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無線電子工学および電気工学の百科事典 コンデンサー静電容量計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
このデバイスは、以前にジャーナル [1] で説明されたデバイスに基づいています。 このようなデバイスの多くとは異なり、基板からコンデンサを取り外さずにコンデンサの保守性と容量をチェックできるという点で興味深いです。 提案されたメーターは非常に使いやすく、十分な精度を備えています。 家庭用または産業用無線機器を修理する人なら誰でも、分解せずにコンデンサの保守性をチェックできると便利であることを知っています。 ただし、多くのコンデンサ容量計にはこの機能がありません。 確かに、同様の構造の 2 つが [XNUMX] で説明されています。 測定範囲が狭く、カウントダウンスケールが非線形であるため、精度が低下します。 新しいメーターを設計する際、実験用のメーターとして使用できるように、広範囲、リニアスケール、直接読み取り機能を備えたデバイスを作成するという問題が解決されました。 さらに、デバイスは診断機能を備えていなければなりません。つまり、半導体デバイスの pn 接合と抵抗器の抵抗によって分路されたコンデンサをテストできなければなりません。 装置の動作原理は次のとおりです。 三角電圧が微分器の入力に印加され、テスト対象のコンデンサが微分器として使用されます。 この場合、その出力は、このコンデンサの静電容量に比例した振幅を持つ方形波を生成します。 次に、検出器は蛇行の振幅値を選択し、測定ヘッドに定電圧を出力します。 デバイスのプローブの測定電圧の振幅は約 50 mV ですが、これは半導体デバイスの pn 接合を開くのに十分ではないため、分路効果はありません。 このデバイスには 10 つのスイッチがあります。 1 つの位置を持つリミット スイッチ「スケール」: 0,1 µF、0,01 µF、1000 µF、1000 µF、10 pF。 「Multiplier」スイッチ（X10、x1、x10、X000）は測定周波数を変更します。 したがって、このデバイスには 1000 μF から XNUMX pF までの XNUMX つの静電容量測定サブレンジがあり、ほとんどの場合、これで実質的に十分です。 三角波発振発生器は、オペアンプチップ DA1.1、DA1.2、DA1.4 に組み込まれています (図 1)。 そのうちの 1.1 つである DA1.2 はコンパレータ モードで動作し、積分器 DA4 の入力に供給される方形信号を生成します。 積分器は、矩形振動を三角振動に変換します。 発電機の周波数は要素 R1、C4 ～ C1.4 によって決まります。 ジェネレータのフィードバック回路には、自励発振モードを提供するオペアンプ DA1 をベースとしたインバータがあります。 スイッチ SA1 を使用して、測定周波数 (乗数) の 1000 つを設定できます: 10 Hz (X10)、10Hz (x10)、1 Hz (x1)、XNUMX kHz (XXNUMX)。
オペアンプ DA2.1 はボルテージフォロワで、その出力には振幅約 50 mV の三角信号があり、テスト対象のコンデンサ Cx を流れる測定電流を生成するために使用されます。 コンデンサの静電容量は基板内で測定されるため、基板上に残留電圧が存在する可能性があるため、メータへの損傷を防ぐために、1 つの逆並列ブリッジ ダイオード VDXNUMX がそのプローブに並列に接続されています。 オペアンプ DA2.2 は微分器として機能し、電流電圧コンバーターとして機能します。 出力電圧: Uout=(Rl2...R16) IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt. たとえば、100 Hz の周波数で 100 μF の静電容量を測定すると、Iin=Cx dU/dt=100-100MB/5MC = 2MA、Uout= R16 lBX= 1 kOhm mA= 2 V となります。 微分器の安定動作には要素 R11、C5 ～ C9 が必要です。 コンデンサは蛇行フロントの振動プロセスを排除するため、その振幅を正確に測定することができなくなります。 その結果、DA2.2 の出力は滑らかなエッジと測定された静電容量に比例した振幅を持つ蛇行を生成します。 抵抗 R11 は、プローブが短絡した場合、またはコンデンサが破損した場合にも入力電流を制限します。 メーターの入力回路では、次の不等式が満たされる必要があります。 (3...5)CxR1<1/(2f). この不等式が満たされない場合、周期の半分で電流 IBX が定常値に達せず、蛇行が対応する振幅に達せず、測定誤差が発生します。 たとえば、[1] に記載されているメーターでは、1000 Hz の周波数で 1 μF の静電容量を測定する場合、時定数は次のように決定されます。 Cx R25 \ u10d910uF-0,91オーム\uXNUMXdXNUMX秒。 発振周期の半分 T/2 はわずか 0,5 秒であるため、このスケールでは測定値が著しく非線形になります。 同期検出器は、電界効果トランジスタ VT1 のスイッチ、オペアンプ DA1.3 のキー制御ユニット、および蓄積コンデンサ C10 で構成されます。 オペアンプ DA1.2 は、振幅が設定されているとき、蛇行の正の半波中に VT1 をスイッチする制御信号を出力します。 コンデンサ C10 は、検出器によって生成された定電圧を蓄えます。 コンデンサ C10 から、静電容量 Cx の値に関する情報を運ぶ電圧が、リピータ DA2.3 を介してマイクロアンメータ RA1 に供給されます。 コンデンサC11、C12は平滑用です。 電圧は可変校正抵抗器 R22 から測定限界 2 V のデジタル電圧計に取り出されます。 電源 (図 2) はバイポーラ電圧 ±9 V を生成します。基準電圧は熱的に安定したツェナー ダイオード VD5、VD6 によって形成されます。 抵抗 R25、R26 は必要な出力電圧を設定します。 構造的には、電源はデバイスの測定部分と共通の回路基板上で結合されます。
