Конденсатор как измерить: Измерение емкости | Fluke

Содержание

ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Сейчас практически каждый универсальный мультиметр имеет возможность измерения емкости конденсаторов. Это особенно полезно, когда имеем дело с конденсаторами, маркировка которых нечитаема или отсутствует. В этом случае достаточно измерения с точностью до нескольких процентов, потому что во-первых, сами конденсаторы не так точны, а во-вторых, для устройств этого хватает. Но иногда необходимо знать точное значение емкости конденсатора. Ведь прецизионные конденсаторы труднодоступны и довольно дороги. Поэтому просто берем упаковку одинаковых и подбираем подходящий. Так как точно измеряется емкость конденсатора? Есть несколько способов сделать это.

Метод 1: мост Вина

Это один из первых методов точного измерения емкости, изобретенный Максом Вином в 1891 году. С помощью моста Вина можно точно измерить как емкость, так и сопротивление. А после преобразования в мост Максвелла еще и индуктивность. Все аналоговые мосты RLC основаны на принципе этой схемы.

Вход Uwe подключен к генератору синусоидальной волны с фиксированной или регулируемой частотой. К Uwy подключен вольтметр. Rx и Cx — искомые сопротивление и емкость. R3 и C2 известны и постоянны. R2 и R4 — потенциометры, снабженные шкалами, с которых считываются значения Rx и Cx. Эти потенциометры регулируются до тех пор, пока мост не будет сбалансирован и вольтметр не покажет ноль. Тогда удовлетворяются две зависимости:

     

Точность измерения зависит от стабильности генератора питающего мост, и знания номинала резисторов и емкости C2. Используя известные значения Rx и Cx, его можно откалибровать.

Метод 2: измерение частоты LC-генератора

В схеме использован простой LC-генератор с компаратором. В резонансном контуре работают известная емкость и известная индуктивность. Дополнительная, подключаемая к реле, позволяет рассчитать точные значения L и C используемых компонентов. Во время измерения добавленная внешняя емкость или индуктивность изменяет частоту колебаний генератора и это изменение позволяет рассчитать измеренное значение.

Эта схема существует в нескольких вариантах, часто с использованием встроенных в микроконтроллер компараторов. Точность расчетов в исходной версии — 0,1%. Точность калибровки зависит от точности калибровочного конденсатора.

Метод 3: измерение ёмкости с помощью CTMU

CTMU или блок измерения времени зарядки — это модуль имеющийся во многих микроконтроллерах PIC, предназначенный в основном для управления клавиатурами и сенсорными интерфейсами. Модуль также позволяет точно измерять емкость, измеряя напряжение на тестируемом конденсаторе, питаемом от источника тока в течение определенного периода времени. В основе работы системы лежит формула заряда:

Поскольку нам известны ток I и время t, и можем измерить напряжение V, то чтоб вычислить значение C. Метод работы показан на рисунке ниже из документации к AN1375. Тут видно, как откалибровать и измерить емкость.

Предпосылками для точного измерения абсолютного значения емкости являются точная калибровка источника тока, относительно точный таймер микроконтроллера и хороший источник опорного сигнала для АЦП. Источник тока можно легко откалибровать — просто подсоедините внешний точный резистор и измерьте приложенное к нему напряжение. Кстати, прецизионные резисторы найти легче, чем прецизионные конденсаторы.

Но прямое измерение емкости имеет еще один недостаток — вся схема нагружена различными паразитными емкостями. Поэтому рекомендуется постоянно подключать конденсатор параллельно измерительному входу, проводить измерения и использовать это значение как «ноль».

Последовательность шагов:

  1. Сформировать и откалибровать источник тока, используя вход ANx и резистор.
  2. Переключение на вход ANy и разряд емкости контура.
  3. Таймер запускает текущую операцию источника, измеряет заданное время и останавливает источник. АЦП выполняет измерение.
  4. Подключается внешний конденсатор, шаги второй и третий повторяются.
  5. Если значение АЦП близко к нулю, повторим все измерение с более высоким током или более длительным временем. Когда значение близко к максимальному значению, время измерения сокращается.
  6. Результаты обоих измерений конвертируются в значения пикофарад.
  7. Результат первого измерения вычитается из результата второго, чтобы вычесть паразитные емкости схемы.
  8. Результат форматируется и отображается на дисплее.

Источник тока CTMU имеет четыре возможных значения: 0,55 мкА, 5,5 мкА, 55 мкА и 550 мкА и регулируется в диапазоне 0,341 мкА для основного диапазона с шагом 0,011 мкА. Для измерения большой емкости потребуется увеличенное время зарядки источника, но такой измеритель должен иметь приличную точность 0,1% и диапазон измерения от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. При измерении больших емкостей может потребоваться добавить внешний транзистор для разряда емкости, поскольку внутренний транзистор может не выдержать больших токов.

Метод 4: измерение ёмкости с помощью внешнего источника тока

Для этого метода требуются три PNP-транзистора, согласованные по Vbe и усилению, соединенные вместе для термостатики, и несколько резисторов с точностью 0,1%. Посмотрим на схему:

Резисторы R1-R3 и транзисторы Q1-Q3 образуют токовое зеркало. Резисторы R4 — R8 подключены к цифровым выходам микроконтроллера. Установив низкое состояние на одном из них, в то время как остальные находятся в состоянии высокого сопротивления, можно выбрать одно из пяти значений тока: 1 мкА, 10 мкА, 100 мкА, 1 мА и 10 мА. В свою очередь, установка низкого состояния на одном из выходов, подключенных к R9, R10 или R11, позволяет измерять ток, генерируемый источником, путем измерения напряжения на соответствующем резисторе.

Q4 и R12 используются для разряда емкости между измерениями. Измерение точно такое же, как и для метода CTMU. Подбираем зарядный ток, замеряем заданное время, останавливаем ток, измеряем напряжение на конденсаторе. При необходимости меняем время зарядки или ток зарядки.

Измерения этим методом ограничиваются только разрешающей способностью АЦП, стабильностью опорного напряжения и точностью резисторов. Подключив мультиметр вместо Cx, можно предварительно откалибровать все диапазоны. Большинство недорогих мультиметров имеют довольно точные диапазоны тока, хотя измерение напряжения на резисторах R9-R11 может быть более точным.

Метод 5: измерение ёмкости с помощью модуля CVD

Модуль CVD, емкостной делитель напряжения, можно найти в некоторых микроконтроллерах PIC. Это еще одна идея Microchip для создания сенсорных клавиатур, например в семействе PIC18FQ41.

Интересно, что измерение с помощью этого метода может выполняться без этого модуля, манипулируя битами конфигурации порта микроконтроллера и его модуля АЦП, соответственно.

Предположим, имеется конденсатор емкостью 1 нФ, заряженный напряжением 5 В. Подключим к нему второй конденсатор емкостью 1 нФ. Какое напряжение будет у обоих? Правильный ответ — 2,5 В. Теперь возьмем два других конденсатора: 10 нФ и 22 нФ. Первый заряжен на 5 В, второй замкнут на массу. Затем соединяем их обоих вместе. Какое будет напряжение? 1,5625 В. Теперь зарядим второй конденсатор до 5 В, разрядим первый и подключим два. Какое будет напряжение? 3,4375 В. Модуль CVD выполняет именно это измерение, при этом конденсатор выборки АЦП (плюс дополнительно подключенные емкости внутри микроконтроллера) действует как первый конденсатор, а все что подключено к выводу АЦП, на котором выполняется измерение, как конденсатор 2.

Модуль CVD сначала автоматически загружает внутреннюю емкость, подключает внешнюю емкость и измеряет ее, затем разряжает внутреннюю емкость, заряжает внешнюю емкость и выполняет второе измерение. Результаты автоматически вычитаются друг из друга, а полученное значение сравнивается с заданным пороговым значением — таким образом, модуль в основном используется для управления сенсорными кнопками, но вы также можете измерить значение присоединенной внешней емкости как изменение в дифференциальное напряжение. Но тут измерение будет менее точным, чем измерение CTMU.

