|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
无线电电子与电气工程百科全书 使用组合仪器测量电容器的电容和 ESR。 无线电电子电气工程百科全书
作者为组装该设备 [1] 的无线电业余爱好者提供了一个附件，用它可以测量电容器的电容和 ESR。 如今，例如在制造各种脉冲设备时，经常需要了解这些参数，尤其是 EPS。 在组合仪器 [1] 的现代化改造过程中，我决定通过为其创建小型附件，将新的相对很少使用的功能引入到设备中，这些功能无法仅在软件中实现。 这使得除了微控制器程序之外，可以不改变其中的任何内容。 设备中存在连接器，确保了这种现代化方法的实施，该连接器连接了微控制器的四条信息线和电源电压。 附件连接到此连接器。 这个方向的第一步是创建一个用于测量电感的附件，如 [2] 中所述。 新附件旨在收集仅应安装在某些设备中的电容器，而不是在不从设备拆焊的情况下测量其参数。 基于此，我认为可以增加被测电容器上的电压，从而可以减少测量误差。 使用建议的附件，电容和 ESR 测量模式下的设备具有以下特性 特点:
电容和EPS的测量是基于用稳定的电流对被测电容器充电并固定其上的电压达到两个控制水平（阈值）的时刻的原理。 该原理被用于许多其他设备，例如[3]。 在结构上，所考虑的前缀重复了该设备的测量部分。
附着方案如图所示。 1、与[3]相比，做了以下修改： - 移除了二极管，当连接到已充电的高容量电容器时，二极管可以保护设备的元件免受损坏。 有两个原因。 首先，根据作者的说法，它们发挥的保护功能非常有限。 例如，无意中将一个电容器连接到容量为数千微法的设备上，充电至50V或更高的电压，它们仍然无法保存。 其次，二极管不允许使被测电容器上的电压大于其开路电平。 如果放弃二极管，则可以使用VT3晶体管并通过微控制器的适当控制来实现相同限制内的保护功能。 并且从使用设备的安全角度来看，在给设备连接大容量的电容（尤其是高压）之前，一定要先将其放电； - 机顶盒仅使用一台稳定电流发生器 (GST)，它可以在上述整个电容范围内提供测量。 它与原来的不同之处在于输出电流的稳定性更高。 这是通过使用精度更高的并联集成电压调节器和具有高基极电流传输系数的晶体管来实现的。 此外，GTS 的输出电流也有所增加，从而减少了与电容器漏电流相关的测量误差（尤其是 ESR）。 机顶盒的操作、来自机顶盒的信号的处理以及必要的计算均由组合仪器的微控制器执行。 时间间隔由其32位定时器计数，时钟频率为32 MHz，不仅提供高测量精度，而且测量电容的理论上限很大（几法拉）。 然而，在实践中实现这样的限制是困难的，因为被测电容器上的电压上升率随着其电容的增加而变得非常小，因此比较器在确定达到阈值的时刻时产生误差增加。 因此，最大可测量电容被软件限制为 99999 uF，这对于大多数实际用途来说已经足够了。 将附件连接到设备并将其切换到电容和 EPS 测量模式后，微控制器打开 VT3 晶体管并闭合 VT1 晶体管，从而关闭 GTS。 DA2 微电路的比较器的反相输入由来自分压器 R4-R6 的示例性电压提供，分压器设置了其操作的阈值 (U1≈0,25V； ü2约0,5V）。 在初始状态下，两个比较器的输出均设置为逻辑低电压电平。 下一个测量的电容 Cx 连接到机顶盒的X1连接器，按下设备上的相应按键即可开始测量过程。 在启动后的前三秒内，程序将 VT3 晶体管保持在开路状态，以消除被测电容器可能存在的残余电荷，之后关闭该晶体管并打开 VT1 晶体管，包括 HTS。 从此时起，HTS I 的输出电流文章 开始给电容C充电x。 比较器的输入电流可以忽略不计，因为与 I文章它非常小。 充电期间，电容器两端的电压线性增加。 在打开 GTS 的同时，程序启动微控制器的两个 32 位定时器，以确定电容器上的电压上升到比较器阈值的持续时间。 在每个比较器工作时，其输出端的电压电平变高。 修复此问题后，程序将停止相应的计时器。 两个比较器工作完毕后，测量过程结束，程序关闭晶体管VT1，从而关闭GTS，同时打开VT3，通过其开路通道对被测电容进行放电，为下一个测量周期做好准备。 