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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misuratore di capacità del condensatore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Questo dispositivo è basato sul dispositivo precedentemente descritto nel nostro diario [1]. A differenza della maggior parte di questi dispositivi, è interessante in quanto è possibile controllare lo stato e la capacità dei condensatori senza smontarli dalla scheda. In funzione, il misuratore proposto è molto conveniente e ha una precisione sufficiente. Chiunque ripari apparecchiature radio domestiche o industriali sa che è conveniente controllare lo stato di salute dei condensatori senza smontarli. Tuttavia, molti misuratori di capacità del condensatore non offrono tale opportunità. È vero, una di queste costruzioni è stata descritta in [2]. Ha un piccolo campo di misurazione, una scala non lineare con un conto alla rovescia, che riduce la precisione. Durante la progettazione di un nuovo contatore, è stato risolto il compito di creare un dispositivo con un'ampia portata, una scala lineare e una lettura diretta in modo che potesse essere utilizzato come laboratorio. Inoltre, il dispositivo deve essere diagnostico, cioè in grado di controllare i condensatori deviati dalle giunzioni p-n dei dispositivi a semiconduttore e le resistenze del resistore. Il principio di funzionamento del dispositivo è il seguente. All'ingresso del differenziatore viene applicata una tensione di forma triangolare, in cui il condensatore testato viene utilizzato come condensatore di differenziazione. Allo stesso tempo, alla sua uscita si ottiene un meandro con un'ampiezza proporzionale alla capacità di questo condensatore. Successivamente, il rilevatore seleziona il valore di ampiezza del meandro ed emette una tensione costante alla testa di misurazione. L'ampiezza della tensione di misura sulle sonde del dispositivo è di circa 50 mV, che non è sufficiente per aprire le giunzioni p-n dei dispositivi a semiconduttore, quindi non hanno il loro effetto di derivazione. Il dispositivo ha due interruttori. Finecorsa "scala" a cinque posizioni: 10 µF, 1 µF, 0,1 µF, 0,01 µF, 1000 pF. L'interruttore "Moltiplicatore" (X1000, x10, x10, x1) modifica la frequenza di misurazione. Pertanto, il dispositivo dispone di otto sottointervalli di misurazione della capacità da 10 μF a 000 pF, il che è praticamente sufficiente nella maggior parte dei casi. Il generatore di oscillazione triangolare è assemblato sull'amplificatore operazionale del microcircuito DA1.1, DA1.2, DA1.4 (Fig. 1). Uno di essi, DA1.1, opera in modalità comparatore e genera un segnale rettangolare, che viene inviato all'ingresso dell'integratore DA1.2. L'integratore converte le onde quadre in triangolari. La frequenza del generatore è determinata dagli elementi R4, C1 - C4. Nel circuito di retroazione del generatore, è presente un inverter sull'amplificatore operazionale DA1.4, che fornisce una modalità auto-oscillante. L'interruttore SA1 può impostare una delle frequenze di misura (moltiplicatore): 1 Hz (X1000), 10Hz (x10), 10Hz (x10), 1 kHz (X1).