Метод 6: измерение ёмкости RC-генератором

Этот метод частично относится к методу номер 2. Основа — RC-генератор, у которого значение R ровно 10 кОм. RC-генератор настроен на непрерывную работу и генерирует сигнал в диапазоне 1 / 3–2 / 3 напряжения питания. Схема всего прибора выглядит так:

Основа — PIC16F628 (A) с кварцем 16 МГц, что означает внутренний таймер имеет частоту 4 МГц. Во время измерения модуль Capture / Compare / PWM (CCP1) подсчитывает значения модуля Timer1 для каждого переднего фронта сигнала от компаратора. Программа подсчитывает и суммирует значения таймера и количество подсчитанных передних фронтов, пока не наберет значение более 2 миллионов отсчетов, то есть >0,5 секунды. Этот результат увеличивается в тысячу раз, а затем делится на количество измеренных наклонов. Результат преобразуется и отображается как значение емкости в пико-, нано- или микрофарадах: Диапазоны 0,00-18000,00 пФ; 18,000-999,000 нФ; 1,0000-50,0000 мкФ. Разрешение измерений намного выше, чем у других любительских решений. По тестам точность измерения лучше 0,2%. В схеме есть возможность сброса и режим относительного измерения для сравнения конденсаторов. Так что методов измерения ёмкости есть несколько — просто выбираем самый подходящий для своих целей и собираем С-метр.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА




МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS — новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.



SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.


В чём измеряется ёмкость конденсатора: как измерить

Конденсаторы являются важнейшими пассивными компонентами электрических цепей. Любая электрическая схема содержит в своем составе такие элементы различных типов и номиналов.

Что это такое

Конденсатор — электрический двухполюсник (элемент с двумя выводами) с постоянным или изменяемым значением емкости. Обладает бесконечно большим сопротивлением постоянному току.

Простейший конденсатор

Важно! Бесконечно большим сопротивлением обладает идеальный конденсатор. Реальные устройства имеют ток утечки, который необходимо учитывать.

Основное назначение устройства — накопление энергии электрического поля и заряда.

Несмотря на то, что конденсаторы являются самостоятельными элементами, емкостью обладают любые другие устройства, даже диод и транзистор.

Характеристики

Как элемент электрической цепи, конденсатор имеет такие параметры:

  • Электрическая емкость, которая характеризуется свойством накапливания электрического заряда.
  • Номинальное напряжение. Значение напряжения на обкладках, при котором элемент в течении срока службы сохраняет свои параметры.

При работе с электрическими цепями необходимо учитывать паразитные параметры, которые являются нежелательными:

  • Ток утечки, который появляется из-за несовершенства диэлектрика, качества изоляции обкладок.
  • Последовательное эквивалентное сопротивление, которое складывается из сопротивления выводов, сопротивление контакта вывод-обкладка, внутренних свойств диэлектрика.
  • Эквивалентная индуктивность, в которую входят индуктивность выводов и обкладок.
  • Тангенс угла диэлектрических потерь, характеризующий электрические потери в конденсаторе на высоких частотах.
  • Температурный коэффициент емкости, показывающий, как она меняется в зависимости от температуры.
  • Паразитный пьезоэффект, проявляющийся как генерация напряжения при физическом воздействии на диэлектрик (тряска, вибрация).
Эквивалентная схема

Устройство конденсатора

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. Емкость (способность накапливать электрический заряд) увеличивается с ростом площади пластин и с уменьшением толщины изолирующего слоя.

Параметры простейшей конструкции слишком малы. Для ее увеличения есть два пути:

  • Увеличение площади обкладок, что приводит к увеличению габаритов.
  • Уменьшение толщины диэлектрика, приводящее к снижению номинального рабочего напряжения из-за электрического пробоя.

Для того, чтобы избежать перечисленных проблем, разработаны специальные конструкции. Например, если сделать обкладки небольшой ширины и большой длины, их можно вместе с гибким диэлектриком свернуть в плотный цилиндр, получится цилиндрический конденсатор. Размещая пластины с диэлектриком попеременно, в виде слоеного пирога и чередуя подключение к выводам, получается прямоугольный компонент с большой эффективной площадью обкладок.

Разные типы конструкции

Еще один путь — использование в качестве диэлектрика тонкого оксидного слоя на поверхности металлической фольги и раствора проводящего электролита в качестве второй обкладки. Таким образом получается электролитический конденсатор, конструкция которого обладает самой большой емкостью.

Важно! Такие устройства имеют недостаток — соблюдение полярности подключения, что ограничивает их применение: оно возможно только в цепях постоянного тока в качестве сглаживающих фильтров.

В чем измеряется

Единицей емкости служит фарада. Но это очень большая величина и лишь некоторые специальные типы устройств имеют величину несколько фарад.

Обычно используются кратные величины:

  • Микрофарада — 10-6 фарады— мкФ, µF.
  • Нанофарада — 10-9 фарады— нФ, nF.
  • Пикофарада — 10-12 фарады— пФ, pF.

Довольно часто в устройствах встречается последовательное и параллельное соединение. Как определить емкость соединенных конденсаторов? Результирующее значение для таких соединений рассчитывается по-разному.

Параллельное и последовательное соединение

Параллельное соединение

При параллельном соединении емкости всех элементов суммируется. Номинальное рабочее напряжение равняется наименьшему из соединенных элементов

Последовательное соединение

В данном случае, чтобы узнать результирующую емкость, придется прибегнуть к расчетам.

Для двух элементов:

С = С1·С2/(С1+С2)

Для трех элементов:

С=(С1·С2+С1·С3+С2·С3)/(С1+С2+С3)

Напряжение равняется сумме напряжений на каждом элементе.

Важно! Напряжение на отдельных конденсаторах распределяется неравномерно, а пропорционально емкости.

Приборы для измерения емкости

Специальные приборы для измерения емкости используют различные принципы. Наиболее распространены такие:

  • Измерение реактивного сопротивления;
  • Измерение частоты резонанса колебательного контура.

Первый тип приборов наиболее распространен. Принцип их работы основан на том, что конденсатор обладает реактивным сопротивлением, обратно пропорциональным частоте приложенного напряжения. То есть, чем выше частота сигнала, тем меньше сопротивление. На клеммах прибора присутствует напряжение заданной величины и частота, а шкала уже откалибрована в единицах емкости, поэтому никаких вычислений производить не надо, за исключением учета положения входных переключателей.

Цифровые приборы для измерения емкости в эксплуатации еще проще. На цифровом индикаторе сразу показывается значение измеряемого параметра.

Цифровой измеритель

Для устройств второго типа используется явление резонанса — скачкообразное измерение параметров колебательного контура из соединенных конденсатора и катушки индуктивности.

Для определения емкости измеряемый элемент подключается к катушке индуктивности с точно определенными параметрами. Изменяя частоту сигнала, добиваются резонанса и отсчитывают в этот момент емкость конденсатора на шкале прибора.

Также как и первые, эти устройства могут быть аналоговыми или цифровыми.

Наиболее часто используются комбинированные измерительные устройства, которыми можно измерять дополнительно индуктивность и сопротивление — RLC-метры.

Измеритель RLC

Специальный измеритель может определять эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, ESR) и тангенс угла потерь.

Оценить емкость электролитического конденсатора можно, используя обычный мультиметр в режиме измерения сопротивления. Время заряда косвенно будет свидетельствовать о величине емкости (Чем больше величина, тем медленнее будут изменения показаний).

Как правильно измерять емкость

Как измерить ёмкость конденсатора, не имея специального оборудования? Нужно определить величину тока, протекающую через цепь с конденсатором и падение напряжения на нем. Значение измеряемого параметра вычисляют на основании формулы:

Xc = 1/2·π·f·C,

Где Хс — реактивное сопротивление конденсатора,

π — число пи, равное 3.14,

f — частота тока.

Из приведенной формулы можно найти значение емкости:

С = 1/2·π·f·Хс

Реактивное сопротивление Хс находят из показаний измерительных приборов:

Хс = U/I.

Самостоятельное измерение емкости конденсаторов при помощи простейших приборов достаточно трудоемкое и не дает необходимой точности. Лучшие результаты можно получить, используя специализированные измерительные устройства.

Как проверить конденсатор с помощью мультиметра

Устройства хранения напряжения, такие как конденсаторы используются в различных схемах, таких как компрессоры, системы отопления, электродвигатели вентилятора переменного тока и т. д. Они доступны в двух типах, например электролитический и неэлектролитический. Электролитический тип используется с вакуумной трубкой, а также с источниками питания транзистора, тогда как неэлектролитический тип используется для управления скачками постоянного тока. Электролитический тип может быть поврежден из-за короткого замыкания из-за разряда избыточного тока. Неэлектролитические типы чаще всего выходят из строя из-за утечки накопленного заряда. Существуют разные методы проверки конденсатора, поэтому в этой статье обсуждается обзор конденсатора и способы проверки конденсатора.



Что такое конденсатор?

Определение: Конденсатор — это один из видов электрических компонентов, используемых для хранения энергии в форме электрического заряда. Они используются в различных электрических и электронных схемах для выполнения различных функций. Зарядка конденсатора может производиться с помощью конденсатор в активной цепи. Как только он будет подключен, электрический заряд начнет проходить через конденсатор. Когда первичная обкладка конденсатора не удерживает электрический заряд, он возвращается обратно в цепь через вторичную обкладку. Этот процесс в конденсаторе известен как зарядка и разрядка.


