コンデンサ用の静電容量および ESR メーター - マルチメーターに付属。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無線電子工学と電気工学の百科事典 / 測定技術

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現在、ほぼすべてのアマチュア無線機がデジタル マルチメーターを持っていますが、すべてのモデルにコンデンサーの静電容量を測定する機能があるわけではありません。 無線機器を修理するときと、再利用されたコンデンサの適合性を評価するときの両方で、「疑わしい」コンデンサの静電容量と等価直列抵抗 (ESR) を測定することは非常に役立ちます。

メーターを開発する際の主な基準は、回路の単純さ、低コストと素子の入手可能性、セットアップの容易さ、小型サイズでした。 数時間で組み立てられる「週末ビルド」と言えるでしょう。

静電容量を測定するときのこのデバイスの動作は、既知の抵抗値の抵抗を介して未知の容量のコンデンサを特定の電圧まで充電するという原理に基づいており、このプロセスの時間はコンデンサの静電容量に直接比例します。

ESR 測定の原理は次のとおりです。放電したコンデンサは、抵抗値が既知の抵抗器を介して電圧源に接続されます。 次に、マイクロコントローラーは短い間隔で充電コンデンサの電圧を XNUMX 回測定し、その ESR を計算します。

静電容量が減少すると、ESR 測定の誤差が増加します。 したがって、コンデンサ容量が 2 µF 未満の場合、この測定はソフトウェアで無効になります。

主な技術的特徴

• 静電容量測定間隔、uF......0,02...10000
• 静電容量測定誤差、最大 % ......5
• EPS 測定間隔、Ω.......0.. 50
• EPS測定分解能、オーム……0,2
• ESR測定誤差、オーム....±0,45
• テストされたコンデンサの最大電圧、V ....... 5
• 消費電流、休止モードでの mA....5,5
• 測定モード時.....11

メーター回路は図のようになります。 1 このデバイスの基礎は PIC 12F683 (DD1) マイクロコントローラーであり、内部 RC 発振器からの 4 MHz のクロック周波数で動作します。 電源を入れると、マイクロコントローラーは静電容量測定モードに入り、I/O ポートの構成は次のようになります。 GP0 と GP4 は出力として機能し、それぞれ抵抗 R1 と R3 を介してコンデンサの充電を制御します。 GP1 はマイクロコントローラに組み込まれたコンパレータの反転入力であり、その非反転入力は内部基準電圧源に接続されており、これによりコンデンサの充電時間が計算される前の電圧しきい値が決まります。 GP3 - ESR測定モードに切り替えるためのSB1ボタンからの信号入力、GP5 - 静電容量サブレンジの表示を制御するための出力、そして最後にCCP1 - 平均電圧が測定パラメータに比例するPHI信号の出力。 PHI 信号の周期の計算値は 4096 μs です。

DC 電圧測定モードで 2 mV の制限でオンになったデジタル マルチメータのプローブは、出力ソケット X2000 および XXNUMX に接続されます。DC 電圧測定モードのすべてのデジタル マルチメータは、出力電圧のフィルタリングはありません。 ADC の入力にある、低いカットオフ周波数を持つローパス フィルター。

米。 1（クリックで拡大）

測定された静電容量のサブレンジは、緑色 LED HL1、HL2 と赤色 LED HL3、HL4 によって示されます。 1μF未満の静電容量測定時およびESR測定時はLEDが消灯し、1μF以上10μF未満の場合は赤色LEDのみ点灯します。 静電容量が µF より大きく 100 µF 未満の場合、すべてが焼損します。 静電容量が 100 μF 以上 1000 μF 未満の場合は緑色の LED のみが点灯し、最後に静電容量が 1000 μF 以上 10000 μF 以下の場合は赤と緑の LED が点滅します。 、マルチメーターディスプレイの最大値は「1000」、残りは「999」です。

測定された静電容量が 10000 µF より大きい場合、LED は交互に点滅した状態のままになり、マルチメーターのディスプレイには以下に説明するしきい値が表示されます。

測定されたコンデンサは抵抗 R1 および R2 を介して放電され、ポート GP1 も出力モードに切り替わります。 最後の測定サブ範囲では充電/放電サイクル間の合計時間は 10 秒に達しますが、他のサブ範囲ではそれより短くなります。

SB1 ボタンを押すと、デバイスは 5 秒間 ESR 測定モードになり、その後静電容量測定モードに戻ります。 ESR 測定モードでは、マイクロコントローラーの入出力ポートの構成は次のようになります。 GP0 と GP1 は、抵抗 R1 と R2 を介してコンデンサの充電を同期制御します。 GP4 - 内蔵アナログデジタルコンバータの入力。

GP5 と CCP1 は、静電容量測定モードと同じ機能を実行します。 ESR 測定中は LED は点灯せず、表示は 0,2 オームの分解能で 5 分の 25 オーム単位で表示されます。 これは、内蔵 ADC マイクロコントローラの分解能が約 50 mV であり、このモードでのコンデンサ充電電流が XNUMX mA であるためです。コンデンサの測定された ESR が XNUMX オームを超えると、マルチメータのディスプレイに次のように表示されます。閾値。