L'amplificatore operazionale DA2.1 è un inseguitore di tensione, alla sua uscita un segnale di forma triangolare con un'ampiezza di circa 50 mV, che viene utilizzato per creare una corrente di misura attraverso il condensatore testato Cx. Poiché la capacità del condensatore viene misurata nella scheda, potrebbe esserci una tensione residua su di essa, pertanto, per evitare danni al misuratore, due diodi a ponte antiparallelo VD1 sono collegati in parallelo alle sue sonde. L'amplificatore operazionale DA2.2 funziona come un differenziatore e funge da convertitore corrente-tensione. La sua tensione di uscita: Uout=(Rl2...R16) IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt. Ad esempio, quando si misura una capacità di 100 uF a una frequenza di 100 Hz, risulta: Iin = Cx dU / dt = 100-100MB / 5MC = 2MA, Uout = R16 lBX = 1 kOhm mA = 2 V. Gli elementi R11, C5 - C9 sono necessari per il funzionamento stabile del differenziatore. I condensatori eliminano i processi oscillatori sui fronti del meandro, che rendono impossibile misurare con precisione la sua ampiezza. Di conseguenza, all'uscita DA2.2 si ottiene un'onda quadra con fronti lisci e un'ampiezza proporzionale alla capacità misurata. Il resistore R11 limita anche la corrente di ingresso quando le sonde sono chiuse o quando il condensatore è rotto. Per il circuito di ingresso del contatore deve essere soddisfatta la seguente disuguaglianza: (3...5)CxR1<1/(2f). Se questa disuguaglianza non viene soddisfatta, in mezzo periodo l'attuale IBX non raggiunge un valore costante e il meandro non raggiunge l'ampiezza corrispondente e si verifica un errore nella misurazione. Ad esempio, nel misuratore descritto in [1], quando si misura una capacità di 1000 μF a una frequenza di 1 Hz, la costante di tempo è definita come Cx R25 \u10d 910OO uF - 0,91 Ohm \uXNUMXd XNUMX s. La metà del periodo di oscillazione T / 2 è di soli 0,5 s, quindi, su questa scala, le misurazioni risulteranno notevolmente non lineari. Il rilevatore sincrono è costituito da una chiave su un transistor ad effetto di campo VT1, un'unità di controllo chiave su un amplificatore operazionale DA1.3 e un condensatore di memorizzazione C10. L'amplificatore operazionale DA1.2 invia un segnale di controllo al tasto VT1 durante la semionda positiva del meandro, quando la sua ampiezza è impostata. Il condensatore C10 memorizza la tensione CC emessa dal rilevatore. Dal condensatore C10, la tensione che trasporta l'informazione sul valore della capacità Cx viene inviata attraverso il ripetitore DA2.3 al microamperometro RA1. Condensatori C11, C12 - livellamento. Dal motore del resistore di calibrazione variabile R22, la tensione viene rimossa a un voltmetro digitale con un limite di misurazione di 2 V. L'alimentatore (Fig. 2) produce tensioni bipolari di ±9 V. Le tensioni di riferimento formano diodi zener termicamente stabili VD5, VD6. I resistori R25, R26 impostano la tensione di uscita richiesta. Strutturalmente, la fonte di alimentazione è combinata con la parte di misurazione del dispositivo su un circuito stampato comune.
Il dispositivo utilizza resistori variabili del tipo SPZ-22 (R21, R22, R25, R26). Resistenze fisse R12 - R16 - tipo C2-36 o C2-14 con tolleranza ± 1%. La resistenza R16 si ottiene collegando in serie più resistenze selezionate. È possibile utilizzare altri tipi di resistori R12 - R16, ma devono essere selezionati utilizzando un ohmmetro digitale (multimetro). I restanti resistori fissi sono tutti con una potenza di dissipazione di 0,125 watt. Condensatore C10 - K53-1A, condensatori C11 - C16 - K50-16. Condensatori C1, C2 - K73-17 o altro film metallico, C3, C4 - KM-5, KM-6 o altri condensatori ceramici con TKE non peggiore di M750, devono anche essere selezionati con un errore non superiore all'1% . Il resto dei condensatori - qualsiasi. Interruttori SA1, SA2 - P2G-3 5P2N. È consentito utilizzare nel progetto il transistor KP303 (VT1) con gli indici delle lettere A, B, C, F, I. I transistor VT2, VT3 degli stabilizzatori di tensione possono essere sostituiti da altri transistor al silicio a bassa potenza della struttura corrispondente. Invece di OU K1401UD4, è possibile utilizzare K1401UD2A, ma al limite di "1000 pF" potrebbe verificarsi un errore dovuto all'offset dell'ingresso del differenziatore creato dalla corrente di ingresso DA2.2 a R16. Il trasformatore di potenza T1 ha una potenza complessiva di 1 W. È accettabile utilizzare un trasformatore con due avvolgimenti secondari da 12 V ciascuno, ma sono necessari due ponti raddrizzatori. È necessario un oscilloscopio per configurare ed eseguire il debug del dispositivo. È una buona idea avere un frequenzimetro per controllare le frequenze dell'oscillatore triangolare. Saranno necessari anche condensatori esemplari. Il dispositivo inizia a essere regolato impostando le tensioni a +9 V e -9 V utilizzando i resistori R25, R26. Successivamente, viene verificato il funzionamento del generatore di oscillazioni triangolari (oscillogrammi 1, 2, 3, 4 in Fig. 3). In presenza di un frequenzimetro, la frequenza del generatore viene misurata in diverse posizioni dell'interruttore SA1. È accettabile se le frequenze differiscono dai valori di 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, ma dovrebbero differire esattamente 10 volte l'una dall'altra, poiché le letture corrette del dispositivo su scale diverse dipendono da Questo. Se le frequenze del generatore non sono un multiplo di dieci, la precisione richiesta (con un errore dell'1%) si ottiene selezionando condensatori collegati in parallelo con condensatori C1 - C4. Se le capacità dei condensatori C1 - C4 sono selezionate con la precisione richiesta, puoi fare a meno di misurare le frequenze.
