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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 커패시터 커패시턴스 미터. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이 장치는 저널 [1]에서 이전에 설명한 장치를 기반으로 합니다. 대부분의 이러한 장치와 달리 보드에서 커패시터를 분해하지 않고도 커패시터의 상태와 커패시턴스를 확인할 수 있다는 점에서 흥미롭습니다. 작동 중에 제안된 미터는 매우 편리하고 충분한 정확도를 가지고 있습니다. 가정용 또는 산업용 무선 장비를 수리하는 사람은 축전기를 분해하지 않고 상태를 확인하는 것이 편리하다는 것을 알고 있습니다. 그러나 많은 커패시터 커패시턴스 미터는 그러한 기회를 제공하지 않습니다. 사실, 그러한 구성 중 하나가 [2]에 설명되어 있습니다. 측정 범위가 작고 카운트다운이 있는 비선형 스케일로 정확도가 떨어집니다. 새로운 계량기를 설계할 때 넓은 범위와 선형 눈금, 직접 판독 장치를 만드는 작업을 실험실용으로 사용할 수 있도록 해결했습니다. 또한 장치는 진단 기능이 있어야 합니다. 즉, 반도체 장치의 p-n 접합과 저항 저항에 의해 분로된 커패시터를 확인할 수 있어야 합니다. 장치의 작동 원리는 다음과 같습니다. 미분기의 입력에는 삼각형 모양의 전압이 인가되며 테스트된 커패시터는 미분 커패시터로 사용됩니다. 동시에이 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 진폭으로 출력에서 사행을 얻습니다. 다음으로 검출기는 사행의 진폭 값을 선택하고 측정 헤드에 일정한 전압을 출력합니다. 장치 프로브의 측정 전압 진폭은 약 50mV로 반도체 장치의 p-n 접합을 열기에 충분하지 않으므로 분기 효과가 없습니다. 장치에는 두 개의 스위치가 있습니다. 10개의 위치가 있는 "스케일" 리미트 스위치: 1µF, 0,1µF, 0,01µF, 1000µF, 1000pF. "Multiplier" 스위치(X10, x10, x1, x10)는 측정 주파수를 변경합니다. 따라서 장치는 000μF에서 1000pF까지 XNUMX개의 커패시턴스 측정 하위 범위를 가지며, 이는 대부분의 경우 실질적으로 충분합니다. 삼각 발진 발생기는 DA1.1, DA1.2, DA1.4 마이크로 회로의 연산 증폭기에 조립됩니다(그림 1). 그 중 하나인 DA1.1은 비교기 모드에서 작동하고 DA1.2 적분기의 입력에 공급되는 직사각형 신호를 생성합니다. 적분기는 구형파를 삼각파로 변환합니다. 발전기의 주파수는 요소 R4, C1 - C4에 의해 결정됩니다. 발전기의 피드백 회로에는 자체 발진 모드를 제공하는 연산 증폭기 DA1.4의 인버터가 있습니다. 스위치 SA1은 측정 주파수(승수): 1Hz(X1000), 10Hz(x10), 10Hz(x10), 1kHz(X1) 중 하나를 설정할 수 있습니다.