Конденсатор



Как проверить конденсатор?

Есть разные виды электрические и электронные компоненты в наличии на рынке. Некоторые из них очень чувствительны к скачкам напряжения. Точно так же конденсатор также чувствителен к колебаниям напряжения, поэтому существует вероятность необратимого повреждения. Таким образом, чтобы преодолеть это, испытание конденсатора играет важную роль для проверки функциональности конденсатора.

Как измерить емкость?

Мультиметр используется для определения емкости через зарядный конденсатор с известным током для измерения результирующего напряжения, после чего можно рассчитать емкость. Здесь мы обсудили, как проверить конденсатор мультиметром.


Для этого возьмите цифровой мультиметр, чтобы убедиться, что питание схемы отключено. Например, в цепи переменного тока, если используется конденсатор, поместите мультиметр для расчета переменного напряжения. Точно так же, если в цепи постоянного тока используется конденсатор, поместите цифровой мультиметр для расчета постоянного напряжения.

Проверьте конденсатор один раз, если он протекает, имеет трещины или повреждения, замените конденсатор. Установите шкалу на символ емкости, который известен как режим измерения емкости. Этот символ часто имеет отметку на циферблате благодаря дополнительной функции. Обычно для изменения шкалы нажимают функциональную кнопку, чтобы включить измерение.

Для точного измерения следует отключить конденсатор от электрической цепи. Некоторые мультиметры поддерживают режим REL (относительный). Этот режим используется для отключения измерительных проводов от емкости при измерении значений низкой емкости. Когда мультиметр используется в относительном режиме для расчета емкости, измерительные провода должны быть разомкнуты и нажмите кнопку REL. Так что тест приводит к удалению остаточной емкости.

Закрепите клеммы конденсатора на измерительных выводах на несколько секунд, чтобы мультиметр мог выбрать правильный диапазон. Изучите отображаемое измерение на цифровом мультиметре. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, то мультиметр покажет значение емкости конденсатора.

Некоторые факторы, влияющие на емкость, включают следующее.

  • Срок службы конденсаторов меньше, и они часто вызывают неисправности
  • Конденсаторы могут быть повреждены из-за короткого замыкания
  • Когда конденсатор получает короткое замыкание, предохранитель или другие компоненты, используемые в цепи, могут быть повреждены.
  • Когда конденсатор открывается, компоненты в цепи не могут работать должным образом.
  • Значение емкости также может быть изменено из-за износа.

Методы испытаний конденсаторов

В большинстве случаев устранения неисправностей электрики и электроники при тестировании конденсатора может возникнуть множество проблем. Здесь конденсатор можно проверить с помощью аналоговых и цифровых мультиметров. Так что этот конденсатор можно проверить, в хорошем ли он состоянии или поврежден.

Проверить конденсатор

Значение емкости можно проверить с помощью цифрового мультиметра, используя такую ​​функцию, как измерение емкости. Как правило, для проверки конденсатора доступны различные типы методов, такие как аналоговый, цифровой, вольтметр, мультиметр с двумя режимами, такими как режим емкости, режим омметра и традиционный метод искрения. Эти методы играют важную роль при тестировании конденсатора, чтобы узнать, исправен ли конденсатор, открыт, неисправен, замкнут или неисправен.

Проверьте конденсатор с помощью аналогового мультиметра

Чтобы проверить конденсатор через AVO, например, ампер, напряжение, омметр, выполните следующие действия.

  • Убедитесь, что конденсатор полностью заряжен или разряжен.
  • Используйте ампер, напряжение, омметр.
  • Выбирайте аналоговый измеритель сопротивления и всегда выбирайте высокий диапазон сопротивления.
  • Подключите два провода счетчика к клеммам конденсатора.
  • Чтение и оценка по следующим результатам.
  • Короткий конденсатор покажет очень меньшее сопротивление
  • Открытый конденсатор не будет показывать отклонения на дисплее омметра.
  • Хороший конденсатор покажет низкое сопротивление после того, как оно медленно возрастет в направлении бесконечности. Итак, конденсатор в отличном состоянии.

Проверьте конденсатор с помощью цифрового мультиметра

Чтобы проверить конденсатор с помощью цифрового мультиметра, выполните следующие действия.

  • Убедитесь, что конденсатор заряжен / разряжен.
  • Найдите цифровой мультиметр на 1к.
  • Подключите выводы этого измерителя к клеммам конденсатора.
  • Этот счетчик будет отображать некоторые числа, запишите их.
  • После этого он вернется к открытой линии. Каждый раз он показывает один и тот же результат, поэтому мы можем сделать вывод, что конденсатор в хорошем состоянии.

Таким образом, все дело в обзор того, как проверить конденсатор . Этот метод в основном используется для проверки работы конденсатора. Мы знаем, что конденсатор используется для хранения электрического заряда. Он включает в себя две пластины, а именно анод и катод, где анод включает положительное напряжение, а катод включает отрицательное напряжение. В полярность конденсатора можно проверить, подав положительное напряжение на анодный вывод конденсатора. Точно так же отрицательное напряжение может быть приложено к катодному выводу конденсатора. Здесь более длинный вывод конденсатора является анодом, тогда как более короткий вывод известен как катод. Вот вам вопрос, какие бывают конденсаторы разных типов?

Конспект: Как проверить конденсатор мультиметром

0. Инструкцию на мультиметры 830, 830B, 830BZ, 831, 832, 838 скачать можно здесь: Multimetr-instrukcijа.rar

1. Проверка конденсаторов с помощью мультиметра  DT-838

   Цифровой мультиметр DT-838

2. Проверка неполярных конденсаторов. В неполярных конденсаторах, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух, сопротивление утечки бесконечно большое и если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром DT-838 , то прибор зафиксирует бесконечно большое сопротивление.

Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор, по сути, является обычным проводником.


2.1. На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:
 

Переключаем цифровой мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов измерения сопротивления. Для цифрового мультиметра  DT-838  это будет предел 2000k , то есть, 2 Мегаома.

Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора. При исправном конденсаторе прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки конденсатора более 2 Мегаом. Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора. Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, меньшее 2 Мегаом, то, скорее всего, конденсатор неисправен

Следует учесть, что держаться обеими руками выводов и щупов мультиметра при измерении нельзя. Так как в таком случае прибор зафиксирует сопротивление Вашего тела, а не сопротивление утечки конденсатора. Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Поэтому не стоит забывать о правилах при проведении измерения сопротивления.


3 Проверка полярных электролитических конденсаторов 
 

Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 килоОм. Для более качественных полярных конденсаторов это значение не менее 1 Мегаом. При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала разрядить конденсатор, замкнув выводы накоротко.

Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k . Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки конденсатора. При подключении в режиме омметра к выводам электролитического конденсатора, соблюдая полярность -плюс к плюсу, минус к минусу. Так как электролитические конденсаторы имеют довольно высокую емкость, то при проверке конденсатор начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти, и будет расти до тех пор, пока конденсатор не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности конденсатора. Стоит потренироваться, так как, лишь при определенной практике можно не ошибиться.

4. Совет из форума.

В. Можно ли с помощью обычного мультиметра  DT-838 измерить емкость конденсатора, или проверить, рабочий он или нет??

О. Измерить-нет, а проверить рабочий ли — да. Выбирается режим прозвона и тыкается в ножки. Далее слышится пик, щупы меняются местами, пик должен повториться. Слышно минимальный где-то 0,1мкФ, чем больше емкость, тем дольше звук.

5. Полезные ссылки


—  Мультиметр 838   
—  Мультиметр — универсальный прибор для измерений 
—  Как проверить конденсатор

Измерение емкости конденсаторов » Паятель.Ру


Измеритель сделан по простой схеме на двух микросхемах SN7413 и SN74121. Прибор предназначен для измерения емкости от 1,5пФ до 15мкФ. Переключателем S1 можно выбрать пределы измерения: 10 пФ, 100 пФ, 1000 пФ, 0,01 мкФ, 0,1 мкФ и 1 мкФ. Но это в том случае, когда S2 и S3 находятся в показанном на схеме положении.


Если S2 переключить в противоположное положение пределы увеличиваются в 3 раза, а если S3 переключить в противоположное показанному на схеме положение, пределы увеличиваются в 10 раз. Таким образом, теоретически можно измерить емкость до 30 мкФ, но практически не более 15 мкФ.
В микросхеме SN7413 есть два четырехвходовых элемента «И-НЕ» с эффектом триггера Шмитта.

Здесь используется только один элемент, на котором сделан мультивибратор, вырабатывающий запускающие импульсы. Частота импульсов зависит от положения S1.1 и сопротивления R1. Эти импульсы поступают на вход одно-вибратора на микросхеме SN74121.

