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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de capacitancia de capacitores. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Este dispositivo se basa en el dispositivo descrito anteriormente en nuestra revista [1]. A diferencia de la mayoría de estos dispositivos, es interesante porque es posible comprobar el estado y la capacidad de los condensadores sin desmontarlos de la placa. En funcionamiento, el medidor propuesto es muy conveniente y tiene suficiente precisión. Cualquiera que repare equipos de radio domésticos o industriales sabe que es conveniente comprobar el estado de los condensadores sin desmontarlos. Sin embargo, muchos medidores de capacitancia de condensadores no brindan esa oportunidad. Es cierto que una de esas construcciones se describió en [2]. Tiene un rango de medición pequeño, una escala no lineal con cuenta regresiva, lo que reduce la precisión. Al diseñar un nuevo medidor, se resolvió la tarea de crear un dispositivo con un rango amplio, una escala lineal y una lectura directa para que pudiera usarse como de laboratorio. Además, el dispositivo debe ser de diagnóstico, es decir, capaz de verificar capacitores en derivación por uniones p-n de dispositivos semiconductores y resistencias de resistencias. El principio de funcionamiento del dispositivo es el siguiente. Se aplica un voltaje de forma triangular a la entrada del diferenciador, en el que el capacitor probado se usa como capacitor diferenciador. Al mismo tiempo, se obtiene en su salida un meandro de amplitud proporcional a la capacidad de este condensador. A continuación, el detector selecciona el valor de amplitud del meandro y envía un voltaje constante al cabezal de medición. La amplitud del voltaje de medición en las sondas del dispositivo es de aproximadamente 50 mV, lo que no es suficiente para abrir las uniones p-n de los dispositivos semiconductores, por lo que no tienen su efecto de derivación. El dispositivo tiene dos interruptores. Final de carrera "escala" con cinco posiciones: 10 µF, 1 µF, 0,1 µF, 0,01 µF, 1000 pF. El interruptor "Multiplicador" (X1000, x10, x10, x1) cambia la frecuencia de medición. Así, el dispositivo dispone de ocho subrangos de medida de capacitancia desde 10 μF hasta 000 pF, lo que es prácticamente suficiente en la mayoría de los casos. El generador de oscilación triangular se ensambla en el amplificador operacional del microcircuito DA1.1, DA1.2, DA1.4 (Fig. 1). Uno de ellos, DA1.1, opera en modo comparador y genera una señal rectangular, que se alimenta a la entrada del integrador DA1.2. El integrador convierte ondas cuadradas en triangulares. La frecuencia del generador está determinada por los elementos R4, C1 - C4. En el circuito de retroalimentación del generador, hay un inversor en el amplificador operacional DA1.4, que proporciona un modo de autooscilación. El interruptor SA1 puede configurar una de las frecuencias de medida (multiplicador): 1 Hz (X1000), 10 Hz (x10), 10 Hz (x10), 1 kHz (X1).