このデバイスは、SPZ-22 タイプの可変抵抗器 (R21、R22、R25、R26) を使用します。 固定抵抗器 R12 - R16 - タイプ C2-36 または C2-14 (許容誤差は ±1%)。 抵抗 R16 は、選択したいくつかの抵抗を直列に接続することによって得られます。 抵抗器 R12 ～ R16 の抵抗値は他のタイプでも使用できますが、デジタル抵抗計 (マルチメーター) を使用して選択する必要があります。 残りの固定抵抗は、消費電力が 0,125 W の抵抗です。 コンデンサC10～K53-1A、コンデンサC11～C16～K50-16。 コンデンサC1、C2 - K73-17または他の金属フィルム、C3、C4 - KM-5、KM-6、またはM750より悪くないTKEを備えた他のセラミックも、1％以下の誤差で選択する必要があります。 残りのコンデンサは任意です。 スイッチ SA1、SA2 - P2G-3 5P2N。 設計では、文字インデックス A、B、V、Zh、I を持つ KP303 トランジスタ (VT1) を使用することが許可されています。トランジスタ VT2、VT3 電圧安定器は、対応する構造の他の低電力シリコン トランジスタで置き換えることができます。 K1401UD4 オペアンプの代わりに K1401UD2A を使用することもできますが、「1000 pF」制限では、R2.2 の入力電流 DA16 によって生成される微分器入力のバイアスによりエラーが発生する可能性があります。 電源トランス T1 の総電力は 1 W です。 12 つの XNUMX V 二次巻線を備えた変圧器を使用することはできますが、その場合は XNUMX つの整流器ブリッジが必要になります。 デバイスを構成およびデバッグするには、オシロスコープが必要です。 三角オシレーターの周波数をチェックするには、周波数メーターを用意しておくとよいでしょう。 モデルコンデンサも必要になります。 デバイスは、抵抗 R9、R9 を使用して電圧 +25 V および -26 V を設定することによって構成を開始します。 この後、三角波発生器の動作を確認します（図1のオシログラム2、3、4、3）。 周波数計をお持ちの場合は、スイッチ SA1 のさまざまな位置で発電機の周波数を測定します。 周波数が1 Hz、10 Hz、100 Hz、1 kHzの値と異なっていても許容されますが、さまざまなスケールでの機器の読み取り値の正確さがこれに依存するため、それらの間では正確に10倍異なる必要があります。 発生器の周波数が 1 の倍数ではない場合、コンデンサ C1 ～ C4 と並列に接続されたコンデンサを選択することで、必要な精度 (誤差 1%) が達成されます。 コンデンサ C4 ～ CXNUMX の静電容量が必要な精度で選択されている場合は、周波数を測定しなくても済みます。
次にオペアンプDA1.3の動作を確認します（オシログラム5、6）。 この後、測定リミットを「10 μF」に設定し、乗算器を「x1」の位置に設定し、容量 10 μF の標準コンデンサを接続します。 微分器の出力は長方形である必要がありますが、長く平滑化された前面を持ち、振幅が約 2 V で振動します (オシログラム 7)。 抵抗 R21 は機器の読み取り値を設定します。針はフルスケールまで振れます。 デジタル電圧計 (制限 2 V) がソケット XS3、XS4 に接続され、抵抗 R22 を使用して読み取り値を 1000 mV に設定します。 コンデンサ C1 ～ C4 と抵抗 R12 ～ R16 が正確に選択されている場合、機器の読み取り値は他のスケールの倍数になり、標準コンデンサを使用してチェックできます。 他の要素を備えた基板にはんだ付けされたコンデンサの静電容量の測定は、コンデンサが低抵抗の抵抗回路によって分流されている場合を除き、通常 0,1 ～ 10 uF の範囲内で非常に正確です。 等価抵抗は周波数 Xc = 000/ωС に依存するため、デバイスの他の要素のシャント効果を低減するには、測定周波数を上げて測定コンデンサの静電容量を下げる必要があります。 容量が 1 μF、10 μF、000 μF、1000 μF、周波数がそれぞれ 100 Hz、10 Hz、1 Hz、10 kHz のコンデンサを測定する場合、抵抗のシャント効果が読み取り値に影響します。抵抗が 100 オーム (約 1% の誤差) 以下の並列接続された抵抗を備えたデバイスの。 周波数 300 kHz で容量 4 および 0,1 μF のコンデンサを測定する場合、抵抗がそれぞれ 1 および 1 kOhm である並列接続された抵抗の影響により、4% の誤差が生じます。 0,01 μF および 1000 pF の制限では、測定電流が小さい (2 μA、200 nA) ため、シャント回路をオフにしてコンデンサをチェックすることをお勧めします。 ただし、小型コンデンサの信頼性は、その設計と許容電圧の高さにより著しく高いことを思い出してください。 たとえば、容量が 50 µF ～ 6 µF の酸化物誘電体 (K1-10 など) を備えた一部のコンデンサを 1 kHz の周波数で測定すると、明らかにコンデンサ自体のインダクタンスと損失に関連した誤差が表示されることがあります。誘電体で; 機器の測定値が低くなります。 したがって、より低い周波数(たとえば、この場合は100 Hzの周波数)で測定を実行することをお勧めしますが、この場合、並列抵抗の分流特性がすでに高い抵抗値で反映されています。 文学
著者: V. Vasiliev, Naberezhnye Chelny
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