电离器和大容量电容器的电容计。方案、说明

离子电阻和大容量电容器的电容表。无线电电子电气工程百科全书

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测量电容器电容的方法有多种，但并非所有方法都适合测量大于几百微法的电容。测量电离电阻时会出现特别大的问题，电离电阻的电容可达 10 F 甚至更高。同时，有一种相对简单且众所周知的方法，该方法基于通过已知电阻的电阻器测量从电压源到电容器的充电时间。如您所知，如果将电容为 C 的电容器通过电阻为 R 的电阻连接到电压源 U（图 1），电容器将开始充电，其两端的电压 (U_С）将呈指数增长：

U_C= U(1 - e^-t/(RC)),

其中 e 是自然对数的底 (e ≈ 2,718)； t——时间； RC就是所谓RC电路的时间常数，它与电压无关。当t=t时_RCRC，电容器两端的电压将等于 U_C = U(1 - e^-1) ≈ U(1 - 0,367) ≈ 0,633U。因此，通过测量电容器开始充电到其两端电压达到0,633U的时间间隔，可以通过简单的计算，确定被测电容器的电容量 С = t_RC/R。如果电阻器的阻值是“圆形”的，例如10 kOhm，那么所有计算都可以在头脑中轻松完成。例如，对于所示电阻，电容器充电至0,633U的时间为46 s，则被测电容器C的电容量为_х = 46 / 10⁴ = 46 毫法 = 4600 微法。因此，在这种情况下，转换因子为 K = 100 μF/s。对于电阻R = 1 kOhm，测量时间将减少10倍，转换系数K = 1000 μF/s。

电离器和大电容器的电容计
米。 1.依赖U_C 从T

根据这一原理，所提出的仪表可以工作。您可以将其制成计算机或其他带有内置秒表的电子设备的前缀形式，例如电子（电子机械）时钟或手机。特别值得注意的是该方法相对容易实施，并且不需要使用参考电容器进行校准（数字电压表就足够了）。另外，电压也可以是任意的（在合理的范围内），最主要的是它在测量过程中不会改变。测量离子电阻的电容可能需要几分钟的时间，加上百分之几的测量误差，这对于业余无线电实践来说是完全可以接受的。

需要注意的是，测量误差受电容器和电容器的漏电流和串联电阻（ESR）的影响。例如，某些类型的离子电阻器的ESR可以达到30欧姆，如果通过100欧姆的电阻给这样的离子电阻器充电，测量误差可达百分之几十。因此，用于对电容器充电的电阻器的电阻必须至少为 1 kOhm。

请读者了解电子机械钟的测量附件。该装置的方案如图2所示。 1,5.由手表内置电池供电（1V），手表本身也可以用于其预期用途。在初始状态下，向微电路提供电源电压，时钟工作在正常模式。当连接机顶盒时，XS1插座的触点打开，时钟停止，并向机顶盒提供电源电压。它包含DA2芯片上的升压稳压转换器、运放DA1上的比较器、VT1晶体管上的电子钥匙和HLXNUMX LED上的指示灯。

米。 2.设备示意图（点击放大）

在向附件施加电源电压后，晶体管VT1闭合并且电压转换器断电。要测量电容器或离子电阻器的电容，首先将其放电，然后根据极性连接到端子 XS2、XS3，并短暂按下按钮 SB1“启动”。时钟得到电源电压后，开始计时，同时电压转换器开始工作，其输出出现3,3V电压，HL1 LED点亮。由于被测电容已放电，运算放大器 DA2 反相输入端的电压小于同相输入端的电压，输出为 2 ... 2,2 V。晶体管 VT1 将打开，释放SB1按钮，电压将继续流向电压转换器和时钟，从而继续倒计时充电时间。选择转换器的输出电压 (3,3 V) 是因为在这种情况下电容器将充电至电压 U_C ≥3,3 0,633 ≤2,088 V，因此，使用该附件，可以测量超级电容器和额定电压2V以上的电容器的电容。

一旦电容器充电到规定电压，运放DA2的输出端就会出现接近于零的电压，晶体管VT1将截止，时钟和电压转换器将断电，LED将亮起。关闭——测量过程完成。剩下的就是读取时钟并确定容量，同时考虑开关 SA1 设置的转换系数。为了测量方便，时钟预先设置在原点。要重新测量同一电容器，必须先按下 SB2“放电”按钮数十秒将其放电。要对容量超过数千微法的离子电阻器和氧化物电容器进行放电，必须进行多次。

调整首先检查电压转换器的性能并设置运算放大器的开关阈值。为此，用跳线暂时短接晶体管VT1的集电极和发射极的端子，将端子XS2和XS3彼此连接，并由可调电源提供1,5V的电压。当改变开关 SA1 的位置并将电源电压降低至 1,2V 时，转换器的输出电压变化不应超过几个百分点。在开关位置SA1“100”处，电阻为2kOhm的可变（优选多匝）电阻器连接至端子XS3、XS33。转换器输出电压U_п 使用分辨率至少为小数点后三位的数字电压表进行测量。 XS2、XS3端子上设置可变电阻电压U≥0,633 U_п。然后，通过控制运算放大器输出端的电压，将构造电阻器R5的引擎设置到一个位置，在该位置中，其位置的最轻微变化都会导致运算放大器的切换。因此，由于运算放大器偏置电压引起的开关误差将得到补偿。去掉晶体管集电极和发射极与可变电阻之间的跳线后，前缀为\uXNUMXb\uXNUMXbready可运行。

控制台使用电阻器和电容器进行表面安装。固定电阻器 RN1-12 和电容器 C1 (K10-17v) - 尺寸 1206，微调电阻器 - PVZ3A (POZ3A)、PVA3A (RVG3A)，电容器 C2 - 钽尺寸 A 或 B。为了提高测量精度，电阻器 R3 和 R4 应选用时与标称值的偏差不大于0,5%。您可以使用任何具有基极电流传输系数 (h_21E) 不小于 100。 LED - 外壳直径为 3 或 5 毫米的绿色或红色发光亮度增加。电感器缠绕在来自 CFL 变压器的直径为 6 mm 的环形磁路上，并包含 6 ... 7 匝 PEV-2 0,3 导线。开关 - 小型滑动 PD9-1 (SPDT)、B3001、B3037，按钮 - 任何小型带自复位功能，夹子 XS2、XS3 - “鳄鱼”。

电离器和大电容器的电容计
米。 3、PCB制图

电离器和大电容器的电容计
米。 4.元素的布局

电离器和大电容器的电容计
米。 5、设备外观

大部分零件都放置在单面玻璃纤维印刷电路板上，其图纸如图3所示。 4、以及元素的布局 - 如图所示。 1. 按钮固定在外壳顶盖上，上面开有 LED 孔和开关滑块。外壳的前壁和后壁均设有用于布线的孔。手表 - 任何电子机械手表，您可以在其中安装一个巢。它们的改进是最小的 - 您需要切割从“+”电池到时钟芯片的印刷导体并安装 XS5 插座（用于连接立体声耳机的插孔）。装置外观如图所示。 XNUMX.

作者：I. Nechaev

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