Протяженность импульса зависит от емкости СХ и от сопротивления между выводом 11 D2 и плюсом питания. Изменяя это сопротивление переключателем S4 мы изменяем протяженность формируемого импульса в 10 раз.

Процесс измерения основан на инерционности стрелочного механизма микроамперметра. Эта механическая инерционность выполняет функции интегратора, преобразующего широту импульсов в угол отклонения стрелки прибора.

Точность измерения зависит от точности емкостей С1-С6, желательно использовать конденсаторы с точностью 1% и лучше, либо подобрать их измеряя емкости каким-то другим прибором. Желательно так же, чтобы оксидные конденсаторы обладали минимальным током утечки.

В схеме используется микроамперметр с током отклонения 50 мкА.

Конечно, можно применить и любой другой микроамперметр, с током от 50 до 200 мкА, но это повлечет за собой изменение пределов измерения, даже при условии подбора сопротивлений R4 и R5 соответственно применяемой измерительной головке.

Большинство деталей расположено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с односторонним расположением печатных дорожек.

Переключатели и измерительная головка, а так же, конденсаторы С1-С6 находятся за пределами печатной платы.

А конденсаторы С1-С6 монтируются непосредственно на выводах переключателя S1.

Питаться прибор должен от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 5V.

RC Постоянная времени

Измерение постоянной времени в RC-цепи

В этом лабораторном эксперименте мы измерим постоянную времени τ RC-цепи через три разных метода. На рисунке 1 мы нарисовали последовательную RC-цепь.


Рисунок 1 – Схема RC-цепи
Когда переключатель находится в положении 1, источник напряжения подает ток на резистор и конденсатор. Заряд откладывается на пластинах конденсатора. Вначале заряда на пластинах очень мало, однако с течением времени заряд пластины накапливаются и повышенное напряжение на конденсаторе уменьшит ток через цепь.Мы можем видеть это в следующем уравнении цикла:

V o + V r + V c = 0
или
V o — iR — q/C = 0

По мере того, как q становится больше, я должен уменьшаться, чтобы компенсировать это. С течением времени текущий в конечном итоге приблизится к нулю. При переводе переключателя в положение 2 аккумулятор вынимается из цепь, и заряд, накопленный в конденсаторе, течет через резистор. В этом случае уравнение:

iR + q/C = 0
или
dq/dt R + q/C = 0

Это дифференциальное уравнение первого порядка имеет решение в виде экспоненты:
q(t) = q o e (- t / τ)

Где τ = RC.Эта функция затухания представлена ​​на рисунке 2:


Рисунок 2 – Экспоненциальное затухание

Учитывая значения R и C в большинстве схем, очень трудно «наблюдать» за распадом. В этой лабораторной мы немного схитрим, подключим нашу RC-цепочку не к источнику напряжения. с переключателем, а к функциональному генератору, выдающему прямоугольную волну. Это будет действовать как «включение» и «выключение» подачи напряжения сотни или тысячи раз в секунду. Затем мы можем наблюдать напряжение на схему на осциллографе и оттуда измерьте τ.

Процедура:
С помощью осциллографа измерьте прямоугольный сигнал на выходе функционального генератора. Установить размах напряжения не менее десяти вольт и положение сигнала на экране осциллографа таким образом, чтобы было легко измерить напряжение. При этом также убедитесь, что измеряемый период на вашем осциллографе — это то, что вы ожидаете от частоты генератора функций. А распространенной ошибкой в ​​этой лабораторной работе является использование некалиброванной шкалы времени.

На макетной плате последовательно подключите конденсатор и резистор.Выберите пару с RC 10 -4 секунд или меньше. Обратите внимание, однако, что если вы выберете конденсатор с очень маленькой емкостью, то емкость остальная часть схемы будет доминировать в вашем измерении τ. Если ваши результаты для метода номер №1 категорически не согласен с методами №2 и №3, значит вы проигнорировали предупреждение о выборе очень маленького емкость.

Метод № 1
Первый способ измерения τ — считывание R и C непосредственно с компонентов. самих себя.Поскольку конденсаторы обычно имеют погрешность ± 20 %, какова погрешность, связанная с этим измерением?

Метод №2
Подключите осциллограф для измерения напряжения на конденсаторе. См. рис. 3. Обратите внимание, что конденсатор должен подключаться к земле, а не к резистору. Подумайте об этой детали, когда будете делать замеры. если ты измерьте неправильно, вы можете заземлить обе стороны конденсатора, фактически удалив его из цепи.


Рисунок 3 – Фотография RC-цепи

На прицеле проверьте напряжение на конденсаторе.Это должно выглядеть примерно так, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что возможно, вам придется настроить запуск на вашем осциллографе .


Рис. 4. Вверху: диаграмма зависимости напряжения Внизу: напряжение на конденсаторе на осциллографе


Увеличьте период функционального генератора, чтобы казалось, что конденсатор полностью разрядка. «Взорвать» этот участок графика, изменив шкалу времени, таким образом можно осмотрите его внимательнее. См. рис. 5.
Рисунок 5 – «Увеличение» затухающей части сигнала

Наш второй метод измерения постоянной времени будет измерением «одной точки». Поскольку е -1 = 0,368, возьмите разницу между самым высоким и самым низким напряжением, умножьте это на 0,368 и прибавьте к самому низкому Напряжение. Это будет напряжением на конденсаторе через один τ. Найдите этот уровень напряжения на экране и измерьте, сколько времени потребовалось для напряжение на конденсаторе падает до этого значения.Поскольку напряжение соответствует одному τ затуханию, оно равно прямое измерение τ. Не забудьте включить оценку погрешности в свой блокнот. Оцените ошибку таким же образом Вы бы оценили погрешность измерения при использовании линейки.

Метод №3
Последний способ измерения τ заключается в сборе данных во многих точках. Воспользуйтесь тем, что у нас есть цифровые осциллографы, сохраняя данные на карту памяти USB и импортируя данные в Excel. Если вы затем рассчитаете столбец, который представляет собой натуральный логарифм (ln) вашего напряжения, вы можете изобразить эти данные по времени и получить оценку для τ (фактически, -1/τ).Используйте компьютеры в лаборатории, чтобы получить наклон и ошибка на склоне. Имейте в виду, что некоторые из ваших данных более ценны, чем другие, и удалите точки, которые будут отклоняться от вашей кривой (подумайте об относительной ошибке некоторых баллы по сравнению с другими).

В своем заключении обсудите RC-цепь, сравните ваши значения τ с их неопределенностями и включите свои мысли о лучший способ измерить т. Обратите внимание, что ваш вывод должен быть прилично длиннее, чем те, которые вы написали, поэтому далеко для этого класса, и что, если ваше обсуждение не включает комментариев по поводу неопределенностей в вашем измерения, оно не будет считаться завершенным.

Как измерять электролитические конденсаторы

Часто используются электролитические конденсаторы, поскольку они обеспечивают относительно большие значения емкости в физически маленьком корпусе. Компактная упаковка возможна, потому что они используют тонкий диэлектрический слой в сочетании с процессом травления или спекания, который значительно увеличивает площадь пластин и связанную с ними емкость.

Большинство конденсаторов имеют две проводящие пластины, разделенные диэлектрическим слоем.(Редко конденсаторы состоят из трех и более пластин, а также существует такое понятие, как собственная емкость.) Емкость является неотъемлемым свойством устройства, электронного оборудования или системы связи или распределения электроэнергии. Емкость обычно не меняется, за исключением варактора, переменного конденсатора или вследствие старения или отказа компонентов. В частности, в отличие от емкостного реактивного сопротивления, которое зависит от частоты, емкость постоянна независимо от электрического окружения.

Конденсаторы изготавливаются с соответствующими допусками и имеют маркировку или цветовую кодировку с указанием емкости и рабочего напряжения. Однако поучительно взглянуть на уравнение:

C = ε r ε 0 A/d

, где С — емкость, в фарадах; А — площадь нахлеста двух плит в квадратных метрах; ε r — диэлектрическая проницаемость материала между пластинами, безразмерная; ε 0 – электрическая постоянная, фарад/метр; d — расстояние между пластинами в метрах.

Как видите, определяющими показателями являются площадь пластины, расстояние между пластинами и диэлектрическая проницаемость материала, образующего диэлектрический слой между пластинами. Этот материал является не просто изолятором, предохраняющим пластины от короткого замыкания. Кроме того, он поддерживает близкое расстояние между пластинами, а также является средой, удерживающей электрический заряд, который является сущностью емкости.

Конструкция алюминиевого электролитического конденсатора с нетвердым электролитом, как описано в Википедии.