연산 증폭기 DA2.1은 테스트된 커패시터 Cx를 통해 측정 전류를 생성하는 데 사용되는 진폭이 약 50mV인 삼각형 모양의 신호를 출력하는 전압 팔로워입니다. 커패시터의 커패시턴스는 보드에서 측정되기 때문에 잔류 전압이있을 수 있으므로 미터 손상을 방지하기 위해 두 개의 역 병렬 브리지 다이오드 VD1을 프로브에 병렬로 연결합니다. 연산 증폭기 DA2.2는 미분기로 작동하며 전류-전압 변환기로 작동합니다. 출력 전압: Uout=(Rl2...R16) IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt. 예를 들어, 100Hz의 주파수에서 100uF의 커패시턴스를 측정하면 다음과 같이 나타납니다. Iin = Cx dU / dt = 100-100MB / 5MC = 2MA, Uout = R16 lBX = 1kOhm mA = 2V. 미분기의 안정적인 작동을 위해서는 요소 R11, C5 - C9가 필요합니다. 커패시터는 진폭을 정확하게 측정하는 것을 불가능하게 만드는 사행 전선에서 진동 프로세스를 제거합니다. 그 결과 DA2.2 출력에서 측정된 커패시턴스에 비례하는 진폭과 전면이 매끄러운 구형파가 얻어집니다. 저항 R11은 또한 프로브가 닫히거나 커패시터가 파손될 때 입력 전류를 제한합니다. 미터의 입력 회로에 대해 다음 부등식이 충족되어야 합니다. (3...5)CxR1<1/(2f). 이 불평등이 충족되지 않으면 반주기 동안 현재 IBX가 일정한 값에 도달하지 못하고 사행이 해당 진폭에 도달하지 않고 측정에 오류가 발생합니다. 예를 들어, [1]에 기재된 미터에서 1000Hz의 주파수에서 1μF의 정전 용량을 측정할 때 시정수는 다음과 같이 정의됩니다. Cx R25 \u10d 910OO uF - 0,91옴 \uXNUMXd XNUMX초. 진동 기간 T / 2의 절반은 0,5초에 불과하므로 이 척도에서 측정값은 눈에 띄게 비선형으로 판명됩니다. 동기식 검출기는 전계 효과 트랜지스터 VT1의 키, 연산 증폭기 DA1.3의 키 제어 장치 및 저장 커패시터 C10으로 구성됩니다. 연산 증폭기 DA1.2는 진폭이 설정될 때 사행의 양의 반파 동안 키 VT1에 제어 신호를 발행합니다. 커패시터 C10은 감지기에서 방출되는 DC 전압을 저장합니다. 커패시터 C10에서 커패시턴스 Cx 값에 대한 정보를 전달하는 전압은 DA2.3 리피터를 통해 RA1 마이크로 전류계로 공급됩니다. 커패시터 C11, C12 - 스무딩. 가변 교정 저항 R22의 엔진에서 측정 한계가 2V인 디지털 전압계로 전압이 제거됩니다. 전원 공급 장치(그림 2)는 ±9V의 바이폴라 전압을 생성합니다. 기준 전압은 열적으로 안정적인 제너 다이오드 VD5, VD6을 형성합니다. 저항 R25, R26은 필요한 출력 전압을 설정합니다. 구조적으로 전원은 공통 회로 기판에서 장치의 측정 부분과 결합됩니다.
이 장치는 SPZ-22 유형(R21, R22, R25, R26)의 가변 저항을 사용합니다. 고정 저항 R12 - R16 - 공차가 ± 2%인 C36-2 또는 C14-1 유형. 저항 R16은 여러 개의 선택된 저항을 직렬로 연결하여 얻습니다. 다른 유형의 저항 R12 - R16도 사용할 수 있지만 디지털 저항계(멀티미터)를 사용하여 선택해야 합니다. 나머지 고정 저항은 소산 전력이 0,125W인 모든 저항입니다. 커패시터 C10 - K53-1A, 커패시터 C11 - C16 - K50-16. 커패시터 C1, C2 - K73-17 또는 기타 금속 필름, C3, C4 - KM-5, KM-6 또는 TKE가 M750보다 나쁘지 않은 기타 세라믹 커패시터도 1% 이하의 오류로 선택해야 합니다. . 나머지 커패시터 - 모두. 스위치 SA1, SA2 - P2G-3 5P2N. 설계에서 문자 인덱스 A, B, C, F, I가 있는 KP303(VT1) 트랜지스터를 사용할 수 있으며 전압 안정기의 VT2, VT3 트랜지스터는 해당 구조의 다른 저전력 실리콘 트랜지스터로 교체할 수 있습니다. OU K1401UD4 대신 K1401UD2A를 사용할 수 있지만 "1000pF" 한도에서 입력 전류 DA2.2 ~ R16에 의해 생성된 미분기 입력의 오프셋으로 인해 오류가 발생할 수 있습니다. 전원 변압기 T1의 전체 전력은 1W입니다. 각각 12V인 두 개의 XNUMX차 권선이 있는 변압기를 사용할 수 있지만 두 개의 정류기 브리지가 필요합니다. 장치를 설정하고 디버그하려면 오실로스코프가 필요합니다. 삼각 발진기의 주파수를 확인하기 위해 주파수 측정기를 갖는 것이 좋습니다. 예시적인 커패시터도 필요할 것이다. 저항 R9, R9을 사용하여 전압을 +25V 및 -26V로 설정하여 장치 조정을 시작합니다. 그 후 삼각 진동 발생기의 작동을 확인합니다 (그림 1의 오실로그램 2, 3, 4, 3). 주파수계가 있는 경우 발전기의 주파수는 스위치 SA1의 다른 위치에서 측정됩니다. 주파수가 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz의 값과 다른 경우 허용되지만 서로 다른 스케일에서 장치의 올바른 판독값은 다음에 따라 다르기 때문에 서로 정확히 10배 달라야 합니다. 이것. 발전기 주파수가 1의 배수가 아닌 경우 커패시터 C1 - C4와 병렬로 연결된 커패시터를 선택하여 필요한 정확도(오차 1%)를 얻습니다. 커패시터 C4 - CXNUMX의 커패시턴스가 필요한 정확도로 선택되면 주파수를 측정하지 않고도 할 수 있습니다.