然后，它执行电容和 ESR 计算，并将结果显示在组合仪器的 LCD 屏幕上。 容量计算公式： C=我文章 (t2 - t1)/(你2 -U1) 哪里t1，T2 - 被测电容器上的电压分别达到第一和第二阈值水平的时刻； U1， 她是2 -第一和第二阈值电平的电压。 计算出电容后，程序计算 EPS。 其计算方法由图2和图XNUMX中的图表说明。 XNUMX、上面的红线是实测电容的充电曲线图。 由于EPS的存在，充电开始时其上的电压突然升高至UR - 当充电电流 Icr 流过电容器 EPS 时，电容器 EPS 上的电压降。 阈值U1 和你2 电容器上的电压分别在时刻 t 达到1 иŧ2。 蓝线显示相同电容的理想电容器的充电曲线（回想一下，电容已经被测量过）。 由于理想电容器的 ESR 为零，因此电容器两端的电压开始从零线性增加。 蓝线与红线平行，因为充电电流 I文章 稳定且不依赖于 EPS。 理想电容器两端的电压将达到 U2 在时间 t3, 可由公式确定 t3 =U2 Cx/I文章. 现在考虑两个三角形 ABC 和 A'B'C。 它们是相似的，因此，你可以做一个比例： B'C/BC = A'C/AC
从图。 2 由此可见： BC=t2; AC=U2 -UR; B'C = t3; A'C = U2. 将这些值代入上述比例，我们得到 t3 /吨2 =U2 /（U2 -UR). 给定计算 t 的公式3 经过简单变换，很容易确定EPS两端的电压降等于 UR =U2 - 一世文章 (t2/Cx). 最后，我们通过除以 I 获得 EPS 的期望值文章 上式的左边和右边： R = (U2/I文章) - (t2/Cx). 这个计算也可以在第一个阈值上进行，替换变量U2 иŧ2 分别在 U1 иŧ1. 所测得的电容和被测电容器的ESR值由程序显示在组合仪器的液晶屏上。 该前缀组装在尺寸为30x60mm的印刷电路板上，其图纸如图3所示。 XNUMX. 专为表面贴装元件的安装而设计。
所有电阻器和电容器的尺寸均为 1206。前缀通过带 X1 插头 (PLS1) 的扁平电缆连接到设备 [2] 的 XS8 连接器。 仪器内部电源的 +2 V 电压必须连接到连接器 XS1 的引脚 5。 您可以使用另一种基极电流传输系数至少为857的p-n-p结构的小功率晶体管来代替VS250C晶体管，并且可以使用任何npn结构的小功率晶体管来代替VS847C晶体管。 两个晶体管都必须采用 SOT23 封装，否则 PCB 需要返工。 用绝缘栅极和 n 沟道替换晶体管 IRLL024Z - 场效应。 它必须设计用于控制逻辑电压电平，开路电阻不超过50 ... 80 mOhm，栅极电容不超过500 ... /P，可以用LM850代替。 该板可放置在任何方便的盒子中。 使用弹簧夹作为连接器 X1，将被测电容器连接到附件上，非常方便。 设置此类设备通常是其制造过程中最困难的阶段。 我所见过的所有用于测量电容和 ESR 的设备都需要准确选择多个部件，并且某些设备（例如，[3]）还执行大量计算并针对特定实例修改微控制器程序。制造的设备。 这是一个相当费力的过程，因此，在设计该机顶盒时，我通过测量确定参数的值并将其输入到操作设备中以供进一步使用来代替硬件调整。 换句话说，零件拾取过程已被软件校准操作取代。 校准结果存储在组合仪表板微控制器的EEPROM中，因此只需执行一次。 校准需要使用能够测量 DC 5...20 mA（小数点后至少两位小数）和 0...2 V DC 电压（小数点后至少三位小数）的万用表观点。 最便宜的数字万用表可以很好地满足这些要求。 本文所附的2.05版程序必须加载到设备的微控制器中。 将未连接任何设备的机顶盒 X1 连接器连接到设备并为其通电。 LCD 屏幕将显示如图所示的主菜单。 4. 之后，让设备预热两到三分钟以建立热条件。 第三次按“GN”键进入电容和 EPS 测量模式。 这不是很快捷和方便，而且设备键盘上很长一段时间都没有空闲键。
当您第一次切换到电容和ESR测量模式时，微控制器程序在其EEPROM中找不到可以正确解释的校准系数值，将自动调用校准子程序。 如果没有发生，请按“2”键调用它。 LCD 屏幕将采用图 5 所示的形式。 XNUMX.