Successivamente, controlla il funzionamento del sistema operativo DA1.3 (oscillogrammi 5, 6). Successivamente, il limite di misurazione viene impostato su "10 μF", il moltiplicatore viene impostato sulla posizione "x1" e viene collegato un condensatore esemplare con una capacità di 10 μF. All'uscita del differenziatore dovrebbero esserci oscillazioni rettangolari, ma con fronti serrati e levigati, con un'ampiezza di circa 2 V (oscillogramma 7). Il resistore R21 imposta le letture del dispositivo: la deviazione della freccia a fondo scala. Un voltmetro digitale (al limite di 2 V) è collegato alle prese XS3, XS4 e una lettura di 22 mV è impostata con la resistenza R1000. Se i condensatori C1 - C4 e i resistori R12 - R16 sono esattamente abbinati, le letture del dispositivo saranno multiple su altre scale, che possono essere verificate utilizzando condensatori di riferimento. La misurazione della capacità di un condensatore saldato in una scheda con altri elementi è solitamente abbastanza accurata entro 0,1 - 10 microfarad, tranne quando il condensatore viene deviato con un circuito resistivo a bassa resistenza. Poiché la sua resistenza equivalente dipende dalla frequenza Хс = 000/ωС, per ridurre l'effetto di derivazione di altri elementi del dispositivo, è necessario aumentare la frequenza di misura con una diminuzione della capacità dei condensatori misurati. Se, quando si misurano condensatori con una capacità di 1 microfarad, 10 microfarad, 000 microfarad, 1000 microfarad, rispettivamente, vengono utilizzate le frequenze di 100 Hz, 10 Hz, 1 Hz, 10 kHz, l'effetto di shunt dei resistori influenzerà il lettura del dispositivo con una resistenza da 100 Ohm collegata in parallelo (errore di circa il 1%) o meno. Quando si misurano condensatori con una capacità di 300 e 4 microfarad a una frequenza di 0,1 kHz, un errore del 1% sarà dovuto all'influenza di un resistore collegato in parallelo, già con una resistenza rispettivamente di 1 e 4 kOhm. Ai limiti di 0,01 μF e 1000 pF, si consiglia di controllare i condensatori con i circuiti shunt disattivati, poiché la corrente di misura è piccola (2 μA, 200 nA). Vale la pena ricordare, tuttavia, che l'affidabilità dei piccoli condensatori è notevolmente superiore a causa del design e della maggiore tensione consentita. A volte, ad esempio, quando si misurano alcuni condensatori con un dielettrico di ossido (K50-6, ecc.) Con una capacità da 1 microfarad a 10 microfarad a una frequenza di 1 kHz, appare un errore, apparentemente associato all'induttanza intrinseca del condensatore e perdite nel suo dielettrico; le letture dello strumento sono più piccole. Pertanto, è consigliabile effettuare misurazioni a una frequenza inferiore (ad esempio, nel nostro caso a una frequenza di 100 Hz), anche se in questo caso le proprietà di shunt delle resistenze parallele influiranno già sulla loro maggiore resistenza. Letteratura
Autore: V. Vasiliev, Naberezhnye Chelny
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