다음으로 OS DA1.3(오실로그램 5, 6)의 작동을 확인합니다. 그런 다음 측정 한계를 "10μF"로 설정하고 승수를 "x1" 위치로 설정하고 용량이 10μF인 예시적인 커패시터를 연결합니다. 미분기의 출력에는 직사각형이어야하지만 전면이 조여지고 매끄럽고 약 2V 진폭의 진동이 있습니다 (오실로그램 7). 저항 R21은 장치의 판독 값을 설정합니다-화살표를 풀 스케일로 편차. 디지털 전압계(2V 제한)가 소켓 XS3, XS4에 연결되고 22mV 판독값이 저항 R1000로 설정됩니다. 커패시터 C1 - C4와 저항 R12 - R16이 정확히 일치하면 장치의 판독 값은 다른 스케일에서 배수가 되며 기준 커패시터를 사용하여 확인할 수 있습니다. 다른 요소와 함께 보드에 납땜된 커패시터의 커패시턴스 측정은 커패시터가 저저항 저항 회로로 분로된 경우를 제외하고 일반적으로 0,1 - 10 마이크로패럿 내에서 매우 정확합니다. 등가 저항은 주파수 Хс = 000/ωС에 따라 달라지므로 장치의 다른 요소의 분로 효과를 줄이려면 측정된 커패시터의 커패시턴스가 감소함에 따라 측정 주파수를 증가시켜야 합니다. 1 microfarads, 10 microfarads, 000 microfarads, 1000 microfarads 용량의 커패시터를 측정할 때 각각 100Hz, 10Hz, 1Hz, 10kHz의 주파수를 사용하면 저항기의 분로 효과가 병렬로 연결된 100 옴 저항으로 장치 판독(약 1% 오차) 이하. 300kHz의 주파수에서 4 및 0,1μF 용량의 커패시터를 측정할 때 이미 각각 1 및 1kOhm의 저항이 있는 병렬로 연결된 저항의 영향으로 인해 4%의 오류가 발생합니다. 0,01μF 및 1000pF의 한계에서는 측정 전류가 작기 때문에 션트 회로가 꺼진 상태에서 커패시터를 확인하는 것이 좋습니다(2μA, 200nA). 그러나 작은 커패시터의 신뢰성은 설계 및 더 높은 허용 전압으로 인해 눈에 띄게 더 높다는 점을 기억할 가치가 있습니다. 예를 들어, 예를 들어 50kHz의 주파수에서 6마이크로패럿에서 1마이크로패럿의 커패시턴스를 갖는 산화물 유전체(K10-1 등)로 일부 커패시터를 측정할 때 커패시터의 고유 인덕턴스와 분명히 관련된 오류가 나타납니다. 및 유전체 손실; 계측기 판독 값이 더 작습니다. 따라서 더 낮은 주파수(예: 100Hz의 주파수)에서 측정하는 것이 좋습니다. 문학
저자: V. Vasiliev, Naberezhnye Chelny
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