El amplificador operacional DA2.1 es un seguidor de voltaje, en su salida una señal de forma triangular con una amplitud de aproximadamente 50 mV, que se utiliza para crear una corriente de medición a través del capacitor probado Cx. Dado que la capacitancia del capacitor se mide en la placa, puede haber voltaje residual en él, por lo tanto, para evitar daños al medidor, dos diodos de puente antiparalelos VD1 están conectados en paralelo a sus sondas. Op-amp DA2.2 funciona como un diferenciador y actúa como un convertidor de corriente-voltaje. Su voltaje de salida: Uout=(Rl2...R16) IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt. Por ejemplo, al medir una capacitancia de 100 uF a una frecuencia de 100 Hz, resulta: Iin = Cx dU / dt = 100-100MB / 5MC = 2MA, Uout = R16 lBX = 1 kOhm mA = 2 V. Los elementos R11, C5 - C9 son necesarios para el funcionamiento estable del diferenciador. Los condensadores eliminan los procesos oscilatorios en los frentes de meandro, lo que hace imposible medir con precisión su amplitud. Como resultado, se obtiene en la salida DA2.2 una onda cuadrada con frentes suaves y una amplitud proporcional a la capacitancia medida. La resistencia R11 también limita la corriente de entrada cuando las sondas están cerradas o cuando el capacitor está roto. Para el circuito de entrada del medidor, se debe satisfacer la siguiente desigualdad: (3...5)CxR1<1/(2f). Si no se cumple esta desigualdad, entonces en medio período el IBX actual no alcanza un valor constante, y el meandro no alcanza la amplitud correspondiente, y se produce un error en la medición. Por ejemplo, en el medidor descrito en [1], al medir una capacitancia de 1000 μF a una frecuencia de 1 Hz, la constante de tiempo se define como Cx R25 \u10d 910OO uF - 0,91 ohmios \uXNUMXd XNUMX s. La mitad del período de oscilación T / 2 es solo 0,5 s, por lo tanto, en esta escala, las mediciones resultarán ser notablemente no lineales. El detector síncrono consta de una tecla en un transistor de efecto de campo VT1, una unidad de control clave en un amplificador operacional DA1.3 y un condensador de almacenamiento C10. El amplificador operacional DA1.2 emite una señal de control a la tecla VT1 durante la media onda positiva del meandro, cuando se establece su amplitud. El condensador C10 almacena el voltaje de CC emitido por el detector. Desde el capacitor C10, el voltaje que transporta información sobre el valor de la capacitancia Cx se alimenta a través del repetidor DA2.3 al microamperímetro RA1. Condensadores C11, C12 - suavizado. Desde el motor de la resistencia de calibración variable R22, se elimina el voltaje a un voltímetro digital con un límite de medición de 2 V. La fuente de alimentación (Fig. 2) produce voltajes bipolares de ±9 V. Los voltajes de referencia forman diodos zener térmicamente estables VD5, VD6. Las resistencias R25, R26 establecen el voltaje de salida requerido. Estructuralmente, la fuente de alimentación se combina con la parte de medición del dispositivo en una placa de circuito común.
El dispositivo utiliza resistencias variables del tipo SPZ-22 (R21, R22, R25, R26). Resistencias fijas R12 - R16 - tipo C2-36 o C2-14 con una tolerancia de ± 1%. La resistencia R16 se obtiene conectando en serie varias resistencias seleccionadas. Se pueden usar otros tipos de resistencias R12 - R16, pero deben seleccionarse con un ohmímetro digital (multímetro). Las resistencias fijas restantes son cualquiera con una potencia de disipación de 0,125 vatios. Condensador C10 - K53-1A, condensadores C11 - C16 - K50-16. Los condensadores C1, C2 - K73-17 u otros de película metálica, C3, C4 - KM-5, KM-6 u otros condensadores cerámicos con TKE no peor que M750, también deben seleccionarse con un error de no más del 1%. El resto de los condensadores - cualquiera. Interruptores SA1, SA2 - P2G-3 5P2N. Está permitido usar el transistor KP303 (VT1) con los índices de letras A, B, C, F, I en el diseño.Los transistores VT2, VT3 de los estabilizadores de voltaje pueden reemplazarse por otros transistores de silicio de baja potencia de la estructura correspondiente. En lugar de OU K1401UD4, puede usar K1401UD2A, pero luego, en el límite de "1000 pF", puede ocurrir un error debido al desplazamiento de la entrada del diferenciador creada por la corriente de entrada DA2.2 a R16. El transformador de potencia T1 tiene una potencia total de 1 W. Es aceptable usar un transformador con dos devanados secundarios de 12 V cada uno, pero luego se necesitan dos puentes rectificadores. Se requiere un osciloscopio para configurar y depurar el dispositivo. Es una buena idea tener un medidor de frecuencia para verificar las frecuencias del oscilador triangular. También se necesitarán condensadores ejemplares. El dispositivo comienza a ajustarse configurando los voltajes a +9 V y -9 V usando las resistencias R25, R26. Después de eso, se verifica el funcionamiento del generador de oscilaciones triangulares (oscilogramas 1, 2, 3, 4 en la Fig. 3). En presencia de un frecuencímetro, la frecuencia del generador se mide en diferentes posiciones del interruptor SA1. Es aceptable si las frecuencias difieren de los valores de 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, pero deben diferir exactamente 10 veces entre sí, ya que de esto dependen las lecturas correctas del dispositivo en diferentes escalas. Si las frecuencias del generador no son un múltiplo de diez, entonces la precisión requerida (con un error del 1%) se logra seleccionando capacitores conectados en paralelo con los capacitores C1 - C4. Si las capacidades de los condensadores C1 - C4 se seleccionan con la precisión requerida, puede prescindir de medir frecuencias.