Электролитический конденсатор сложнее других типов. Внутренняя пластина и специальная диэлектрическая структура делают возможной гораздо более высокую емкость в относительно небольшом корпусе. Вместо простого расположения двух параллельных пластин и диэлектрической полосы, обернутой для образования цилиндра, снабженного осевыми выводами, электролит не имеет диэлектрического слоя до тех пор, пока не будет приложено формирующее напряжение, после чего он создается в электрохимическом процессе. Этот диэлектрический слой намного тоньше, чем это возможно при использовании традиционных технологий производства, что позволяет использовать емкости в диапазоне микрофарад.

Электролитические конденсаторы существуют во многих вариантах, в основном алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические. Каждый из них доступен либо в твердой, либо в нетвердой конфигурации. Нетвердый тип используется почти исключительно в невоенных целях из-за его умеренной стоимости.

В обычных алюминиевых электролитических конденсаторах в качестве анода используется протравленная алюминиевая фольга. Образующийся диэлектрический слой представляет собой оксид алюминия. Целью травления является создание шероховатой поверхности с большей площадью поверхности, что приводит к большей площади пластины и, следовательно, к более высокой емкости.Как правило, путь к большей емкости электролитического конденсатора двоякий: большая площадь пластины, создаваемая спеканием или травлением, и более тонкий диэлектрический слой.

Отличительными качествами танталовых конденсаторов являются их малые размеры и вес в сочетании с исключительно высокой емкостью. Как и другие электролиты, танталовый конденсатор производится путем приложения формирующего напряжения к аноду. Твердоэлектролитные танталовые конденсаторы появились в 1950-х годах, когда транзисторы стали доминировать практически во всем электронном оборудовании.Танталовый конденсатор хорошо подходил для этих приложений из-за его небольшого размера и высокой емкости, но проблема возникла, когда цены на металлический тантал резко возросли в 2000 году. Промышленность отреагировала на это разработкой ниобиевого электролитического конденсатора, в котором использовался электролит из диоксида марганца.

Япония в 1980-х годах была ареной важных разработок в области нетвердых электролитических конденсаторов, внедрения электролита на водной основе для алюминиевых электролитических конденсаторов. Это усовершенствование позволило использовать более проводящий электролит.К сожалению, рынок наводнили некачественные пиратские устройства, и было много случаев взрыва конденсаторов блока питания в компьютерах и других устройствах.

Большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными устройствами, что означает, что они не допустят обратной полярности. Анодное напряжение должно быть положительным по отношению к катоду. Твердотельные танталовые конденсаторы могут выдерживать обратную поляризацию в течение короткого времени, но только при небольшом проценте от полного номинального напряжения.

Некоторые электролитические конденсаторы предназначены для биполярной работы.Эти конденсаторы состоят из двух анодных пластин, соединенных в обратной полярности. В последовательных частях цикла переменного тока один оксид действует как блокирующий диэлектрик. Это предотвращает разрушение противоположного электролита обратным током.

Одним из особых свойств электролитического конденсатора является то, что электролит служит также и катодом. Этот электролит плотно прилегает к шероховатой поверхности анода. Он отделен только чрезвычайно тонким диэлектрическим слоем, что объясняет высокую емкость в относительно небольшом корпусе.

Следует подчеркнуть, что при работе с электронным оборудованием, содержащим один или несколько электролитических конденсаторов, необходимо позаботиться о том, чтобы должным образом разрядить устройство (устройства), прежде чем прикасаться к какой-либо части схемы. Это связано с тем, что электролитические конденсаторы часто сохраняют потенциально смертельное напряжение еще долгое время после отключения оборудования. Шунтирование устройства с помощью отвертки не рекомендуется по целому ряду причин, включая тот факт, что внезапный сильноточный разряд может пробить диэлектрический слой и разрушить компонент.

Предпочтительным методом разрядки является использование мощного резистора с низким сопротивлением, снабженного изолированными зажимами типа «крокодил». При выполнении такой работы рекомендуется надевать высоковольтные перчатки коммунальных служб (доступны на Amazon.com примерно за 40 долларов США) в качестве дополнительной защиты.

Электролитические конденсаторы хорошо работают, когда требуется высокая емкость и рабочее напряжение на уровне сети. Они часто находят применение в цепях питания, а когда блок питания выходит из строя, то обычно виноват электролитический конденсатор.К счастью, электролитические крышки легко диагностировать. Всякий раз, когда видно, что электролитический конденсатор протекает или вздувается, отказ неизбежен, если он еще не произошел.

Электролитические конденсаторы могут выйти из строя одним из двух основных способов: обрывом или коротким замыканием. В электролите, который не открылся, емкость уменьшается до небольшого значения из-за высыхания электролита. Короткое замыкание электролита приведет к перегоранию предохранителя источника питания, если он есть в оборудовании.

Кроме того, электролитические конденсаторы печально известны тем, что со временем у них появляется последовательное сопротивление, особенно при длительной работе при высокой температуре.Это сопротивление называется ESR для эффективного последовательного сопротивления. Трудно проверить высокое СОЭ с помощью простого оборудования. В блоке питания высокое ESR будет проявляться в виде больших пульсаций, хотя конденсатор будет хорошо тестироваться на простом оборудовании.

Существует два основных способа проверки конденсаторов: с помощью измерителя LCR или с помощью цифрового вольтметра.

Многие измерители LCR применяют выход источника сигнала через резистор источника к неизвестному устройству Z X и резистору диапазона R r .Усилитель заставляет тот же ток, который протекает через неизвестное устройство, течь через R r , приводя к 0 В на соединении неизвестного устройства и R r . Напряжения V 1 и V 2 через
устройства и через R r R соответственно подключены к селекторному переключателю. Выход коммутатора подключен к дифференциальному усилителю. Действительные и мнимые составляющие сигналов напряжения и тока получаются путем умножения
этих напряжений на прямоугольную волну, когерентную стимулу (в фазовом детекторе).Это дает выходной сигнал, пропорциональный
синфазной или квадратурной составляющей напряжения. Выход поступает на аналого-цифровой преобразователь с двойным наклоном, который считывает микроконтроллер. Комплексное отношение напряжения к току равно комплексному импедансу
. Другие параметры, такие как L и C, математически выводятся из скорректированного значения импеданса
.

Измеритель LCR подает на конденсатор синусоидальное возбуждение некоторой выбираемой частоты, затем измеряет напряжение на конденсаторе и ток через него.Из них можно рассчитать емкость. Настольные измерители LCR могут иметь специальные настройки, такие как постоянное напряжение смещения, постоянный ток смещения и возможность свипирования частоты, на которой проводятся измерения. Электролитические крышки необходимо тестировать с частотой, с которой они будут работать в конечном приложении. Это связано с тем, что их емкость несколько зависит от частоты. Общие частоты измерения LCR: 50/60 Гц, 120 Гц, 1 кГц, 100 кГц и 1 МГц. Большинство измерителей LCR сегодня используют тестовый сигнал переменного тока в диапазоне частот от 10 Гц до 2 МГц.

Измерители

LCR также могут быть настроены на применение различных уровней сигнала к тестируемой крышке. Это полезно, потому что электролитические конденсаторы следует тестировать при напряжении, которое они увидят в реальных условиях. В связи с тем, что электролиты часто находят применение в цепях электропитания, приложенное напряжение может составлять порядка сотен вольт.

DVM

можно использовать для проверки электролитических крышек, если измеритель LCR недоступен. Некоторые модели DM имеют настройку для измерения емкости. При настройке измерения емкости цифровой вольтметр использует концепцию постоянной времени RC для измерения емкости.Измеритель подает известный ток через известное сопротивление на конденсатор и измеряет, сколько времени требуется нарастанию напряжения на конденсаторе. Затем счетчик вычисляет C из соотношения постоянных времени.

Однако следует отметить, что измерение емкости DVM происходит на одной частоте, которая не обязательно является частотой, на которой крышка будет работать. И измерение емкости DVM не будет происходить при относительно высоких напряжениях, которые обычно воспринимают электролитические конденсаторы.

Также можно проверить электролитические крышки с помощью цифрового вольтметра, в котором отсутствует настройка измерения емкости. В этой процедуре используется тот же расчет постоянной времени RC для вычисления емкости, что и в счетчиках, содержащих настройку емкости. Отличие в том, что оператор производит измерение, а расчет делает вручную.

Одно из преимуществ ручного тестирования конденсаторов таким образом заключается в том, что измерение можно настроить на высокое напряжение, которое крышка увидит в реальной жизни.Но будьте осторожны: во время высоковольтных испытаний оператор находится рядом с высоковольтным источником питания и его выходными клеммами. Поэтому необходима осторожность.

