Войти Регистрация

Войдите в свой аккаунт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня

Создать аккаунт

Поля, отмеченные звездочкой(*) обязательны.
 
Суббота, 28 мая 2011 19:59

Измеритель ёмкости конденсаторов

Оцените материал
(0 голосов)

04mini
При ремонте радиоаппаратуры, часто приходится сталкиваться с высохшей емкостью и тогда на помощь приходить схема измерителя С

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным.

Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов "Шкала" с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем "Множитель" (Х1000, Х100, Х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1—С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10 Гц(х100), 100 Гц(х10), 1 кГц(х1).

 

01shemu

Скачать схему

Рис. 1

ОУ DA2.1 — повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток — напряжение. Его выходное напряжение: Uвых=(R12...R16)•Iвх=(R12...R16)Cх•dU/dt. Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Сх•dU/dt=100•100 мВ/5 мс=2мА, Uвых= R16•Iвх=1 кОм•мА=2 В.

Элементы R11, С5—С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство: (3...5)СхR11<1/(2f).

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток Iвх не достигает установившегося значения, а меандр — соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в [1], при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как Cх•R25=1000 мкФ•910 Ом=0,91 с. Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 — сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.

02shemu
Рис. 2

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12—R16 — типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1 %. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12—R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы — любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 — К53-1 А, конденсаторы С11—С16 — К50-16. Конденсаторы С1, С2 — К73-17 или другие металлопленочные, СЗ, С4 — КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1 %. Остальные конденсаторы — любые.

Переключатели SA1, SA2 — П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КП303 (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе "1000 пФ" возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1 %) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1—С4. Если емкости конденсаторов С1—С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

03shemu

Рис. 3

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения "10 мкФ", множитель — в положение "Х1" и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкФ. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора — отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 — С4 и резисторы R12 — R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 — 10 000 мкФ, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс=1/wС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкФ, 1000 мкФ, 100 мкФ, 10 мкФ использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4 %) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкФ на частоте 1 кГц ошибка в 4 % будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкФ и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкФ до 10 мкФ на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. — Радио, 1993, № 6, с. 21 — 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, № 6, с. 44.

РАДИО №4, 1998

Прочитано 26292 раз
Другие материалы в этой категории: « USB термометр Проверка полевых транзисторов »

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Комментарии   

Антон
+3 #2 Антон 15.08.2011 12:24
Вы не могли-бы прислать Ваш вариант с исправленной ошибкой?
Цитировать
Lantrin
+2 #1 Lantrin 15.08.2011 03:00
Прибор не плохой,но в схеме генератора допущена ошибка.Сначала сам собрал так как указано в описании и понял,что прибор
полностью неработоспособе н.Далее перешерстил все типовые схемы.После исправиления аппарат заработал вполне прилично,по выходу для вспомогательног о мультиметра точность на уровне с распространенны ми цифровыми C-метрами.Понра вился также стрелочный отсчет, по старинке(хотя менее точный).Головку PA1 взял от старого прибора Ц-20 на 150мкА.
Цитировать

Лучшие бесплатные программы для проектирования печатных плат(ПП)

Вам нужно бесплатное средство или программа для проектирования ПП, чтобы реализовать на…

ДЕТЕКТОР УТЕЧКИ БЫТОВОГО ГАЗА НА ДАТЧИКЕ MQ-4

Чтобы датчик MQ-4 (датчик концентрации метана) не валялся без дела, оформил его на…

Регулятор мощности двух нагрузок

Эта схема предназначена для регулировки мощности двух разных нагрузок, которыми могут…

Автоматическое зарядное устройство

Данное устройство необходимо для автоматической зарядки аккумуляторов и защиты их от…

Ремонт импульсного блока питания ПК (на примере JNC SY-300ATX)

Вскрытие корпуса БП:Начинаем проверку, особо обращая внимание на поврежденные, изменившие…

СЕРВИСНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ КИТАЙСКИХ БУМБОКСОВ

С некоторых пор в продаже появились очередные «разработки» из поднебесной – бумбоксы,…
scr-12

РадиоАматор №12 2010

Название: Радиоаматор Год издания: 2010 Издательство:РадиоАматор Номер: 12 Страниц: 66…
Изображение по умолчанию

Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы

Автор: И. М. Готтлиб Количество страниц: 544 Издательство: М. «Постмаркет», (серия:…
 

ban240x130

Топ

ТЕЛЕФОННАЯ…

Приставка-спикерфон предназначена для громкоговорящей телефонной связи. Занятие линии АТС…

Управление…

Автор разработал программу и устройство для управления различными электро и…

Ветрогенератор для…

Как работает ветрогенератор ? Работа любого ветрогенератора, независимо от того, снабжает…

Импульсный…

Импульсный преобразователь сетевого напряжения Применение импульсного преобразователя…

Импульсный блок…

Импульсный блок питания 180Вт Мощность блока питания — около 180 Вт, выходное напряжение…
Изображение по умолчанию

Эмулятор ключей…

Назначение. Устройство предназначено для считывания, хранения и эмуляции ключей домофонов…
Изображение по умолчанию

Цифровой…

Цифровой вольтамперметр предназначенный для установки в блок питания для отображения…
Изображение по умолчанию

500 схем для…

1. 500 схем для радиолюбителей. Приемники2. 500 схем для радиолюбителей. Усилители…
Изображение по умолчанию

Вольтамперметр на…

Идеологом этой схемы является вот этот вариант http://avr.4mg.com/custom4_1.html захотел…

ИНДИКАТОР УРОВНЯ…

Принципиальная схема индикатора показана на рисунке. Эта схема использовалась для…

Голосовой монитор…

Голосовой монитор (далее – монитор) предназначен для контроля телефонной линии или…

ТАЙМЕР, УПРАВЛЯЮЩИЙ…

В теме представлено таймерное устройство, управляющее освещением багажника ВАЗ-2114, но…

Авторизация