该程序将要求您依次输入四个参数的值：GTS电流、第一和第二阈值电压以及连接电阻，并附有详细的交互式菜单。 应使用万用表测量每个请求参数的准确值并在设备的键盘上键入。 GTS电流（我文章）通过将万用表在电流测量模式下连接到机顶盒的X1连接器来测量。 它应该在 10 ... 25 mA 范围内。 电压U1 在 DA6 芯片的引脚 2 处测量。 允许限值 - 0,2 ... 0,32 V。 电压 U2 在同一芯片的引脚 2 处测量。 允许限值 - 0,42 ... 0,55 V。 现在将连接电阻值设置为零。 这是连接线和连接器触点的电阻，通过它们将被测电容器连接到附件。 通常它与该电容器的 ESR 相当。 但我们稍后会谈到它的会计。 输入所有必需的参数后，屏幕上将显示“CALIBRATED”字样 2 秒，设备将切换到电容和 ESR 测量模式。 切换到该模式后的 LCD 屏幕视图如图 6 所示。 7、测量后——如图。 0,01. 如果测量的ESR 值小于XNUMX 欧姆，则显示为零。
现在设备可以运行并允许您执行校准的最后一步 - 确定连接电阻。 为此，将容量为 1 ... 3300 μF 的电容器连接到 X4700 连接器，然后按下“D”按钮，开始测量其电容和 ESR。 记住测量的 ESR 值后，您应该通过将相同的电容器直接连接到机顶盒印刷电路板上提到的连接器的接触垫来重复操作。 获得的两个EPS值之间的差值将是连接电阻的值。 现在仍然需要通过按“2”按钮将设备转移到校准模式并将获得的值输入到程序中。 设备已准备好工作。 一次测量的执行时间范围为 3...6 秒。 它不能少于 3 秒，因为这是程序中分配给测量电容器放电的时间。 测量过程本身不超过3秒。 在测量过程中，设备屏幕上会显示有关测量电容值超出允许上限或下限以及附件故障的消息。 后者表明微控制器中断系统出现故障，在使用具有主电源的设备对工作机顶盒进行任何操作期间可能会发生这种故障。 要恢复正常操作，必须关闭并再次打开组合仪表板。 所描述的前缀使得可以测量 0,01 ... 0,2 欧姆范围内的低有源电阻，而简单的万用表则无法做到这一点。 为此，被测电阻应与电容器串联连接到连接器 X1，电容器的 ESR 已预先测量。 测量此类电路的 ESR 后，从结果中减去电容器的 ESR 值。 余数就是被测电阻的阻值。 通过按“OS”、“LA”或“GN”按钮，设备可转换至其他操作模式。 如果用户有一个电容器可供使用，并且其参数预先高精度已知，建议使用制造的附件对其进行测量，以评估其操作的正确性。 如果发现测量参数与已知参数存在显着差异，应找出其原因。 这些可能是有缺陷的部件，或者是在校准过程中测量和将参数输入程序时出现的错误。 有缺陷部件的存在要么使测量结果严重扭曲数倍，要么导致测量结果出现显着跳跃。 后者是不稳定比较器的典型情况。 由于测量和校准参数输入存在误差，结果是稳定的，但不真实。 这些误差是仪器误差的主要来源。 错误的阈值对结果的影响特别大。 这里，2 ... 3 mV 的误差会导致测量的 ESR 值发生几个欧姆的变化。 如果没有精确的万用表，但使用参考电容器，可以通过在小范围内改变输入校准参数来通过实验消除误差。 微控制器程序版本2.05和Sprint Layout 5.0格式的PCB文件可以从ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/02/2-05.zip下载。 文学
作者：A. Savchenko
花园疏花机
02.05.2024 先进的红外显微镜
02.05.2024 昆虫空气捕捉器
01.05.2024
▪ 化妆品中的玻璃 ▪ 木酒
▪ 文章扬声器的串联和并联连接。 无线电电子电气工程百科全书
www.diagram.com.ua |
查看其他文章 部分 
科技、新电子最新动态：
本页所有语言