Входное сопротивление DVM обычно находится в диапазоне 10 МОм. Для тестирования конденсаторов лучше всего использовать регулируемый источник питания. Если он установлен на 400 В, DVM будет настроен на диапазон 500 В. (Напомним, что сопротивление цифрового вольтметра изменяется в зависимости от положения переключателя диапазонов. Измерительный прибор всегда должен быть установлен на диапазон, превышающий напряжение источника питания, поэтому, если конденсатор закорочен, измеритель не будет поврежден.)

Проверяемый конденсатор подключается от положительного вывода источника питания к положительному выводу цифрового мультиметра (соблюдайте полярность, указанную на крышке). Минусовые клеммы питания и DVM соединяются напрямую друг с другом. Затем подключите резистор 220 кОм мощностью 2 Вт параллельно измерителю, установив измеритель на соответствующий диапазон, как описано выше. Включите питание. Счетчик покажет высокое напряжение в течение короткого времени, но показание быстро снизится до нуля.

Время возврата к нулю составляет около восьми постоянных времени.Одна постоянная времени в секундах равна R в омах, умноженных на C в фарадах. Если вы используете измеритель с входным сопротивлением 10 МОм и тестируете конденсатор 0,1 мкФ, постоянная времени составляет одну секунду. Если конденсатор исправен, счетчик должен показать ноль через восемь секунд.

Если вы тестируете электролитический конденсатор, рассчитайте постоянную времени, умножив 220 кОм на емкость в фарадах.

Если крышка полностью закорочена, прибор считывает выходное напряжение источника питания и остается на этом уровне.Более вероятным исходом является то, что крышка негерметична. В этом случае счетчик будет подниматься вверх и падать, но не до нуля. При использовании измерителя на 10 МОм ток утечки в микроамперах определяется как I = V/10.

Если счетчик не показывает высокий пик, это означает, что либо конденсатор открыт, либо емкость слишком мала, чтобы вызвать заметный пик. Конденсаторы в диапазоне от 0,01 до 0,0025 мкФ являются примерно наименьшими, которые дадут всплеск в зависимости от скорости отклика измерителя.

Если в этом режиме тестирования конденсатор кажется немного теплым, он теплый снаружи и горячий внутри.Нагрев происходит из-за тока утечки конденсатора. Если ток утечки достаточен для нагрева конденсатора в этих условиях, вероятно, повреждена крышка. Лучше не использовать конденсатор с такой величиной утечки.

Огромные неполяризованные алюминиевые электролитические конденсаторы с металлической пленкой используются для коррекции коэффициента мощности, когда ток отстает от напряжения из-за распространения нелинейных нагрузок. Поскольку нагрузки обычно включаются и выключаются по мере необходимости, коэффициент мощности часто меняется.Это особенно актуально для крупного объекта, где имеется множество мощных асинхронных двигателей, большое количество мощных флуоресцентных ламп и обширная обработка данных. В этом заключается смысл автоматической коррекции коэффициента мощности. Он состоит из батареи конденсаторов, которые могут переключаться по отдельности с помощью контакторов. Регулятор контролирует как коэффициент мощности, так и общую подключенную нагрузку и подключает конденсаторы по мере необходимости, чтобы поддерживать коэффициент мощности выше заданного уровня.

Другим применением электролитических конденсаторов является сглаживание входных и выходных сигналов, если интересующая форма волны представляет собой сильный сигнал постоянного тока со слабой составляющей переменного тока.Но следует подчеркнуть, что некоторые электролитические конденсаторы не подходят для высокочастотных цепей из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, известном как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).
Электролитические конденсаторы также широко используются в качестве фильтров в высококачественном звуковом оборудовании для уменьшения 60-герцового шума от электросети.

Интересной характеристикой электролитических конденсаторов является то, что они могут иметь ограниченный срок годности, часто всего несколько месяцев.Если оставить его вне цепи, оксидный слой ухудшится. Хорошая новость заключается в том, что его можно омолодить, подав на конденсатор постоянное, медленно возрастающее напряжение постоянного тока.

Измерение утечки конденсатора — роботизированная комната

Конденсаторы странные.

Я представил себе несколько электронных проектов, которые будут заряжать конденсатор в дневное время с помощью солнечной панели, а затем потреблять эту энергию, чтобы не спать ночью. По какой-то причине прототипы проекта отключились раньше, чем предсказывала формула потребления конденсатора.

В современных цифровых схемах большинство конденсаторов используются для сглаживания напряжения питания и уменьшения шума схемы. Когда конденсаторы используются для широтно-импульсной модуляции или генерации частоты, они обычно имеют переменный резистор или кристалл для установки времени. Когда конденсаторы используются для подавления дребезга переключателя или удержания транзистора в открытом состоянии, точное время удержания часто не имеет решающего значения. Так что до сих пор мне не нужно было разбираться в саморазряде конденсатора.

Если вам не нужно долговременное хранение энергии или если вы не профессиональный инженер-электрик, многие необычные особенности реальных конденсаторов вас не коснутся. Тем не менее, вам определенно стоит прочитать эту статью, если вы строите солнечного робота для соревнований, используете старые или бывшие в употреблении конденсаторы, или если вы пытаетесь разрядить конденсатор дольше минуты.

  • Некоторые конденсаторы волшебным образом увеличивают напряжение после разрядки до 0 вольт.Невозможный? Что это за колдовство?

Удивительно, но большая часть этой статьи посвящена трудности измерения разряда, не вызывая разряда.

Формула идеальной требуемой емкости

Чтобы рассчитать идеальную емкость, которая обеспечит достаточную мощность в течение определенного периода времени, вам необходимо знать сток цепи, полностью заряженное напряжение, минимально допустимое напряжение и время.

Например, допустим, я хочу, чтобы конденсатор питал красный светодиод (1.9 В) в течение десяти минут (600 секунд). Предположим, у меня есть резистор (350 Ом), который ограничивает потребление тока в цепи в среднем до 1 мА, когда конденсатор полностью заряжен при напряжении 2,5 В, пока он не разрядится до 2,0 В.

емкость в фарадах = потребляемый ток в амперах / ((начальное напряжение - конечное напряжение) / время в секундах)
емкость в фарадах = 0,001 А/((2,5 В - 2,0 В)/600 с)
емкость в фарадах = 0,001 А/(0,5 В/600 с)
емкость в фарадах = 0.001 А / 0,00083333333333333 В/с
емкость в фарадах = 1,2 Ф

Вот это да. Фарад — довольно большая емкость конденсатора. Большинство из нас привыкло к значениям в диапазоне микрофарад (0,000001 F). Если вам нужно значение в диапазоне фарад, это работа для ультраконденсатора.

В зависимости от возраста и качества выбранного вами конденсатора, напряжение упадет ниже минимального рабочего напряжения вашей схемы гораздо раньше, чем это предсказывает эта формула.Почему?

Как и все другие электронные компоненты, конденсаторы должны быть как можно меньше. Компромисс заключается в том, что изоляционный материал между слоями должен быть очень тонким, что снижает электрическую устойчивость. Пониженное сопротивление изоляции в сочетании с небольшими дефектами позволяет электрическому току медленно просачиваться.

Схематический символ конденсатора с резисторами для обозначения утечки между пластинами.

Неизвестный фактор в приведенной выше формуле — это то, как быстро конденсатор разрядится сам по себе, даже если он не подключен к цепи. Для примера схемы нам нужно включить количество тока, протекающего через конденсатор, а не только через светодиод, чтобы выбрать значение, которое будет длиться достаточно долго.

Измерение утечки конденсатора

Во всех моих тестах по измерению утечки конденсатора напряжение никогда не превышало номинальное значение, указанное производителем, и питание не подавалось с обратной полярностью (+-).Также тестирование происходит при комнатной температуре.

Для начала конденсатор заряжается до определенного напряжения с помощью схемы настольного блока питания или регулятора напряжения. Затем конденсатор отключают от питания и измеряют напряжение во времени.

Чтобы избежать внешнего стока, конденсатор не устанавливается ни в схему, ни на макетную плату. Конденсатор просто лежит на деревянном столе, соединенном с измерительным прибором с помощью зажимов типа «крокодил».

Неправильный способ измерения утечки конденсатора

Самый очевидный метод измерения напряжения — это наш удобный мультиметр. Попробуйте сами. Вы будете подозревать, что каждый конденсатор, которым вы владеете, ужасен!

Вот результаты измерения свежего современного многослойного керамического конденсатора емкостью 1 мкФ.

Измерение саморазряда конденсатора емкостью 1 мкФ с помощью мультиметра (красная линия) или специальной микросхемы (синяя линия).