メーターは、コネクタ X9 に接続されたサイズ 6F22 の 1 V バッテリーによって電力を供給されます。 バッテリ電圧は、78 V の出力電圧で 05L1 (DA5) スタビライザ チップに供給されます。コンデンサ C1 と C2 により、その動作の安定性が保証されます。 可能であれば、78L05 チップの代わりに LP2950CZ-5.0 を使用することをお勧めします。これにより、消費電流が休止モードで 1,5 mA、測定モードで 7,5 mA に削減されます。 ダイオード VD1、VD2 とツェナー ダイオード VD3 は、充電されたコンデンサが接続されているときにマイクロコントローラの入出力ラインを故障から保護するために使用されます。 ツェナー ダイオード VD3 を選択するときは、5 V の電圧で 0,5 mA を超える電流が流れてはいけないことを考慮する必要があります。 たとえば、BZX55C5V6 を使用できます。 ダイオード VD1 および VD2 - たとえば、KD521、KD522 シリーズの任意のシリコン パルス。 ただし、最大許容パルス順電流が大きいため 1N4148 ダイオードが選択されており、バッテリーをコネクタ X4 に接続する際の極性が間違っていなければ、ダイオード VD1 をジャンパーに置き換えることができます。

このデバイスは単純であるため、このデバイス用のプリント基板は開発されておらず、26x40 mm のブレッドボード上に組み立てられています。 マイコンはパネル内に搭載されています。 プログラミングするときは、マイクロコントローラーのリセット イネーブルを無効にする必要があります。このピンは信号入力として使用されるため、「MCLR イネーブル」ボックスはチェックしないでください。 LED HL1 ～ HL4 - 5 ～ 6 mA の電流で顕著な明るさを備えたさまざまな発光色。著者のコピーでは、直径 3014 mm の DFL-3014RC および DFL-3LGC が使用されました。 必要な条件は、5 V 電源に接続したときに 8 つの直列接続された LED のチェーンが点灯しないことです。そのため、表示には 9 つのみが必要ですが、XNUMX つの LED が使用されます。 異なる色の LED の明るさが著しく異なる場合は、抵抗 RXNUMX と RXNUMX を選択することで均一化されます。

図。 2

コネクタ X1 は、サイズ 6F22 のバッテリーの接点ブロックです。 マルチメータを接続するためのソケット X2 および X2 は、コンピュータのマザーボードの電源コネクタから取得されます (図 2)。 プラスソケット X1 には特別な機能はありません。 電源スイッチSA3と組み合わされたマイナスソケットXZは、図に示すように自作の設計です。 3. 4 つのスプリング コンタクト ストリップのうちの 0,5 つを取り外し、辺が 0,6 ～ 1 mm の正方形のグラスファイバー製の絶縁パッドを近くに取り付けました。 直径 3 ～ 1 mm の曲げられたスプリング ワイヤーが取り付けられており、電源スイッチ SA2 の機能を実行します。 マルチメータのマイナスプローブがソケットXXNUMXに挿入されると、スプリングワイヤに触れ、その結果、メータのマイナス電源ワイヤ回路が閉じます。 もちろん、設計を繰り返す場合は、任意の小型工業用電源スイッチ SAXNUMX と XXNUMX などのマイナス ソケットを使用できます。

Pic.3

トリマー抵抗器 R7 - SPZ-19a または同様のミニチュア。 抵抗 R3 は、最大 15 μF までの測定容量範囲の充電電流を決定します。許容誤差を 1% として取るか、デジタル抵抗計を使用して選択することをお勧めします。 1 μF を超える静電容量の充電電流を決定する抵抗 R15 は、公称値 1 kOhm 5% から選択でき、その計算された抵抗値は 980 Ohms ですが、選択せずに 1 kOhm 1% に設定してもまったく問題ありません。このような静電容量は酸化物コンデンサでは一般的であり、5% の容量測定精度で十分であるためです。

機器の校正は XNUMX つの方法で行うことができます。

10000 つ目の方法は、合計容量が 7 μF を超える 1023 つまたは複数のコンデンサをメーターに接続し、トリマ抵抗 R62 を使用してマルチメーターのディスプレイ上のしきい値「100」を設定することです。 50 ～ 1000 オームの抵抗器と 1 ～ 5 μF のコンデンサの回路をメーター入力に接続し、SBXNUMX ボタンを押して、同様にディスプレイ上で同じしきい値を設定することもできます。 このモードではメーターが XNUMX 秒しかかからないため、この操作を数回繰り返す必要がある場合があります。

キャリブレーション誤差は、内部発振器の誤差と計算値からの抵抗 R3 ～ R1 の抵抗値の差で構成されるため、最悪の場合で約 3% になる可能性があります。マイクロコントローラ DD1 の内部 RC 発振器の周波数精度は宣言されています。メーカーによる誤差は、1°C の一定温度で ±25%、2 ～ 0°C の範囲で ±85% です。

4,7 番目の方法は、9 ～ 7 μF の範囲の既知の静電容量を持つフィルムまたはセラミック コンデンサをメーターに接続し、トリマ抵抗 R1 を使用してマルチメーター ディスプレイ上の静電容量の値を設定することです。 まず、このコンデンサの静電容量を標準デバイスを使用して 1023% 以下の精度で測定する必要があります。 この方法を使用して校正する場合、しきい値は「3」とはわずかに異なる場合があります。校正方法の選択は重要ではありません。さまざまな方法で校正されたデバイスのいくつかのコピーからの読み取り値の広がりは XNUMX% を超えませんでした。

もちろん、以前に放電したコンデンサのみをメーターに接続する必要があります。 酸化物コンデンサの静電容量を測定するときは、接続の極性に注意する必要があります。 測定クランプに手で触れると、測定値が歪みます。

マイクロコントローラ プログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip からダウンロードできます。

著者: ヴァニュシン ユウ

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