0,633 2,088 \u2d XNUMX V したがって、アタッチメントを使用すると、スーパーキャパシタや定格電圧がXNUMX V以上のコンデンサの静電容量を測定できます。

コンデンサが指定された電圧まで充電されるとすぐに、ゼロに近い電圧がオペアンプ DA2 の出力に現れ、トランジスタ VT1 が閉じ、クロックと電圧コンバータの電源が切られ、LED がオフになります。測定プロセスは完了します。スイッチ SA1 によって設定された変換係数を考慮して、クロックを読み取り、容量を決定することが残ります。測定の便宜上、時計はあらかじめ原点に設定されています。同じコンデンサを再測定するには、まず SB2 の「放電」ボタンを数十秒間押して放電する必要があります。数千マイクロファラッドを超える容量を持つイオニスタや酸化物コンデンサを放電するには、これを数回行う必要があります。

調整は、電圧コンバータの性能をチェックし、オペアンプのスイッチングしきい値を設定することから始まります。これを行うには、トランジスタVT1のコレクタとエミッタの端子をワイヤジャンパで一時的に短絡し、端子XS2とXS3を相互に接続し、調整可能な電源から1,5Vの電圧を供給します。スイッチ SA1 の位置を変更して電源電圧を 1,2 V に下げた場合、コンバータの出力電圧は数パーセントを超えて変化しないはずです。スイッチ位置SA1「100」では、2kオームの抵抗を有する可変(好ましくは多巻き)抵抗器が端子XS3、XS33に接続される。コンバータ出力電圧U_п 少なくとも小数点以下 2 桁の分解能を持つデジタル電圧計で測定されます。可変抵抗器は端子XS3、XS0,633に設定されます電圧U \uXNUMXd XNUMX U_п。次に、オペアンプの出力の電圧を制御することによって、構成抵抗器 R5 のエンジンが、その位置のわずかな変化がオペアンプのスイッチングにつながる位置に設定されます。したがって、オペアンプのバイアス電圧によるスイッチング誤差は補償されます。トランジスタのコレクタとエミッタと可変抵抗器の間のジャンパを取り外すと、プレフィックスが動作できるようになります。

コンソールは表面実装に抵抗とコンデンサを使用します。固定抵抗RN1-12およびコンデンサC1（K10-17v） - サイズ1206、トリミング抵抗 - PVZ3A（POZ3A）、PVA3A（RVG3A）、コンデンサC2 - タンタルサイズAまたはB。測定精度を向上させるために、抵抗R3およびR4は公称値からの偏差が0,5％以下になるように選択する必要があります。ベース電流伝達係数 (h_21E) 100 以上。 LED - ハウジングの直径が 3 または 5 mm の場合、緑または赤の輝度が増加します。インダクタは、CFL トランスから直径 6 mm の環状磁気回路上に巻かれており、PEV-6 7 ワイヤが 2 ～ 0,3 回巻かれています。スイッチ - 小型スライド式 PD9-1 (SPDT)、B3001、B3037、ボタン - セルフリターン付きの小型、クリップ XS2、XS3 - 「ワニ」。

イオニスタおよび大型コンデンサ用静電容量計
米。 3.PCB図面

イオニスタおよび大型コンデンサ用静電容量計
米。 4.要素のレイアウト

イオニスタおよび大型コンデンサ用静電容量計
米。 5. 装置の外観

ほとんどの部品は片面グラスファイバープリント基板上に配置されており、その図を図に示します。 3、および要素のレイアウト - 図。 4. ボタンはケースのトップカバーに固定されており、LED とスイッチスライド用の穴が開けられています。ケースの前後の壁に配線用の穴が開けられています。時計 - ネストを設置できる電子機械式時計。それらの改良は最小限で、「+」バッテリーからクロックチップまでのプリント導体を切断し、XS1ソケット（ステレオヘッドフォンを接続するためのジャック）を取り付ける必要があります。装置の外観を図に示します。 5.

著者: I. ネチャエフ

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