Красная линия — падение напряжения (потеря мощности) при измерении автономного конденсатора мультиметром . Он почти полностью осушается всего за минуту.

Оказывается, мультиметр вызывает падение напряжения. Видите ли, мультиметры предназначены для гибкости, широкого диапазона, низкой стоимости и точности, а не для низкого потребления тока. Схема измерителя разряжает конденсатор.

Вы можете убедиться в этом сами, сначала измерив напряжение постоянно подключенным измерителем.Затем отключите счетчик, зарядите конденсатор, подождите пару минут, а затем подключите счетчик. Хотя напряжение сразу же начнет падать при подключении счетчика, вы заметите, что через пару минут после того, как его оставили в покое, напряжение стало намного выше, чем при постоянном подключении счетчика.

Лучший способ измерения утечки конденсатора

Чтобы уменьшить влияние измерительного устройства на конденсатор, вам нужно что-то с высокоимпедансным входом.Термин «высокий импеданс» означает, что что-то имеет высокое сопротивление, низкую емкость и низкую индуктивность. Другими словами, вход мало влияет на то, к чему он подключен.

Осциллографы обычно имеют входы с высоким импедансом. Другой популярный вариант — использование КМОП-усилителя для буферизации входного сигнала. В моем случае я использовал Microchip MCP6S22 из моего проекта Minifigure Multimeter. MCP6S22 имеет входное сопротивление 10 13 или 10 000 000 000 000 Ом.

Посмотрите на предыдущий график и обратите внимание на почти плоскую синюю линию вверху. Это тот же конденсатор, измеренный с помощью микросхемы MCP6S22. Сравнение красной и синей линий ясно показывает, что стандартный мультиметр не может напрямую измерить напряжение конденсатора, чтобы определить скорость саморазряда.

Ниже приведен еще один пример с гораздо большим конденсатором емкостью 220 мкФ. В данном случае я протестировал свежий современный алюминиевый электролитический конденсатор.

Измерение саморазряда конденсатора 220 мкФ.

Кривая аналогична предыдущему графику, но ось x в 135 раз длиннее, так как она выражена в минутах, а не в секундах. Конденсатор большего размера содержал достаточную мощность, чтобы сток мультиметра, условно говоря, имел меньшее влияние. И все же счетчик разряжает конденсатор намного быстрее, чем внутренние утечки. Таким образом, попытка непрерывного измерения саморазряда даже конденсатора большой емкости с помощью мультиметра приведет к неточным результатам.

Теоретически можно провести быстрое измерение, отключить измеритель, немного подождать, снова подключиться, выполнить еще одно измерение и так далее. Это по-прежнему будет приводить к некоторой неточности, но может быть приемлемым, если у вас нет доступа к высокоимпедансному измерительному устройству.

Все еще неточное

К сожалению, скоро мы обнаружим, что даже чипа с входным сопротивлением 10 триллионов Ом недостаточно для точного измерения утечки конденсатора.


Как измерить емкость керамических конденсаторов? Уголок вопросов и ответов

Как измерить емкость керамических конденсаторов?

Емкость керамических конденсаторов измеряется с помощью измерительные приборы, такие как измеритель LCR (принцип измерения см. ниже). и анализатор импеданса.

В нашей компании номинальная емкость керамических конденсаторов измеряется при следующих условиях.
(Условия измерения также описаны на странице данных о надежности в каталоге. Каталоги здесь.)

*1 На рисунках указаны типичные характеристики. Подробно ознакомьтесь с индивидуальными спецификациями.
*2 Термическая обработка: начальное значение должно быть измерено после термической обработки образца при 150+0/-10℃ в течение часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 24±2 часов.
  Класс 1 Класс 2
Стандартный Высокочастотный тип С ≤ 10 мкФ С > 10 мкФ
Предварительное кондиционирование Нет Термическая обработка (при 150℃ в течение 1 часа) (*2)
Частота измерения 1МГц±10% 1 кГц ± 10% 120±10 Гц
Измерение напряжения (*1) 0.от 5 до 5 В среднеквадратичного значения 1±0,2 Вэфф 0,5±0,1 В среднекв.
Применение смещения Нет

Обратите внимание, что емкость изменяется в зависимости от частоты, температуры, напряжение и тд.

Пожалуйста, обратитесь к индивидуальным спецификациям измерительных приборов и условий каждый продукт.
Пожалуйста, обратитесь к этой странице об измерительных приборах и условия, используемые для получения характеристик в техпаспорте.

Измеритель LCR (принцип измерения)

Метод измерения, называемый «методом моста с автоматической балансировкой», показанный на рисунке ниже, адаптирован для счетчиков LCR многими производителями измерительных приборов. В этом методе ток на измеряемом объекте (= ИУ) и известное сопротивление R автоматически настраиваются так, чтобы они были одинаковыми, то есть напряжение в точке А становится равным 0.Затем LCR-метр вычисляет комплексное полное сопротивление из напряжения, приложенного к ИУ, и известного сопротивления R. Емкость керамических конденсаторов получается из реактивной составляющей этого комплексного полного сопротивления.

Подробную информацию см. на веб-сайте производителей.

Меры предосторожности при измерении емкости микросхем многослойных керамических конденсаторов | Керамический конденсатор

MLCC малой емкости с температурной компенсацией больше или меньше номинального значения при измерении емкости.

Процесс объясняется следующими шагами.

Емкость MLCC 1 пФ была измерена при изменении расстояния между клеммами тестовой оснастки во время коррекции OPEN.
В результате, когда расстояние между клеммами во время коррекции OPEN больше, чем размер L измеряемой MLCC, емкость увеличивается и уменьшается, когда она меньше.

Установите расстояние между клеммами приспособления во время коррекции ОТКРЫТИЯ на то же значение, что и размер L измеряемой микросхемы.

Если коррекция OPEN выполняется при большом расстоянии между клеммами приспособления, паразитная емкость приспособления во время коррекции будет меньше, чем емкость во время фактического измерения.

Если коррекция нулевой точки выполняется, когда расстояние между клеммами приспособления отличается от размеров измеряемой MLCC, паразитная емкость самого приспособления не будет точно скорректирована до нуля.

Когда расстояние между клеммами во время коррекции OPEN меньше, чем размер L MLCC, паразитная емкость прибора корректируется до нуля на расстоянии, большем, чем реальное, поэтому результат измерения после коррекции будет уменьшаться.

И наоборот, если расстояние между клеммами больше, чем размер L MLCC, результат измерения посткоррекции будет увеличиваться.
Разница в расстоянии между контактами во время коррекции OPEN больше при использовании приспособления типа пинцета (пример Agilent16334), чем при использовании приспособления вставного типа (пример Agilent16034).

По сравнению с приспособлением вставного типа, наконечник пинцета имеет измерительный наконечник с большей площадью поверхности (S в формуле 1), поэтому флуктуация значения измерения емкости увеличивается в соответствии с разницей в расстоянии между контактами. .

Ридли Инжиниринг | — Измерения конденсатора

В нескольких предыдущих статьях мы рассмотрели некоторые сложные характеристики силовых магнитных характеристик импульсного источника питания. В этой статье мы рассмотрим еще один важный пассивный компонент источника питания — конденсатор. Часто это компонент, который рассматривается как простая часть, не требующая слишком много внимания.

Конденсаторы блока питания

На рис. 1 показан простой понижающий преобразователь.Учитывая современные интегрированные контроллеры, задача инженера, по-видимому, очень проста — все, что нам нужно сделать, это выбрать катушку индуктивности и два конденсатора, и работа сделана. Выбор катушек индуктивности может стать очень сложным, и теперь мы увидим, насколько проблемными могут быть и конденсаторы.


Рис. 1: Понижающий преобразователь с важными компонентами конденсатора. Полное сопротивление выходного конденсатора определяет средне- и высокочастотную характеристику преобразователя при использовании режима напряжения, режима тока или любой другой формы управления, включая цифровую.

Меня часто просят провести для компаний анализ наихудшего случая таких конструкций импульсных источников питания. Первый этап этого процесса обычно состоит из того, что компания отправляет мне схемы, списки деталей и спецификации компонентов. Прежде чем двигаться дальше, мне всегда приходится 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 существующих конструкций в сочетании с задокументированными изменениями в технических характеристиках, которые изменят конструкцию.

Спецификации компонентов

редко бывают адекватными для правильной характеристики деталей, а для всестороннего анализа требуется информация, которую либо не всегда можно получить от производителей. Необходимы дополнительные измерения для магнетиков, а также дополнительные измерения для конденсаторов.

Измерение конденсатора с низким импедансом

Простого стационарного RLC-тестера с одной частотой измерения недостаточно для определения характеристик конденсаторов, используемых в современных импульсных источниках питания.Конденсаторы необходимо измерять в широком диапазоне частот, чтобы полностью охарактеризовать их поведение.