A continuación, verifique el funcionamiento del OS DA1.3 (oscilogramas 5, 6). Después de eso, el límite de medición se establece en "10 μF", el multiplicador se establece en la posición "x1" y se conecta un condensador ejemplar con una capacidad de 10 μF. A la salida del diferenciador, debe haber oscilaciones rectangulares, pero con frentes apretados y suavizados, con una amplitud de aproximadamente 2 V (oscilograma 7). La resistencia R21 establece las lecturas del dispositivo: la desviación de la flecha a la escala completa. Se conecta un voltímetro digital (en un límite de 2 V) a los enchufes XS3, XS4 y se establece una lectura de 22 mV con la resistencia R1000. Si los condensadores C1 - C4 y las resistencias R12 - R16 coinciden con precisión, las lecturas del dispositivo serán múltiplos en otras escalas, que se pueden verificar utilizando condensadores de referencia. La medición de la capacitancia de un capacitor soldado en una placa con otros elementos suele ser bastante precisa dentro de 0,1 a 10 000 microfaradios, excepto cuando el capacitor se deriva con un circuito resistivo de baja resistencia. Dado que su resistencia equivalente depende de la frecuencia Хс = 1/ωС, para reducir el efecto de derivación de otros elementos del dispositivo, es necesario aumentar la frecuencia de medición con una disminución de la capacitancia de los capacitores medidos. Si, al medir capacitores con una capacidad de 10 microfaradios, 000 microfaradios, 1000 microfaradios, 100 microfaradios, respectivamente, se usan frecuencias de 10 Hz, 1 Hz, 10 Hz, 100 kHz, entonces el efecto de derivación de las resistencias afectará la lectura del dispositivo con una resistencia conectada en paralelo con una resistencia de 1 ohmios (un error de aproximadamente 300%) y menos. Al medir condensadores con una capacidad de 4 y 0,1 microfaradio a una frecuencia de 1 kHz, un error del 1% se debe a la influencia de una resistencia conectada en paralelo, ya con una resistencia de 4 y 30 kOhm, respectivamente. En los límites de 0,01 μF y 1000 pF, es recomendable comprobar los condensadores con los circuitos de derivación apagados, ya que la corriente de medida es pequeña (2 μA, 200 nA). Sin embargo, vale la pena recordar que la confiabilidad de los capacitores pequeños es notablemente mayor debido al diseño y al mayor voltaje permitido. A veces, por ejemplo, al medir algunos condensadores con un dieléctrico de óxido (K50-6, etc.) con una capacidad de 1 microfaradio a 10 microfaradios a una frecuencia de 1 kHz, aparece un error que aparentemente está relacionado con la inductancia intrínseca del condensador y pérdidas en su dieléctrico; las lecturas del instrumento son más pequeñas. Por tanto, es recomendable realizar medidas a una frecuencia más baja (por ejemplo, en nuestro caso a una frecuencia de 100 Hz), aunque en este caso las propiedades de derivación de las resistencias en paralelo ya afectarán a su mayor resistencia. Literatura
Autor: V. Vasiliev, Naberezhnye Chelny
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