Рис. 2. Схема измерения низкоимпедансных конденсаторов

На рис. 2 показано, как проводить измерения низкоимпедансных конденсаторов с помощью анализатора частотной характеристики [1]. Правильный выбор чувствительного резистора и правильная компоновка ВЧ тестовых цепей позволит вам измерять импедансы до 1 мОм с помощью этой тестовой схемы. Хотя многие тестеры компонентов рассматривают только одну частоту или узкий диапазон частот, рекомендуется провести свипирование по частоте, чтобы увидеть импеданс тестируемого компонента в диапазоне от 10 Гц до как минимум 10 МГц.

Измерение электролитического конденсатора

Электролитические конденсаторы по-прежнему используются в большинстве коммерческих недорогих источников питания. Они также широко используются в автомобильной промышленности, где температуры могут быть экстремальными.

Электролиты относительно легко измерить, поскольку они имеют относительно высокие эквивалентные последовательные сопротивления. Но важно варьировать температуру конденсатора, чтобы увидеть ее влияние на характеристики.


Рис. 3. Измерение импеданса электролитического конденсатора емкостью 10 мкФ при двух разных температурах

На рис. 3 показано изменение импеданса конденсатора для электролитического конденсатора емкостью 10 мкФ.Показаны две кривые: красная — для конденсатора при температуре 25 градусов, а синяя — для -55 градусов Цельсия. Обратите внимание на большое разделение кривых. Это связано с известным эффектом замерзания электролита в конденсаторе. При самостоятельном измерении вы обнаружите, что СОЭ продолжает расти по мере того, как температура все больше и больше падает ниже нуля градусов. Вряд ли вы найдете полный набор данных, которые вам нужны для конкретной детали.


Рис. 4. Емкость электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах

На рис. 4 показана мнимая составляющая импеданса, извлеченная для отображения эквивалентного значения конденсатора.Видны две вариации емкости: одна — слабая зависимость от частоты, вторая — зависимость от температуры.

или холодный конденсатор на синей кривой, очевидное существенное падение емкости за пределами нескольких кГц не имеет большого значения, поскольку на этих частотах импеданс устройства определяется эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR).


Рис. 5. Эквивалентное последовательное сопротивление электролитического конденсатора емкостью 10 мкФ при двух разных температурах

СОЭ определяется путем взятия действительной части измерения импеданса на рис. 3, построенного на рис. 5.На низких частотах оба сопротивления измеряются высокими, но это всегда сомнительное измерение — мы пытаемся извлечь очень маленькую действительную составляющую из вектора импеданса, который в основном является реактивным.

Показано, что за пределами нескольких кГц ESR, который нас интересует, 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. Это более чем 20:1 разница!

Многие конструкторы, работающие в широком диапазоне температур, избегают использования электролитов по этой и другим причинам.Однако в некоторых случаях они необходимы с экономической точки зрения, и контур управления должен учитывать изменения, возникающие при изменении температуры. Это может представлять серьезную проблему при проектировании контура управления. Это, безусловно, можно сделать, особенно при использовании управления текущим режимом, но полоса пропускания контура часто сильно страдает.

Электролиты также будут существенно меняться со старением, особенно при повышенной температуре. Это еще одна важная тема, которая выходит за рамки этой статьи, но вы должны проверить срок службы и рабочую температуру вашего источника питания, чтобы убедиться, что электролиты не выйдут из строя.

Измерение многослойных керамических конденсаторов

Блоки питания с током нагрузки и блоки питания материнских плат широко используют многослойные керамические конденсаторы в качестве альтернативы электролитам. Достижения в технологии изготовления сделали доступными конденсаторы очень большой емкости с чрезвычайно низким ESR в очень маленьких корпусах. Это важно для преобразователей в точке нагрузки, где пространство на плате имеет большое значение.

Я редко встречаю должную осмотрительность при рассмотрении характеристик выходных конденсаторов MLC.Несмотря на то, что они не страдают от резких температурных сдвигов ESR электролитов, MLC столь же сложны по своим характеристикам.
Рис. 6. Измерение многослойного керамического конденсатора емкостью 10 мкФ при различных уровнях тестового сигнала и с различным смещением постоянного тока

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

Это изменение частоты связано с тем, что емкость MLC является функцией приложенного переменного напряжения [2]. В испытательной установке, показанной на рис. 2, источник постоянного напряжения 1 В подается от анализатора частотной характеристики. На низких частотах все напряжение появляется на конденсаторе, но по мере увеличения частоты нагрузка на конденсатор уменьшается. MLC показывают увеличение емкости с уровнем возбуждения.

Зеленая кривая показывает, как эта частотная зависимость устраняется при малом управляющем сигнале всего 50 мВ.Обратите внимание, что емкость номинального 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 постоянного тока 5 В и до 2,5 мкФ при смещении постоянного тока 6,3 В. Если вы подтолкнете конденсатор близко к его номинальному напряжению, в этом конкретном примере у вас не останется большой емкости. Мой опыт работы с MLC показывает, что в любом случае нехорошо приближать их к их рейтингу из соображений надежности.

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

Хотя вы не можете найти много информации, всегда полезно провести измерения самостоятельно на стенде. Варианты MLC настолько запутаны, что часто трудно точно сказать, как будет вести себя ваш компонент, если вы не измерите его самостоятельно.Кроме того, большинство представленных кривых являются типичными характеристиками, а многие характеристики для наихудшего случая настолько экстремальны, что вы не сможете учесть их все в практичном проекте.

Резюме

Конденсаторы часто упускают из виду как источник вариаций в источниках питания, но не попадайтесь в эту ловушку. Все типы конденсаторов источника питания имеют свои особенности, которые вы должны хорошо понимать, если собираетесь создавать предлагаемые преобразователи.

Всегда делайте замеры силовых конденсаторов на этапе разработки.И, как катушки индуктивности и сердечники для магнетиков, не делайте слепых замен от одного поставщика или диэлектрика к другому без надлежащей характеристики новой детали. Не все поставщики умеют предоставлять полные данные — будьте готовы сделать это самостоятельно.

 

Electronics Measurements: Емкость — макеты

Конденсаторы являются одними из самых полезных электронных компонентов. А емкость — это термин, который относится к способности конденсатора накапливать заряд.Это также измерение, используемое для указания того, сколько энергии может хранить конкретный конденсатор. Чем больше емкость конденсатора, тем больше заряда он может хранить.

Емкость измеряется в единицах, называемых фарад (сокращенно F). Определение одного фарада обманчиво простое. Конденсатор емкостью один фарад удерживает напряжение на пластинах ровно один вольт, когда он заряжается током ровно один ампер в секунду.

Обратите внимание, что в этом определении часть «один ампер в секунду тока» на самом деле относится к количеству заряда, присутствующему в конденсаторе.Нет правила, согласно которому ток должен течь целую секунду. Это может быть один ампер за одну секунду, или два ампера за полсекунды, или полампера за две секунды. Или это может быть 100 мА в течение 10 секунд или 10 мА в течение 100 секунд.

Один ампер в секунду соответствует стандартной единице измерения электрического заряда, называемой кулон . Таким образом, другой способ указать значение одного фарада — это сказать, что это количество емкости, которое может хранить один кулон при напряжении в один вольт на пластинах.

Получается, что один фарад — это огромное количество емкости, просто потому, что один кулон — это очень большое количество заряда. Чтобы представить это в перспективе, общий заряд, содержащийся в среднем разряде молнии, составляет около пяти кулонов, и вам нужно всего пять конденсаторов емкостью один фарад, чтобы сохранить заряд, содержащийся в ударе молнии. (Некоторые удары молнии намного мощнее, до 350 кулонов.)

Предполагается, что конденсатор потока Дока Брауна был в диапазоне фарад, потому что Док зарядил его ударом молнии.А вот конденсаторы, применяемые в электронике, заряжаются от гораздо более скромных источников. Гораздо поскромнее.

На самом деле самые большие конденсаторы, которые вы, вероятно, будете использовать, имеют емкость, измеряемую в миллионных долях фарад, называемую микрофарад и сокращенно мк Ф. . называется пикофарад и сокращенно пФ.

Вот еще несколько вещей, которые вам следует знать об измерениях конденсаторов:

  • Как и резисторы, конденсаторы не изготавливаются идеально.Вместо этого большинство конденсаторов имеют предел погрешности, также называемый допуском . В некоторых случаях погрешность может достигать 80 %. К счастью, такая степень впечатления редко оказывает заметное влияние на большинство схем.

  • μ в μ F не является курсивом u ; это греческая буква mu , которая является общей аббревиатурой для микро .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*