Kapazitätsmesser für Ionistoren und Kondensatoren mit hoher Kapazität. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Kapazität von Kondensatoren zu messen, aber nicht alle eignen sich für die Messung von Kapazitäten von mehr als einigen hundert Mikrofarad. Besonders große Probleme ergeben sich bei der Messung von Ionistoren, deren Kapazität 10 F oder sogar mehr erreichen kann. Mittlerweile gibt es eine relativ einfache und übrigens seit langem bekannte Methode, die auf der Messung der Ladezeit eines Kondensators von einer Spannungsquelle über einen Widerstand mit bekanntem Widerstandswert basiert. Wenn Sie bekanntlich einen Kondensator mit der Kapazität C über einen Widerstand mit dem Widerstand R an eine Spannungsquelle U anschließen (Abb. 1), beginnt der Kondensator aufzuladen und die Spannung an ihm (U) steigt_С) wird exponentiell ansteigen:

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

wobei e die Basis des natürlichen Logarithmus ist (e ≈ 2,718); t – Zeit; RC ist die sogenannte Zeitkonstante einer RC-Schaltung, die unabhängig von der Spannung ist. Zu der Zeit, wenn t = t_RC\uXNUMXd RC, die Spannung am Kondensator ist gleich U_C = U(1 - z^-1) ≈ U(1 - 0,367) ≈ 0,633U. Durch Messen des Zeitintervalls vom Beginn des Ladens des Kondensators bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an ihm den Wert von 0,633 U erreicht, ist es daher möglich, mit einer einfachen Berechnung die Kapazität des gemessenen Kondensators С = zu bestimmen T_RC/R. Wenn der Widerstandswert des Widerstands „rund“ ist, beispielsweise 10 kOhm, können alle Berechnungen problemlos im Kopf durchgeführt werden. Beispielsweise betrug für den angegebenen Widerstand die Ladezeit des Kondensators auf 0,633 U 46 s, dann die Kapazität des gemessenen Kondensators C_х = 46 / 10⁴ = 46 mF = 4600 uF. Der Umrechnungsfaktor beträgt in diesem Fall also K = 100 µF/s. Bei einem Widerstand R = 1 kOhm verringert sich die Messzeit um den Faktor 10 und der Umrechnungsfaktor K = 1000 μF/s.

Reis. 1. Abhängigkeit U_C von t

Nach diesem Prinzip funktioniert der vorgeschlagene Zähler. Sie können es in Form eines Präfixes an einen Computer oder ein anderes elektronisches Gerät mit integrierter Stoppuhr anschließen, beispielsweise an eine elektronische (elektronisch-mechanische) Uhr oder ein Mobiltelefon. Besonders hervorzuheben ist die relativ einfache Implementierung dieser Methode und das Fehlen einer Kalibrierung mithilfe von Referenzkondensatoren (ein digitales Voltmeter reicht aus). Darüber hinaus kann die Spannung auch beliebig sein (in vertretbaren Grenzen), Hauptsache sie ändert sich während der Messung nicht. Die Messung der Kapazität von Superkondensatoren kann mehrere Minuten dauern, in Kombination mit einem Messfehler von mehreren Prozent ist dies für die Amateurfunkpraxis durchaus akzeptabel.

Es ist zu beachten, dass der Messfehler durch Leckströme und den Serienwiderstand (ESR) von Kondensatoren und Kondensatoren beeinflusst wird. Beispielsweise kann der ESR einiger Ionistortypen 30 Ohm erreichen, und wenn Sie einen solchen Ionistor über einen 100-Ohm-Widerstand laden, kann der Messfehler mehrere zehn Prozent betragen. Daher muss der Widerstandswert des Widerstands, über den der Kondensator geladen wird, mindestens 1 kOhm betragen.

Die Leser sind herzlich eingeladen, sich den Messaufsatz zur elektronisch-mechanischen Uhr anzusehen. Das Schema des Geräts ist in Abb. dargestellt. 2. Die Stromversorgung erfolgt über eine in der Uhr eingebaute Batterie (1,5 V), auch die Uhr selbst kann bestimmungsgemäß verwendet werden. Im Ausgangszustand wird der Mikroschaltung die Versorgungsspannung zugeführt und die Uhr arbeitet im Normalmodus. Beim Anschließen der Set-Top-Box öffnen sich die Kontakte der XS1-Buchse, die Uhr stoppt und die Versorgungsspannung wird an die Set-Top-Box angelegt. Es enthält einen Boost-stabilisierten Spannungswandler auf dem DA1-Chip, einen Komparator auf dem Operationsverstärker DA2, einen elektronischen Schlüssel auf dem VT1-Transistor und eine Leuchtanzeige auf der HL1-LED.

Reis. 2. Gerätediagramm (zum Vergrößern anklicken)

Nach Anlegen der Versorgungsspannung an den Aufsatz wird der Transistor VT1 geschlossen und der Spannungswandler stromlos geschaltet. Um die Kapazität eines Kondensators oder eines Ionistors zu messen, wird dieser zunächst entladen und dann entsprechend der Polarität an die Anschlüsse XS2, XS3 angeschlossen und kurz die Taste SB1 „Start“ gedrückt. Die Uhr wird mit einer Versorgungsspannung versorgt und beginnt mit der Zeitzählung. Gleichzeitig beginnt der Spannungswandler zu arbeiten, an seinem Ausgang erscheint eine Spannung von 3,3 V und die HL1-LED leuchtet. Da der gemessene Kondensator entladen ist, ist die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA2 geringer als am nichtinvertierenden und der Ausgang beträgt 2 ... 2,2 V. Der Transistor VT1 öffnet und nach Freigabe des Durch Betätigen der SB1-Taste fließt die Spannung weiterhin zum Spannungswandler und zur Uhr, die die Ladezeit weiter herunterzählt. Die Wahl der Ausgangsspannung des Wandlers (3,3 V) ist darauf zurückzuführen, dass in diesem Fall der Kondensator auf die Spannung U aufgeladen wird_C = 3,3 0,633 = 2,088 V, daher können Sie mit dem Aufsatz die Kapazität von Superkondensatoren und Kondensatoren mit einer Nennspannung von 2 V oder mehr messen.

Sobald der Kondensator auf die angegebene Spannung aufgeladen ist, erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers DA2 eine Spannung nahe Null, der Transistor VT1 schließt, die Uhr und der Spannungswandler werden stromlos und die LED leuchtet ausschalten – der Messvorgang ist abgeschlossen. Es bleibt noch, die Uhr abzulesen und die Kapazität unter Berücksichtigung des vom Schalter SA1 eingestellten Umrechnungsfaktors zu bestimmen. Zur Vereinfachung der Messungen wird die Uhr vorab auf den Ursprung eingestellt. Um denselben Kondensator erneut zu messen, müssen Sie ihn zunächst entladen, indem Sie die SB2-Taste „Entladen“ mehrere zehn Sekunden lang drücken. Um einen Ionistor und einen Oxidkondensator mit einer Kapazität von mehr als mehreren tausend Mikrofarad zu entladen, muss dies mehrmals durchgeführt werden.

Die Anpassung beginnt mit der Überprüfung der Leistung des Spannungswandlers und der Einstellung der Schaltschwelle des Operationsverstärkers. Dazu werden die Anschlüsse von Kollektor und Emitter des Transistors VT1 vorübergehend mit einer Drahtbrücke kurzgeschlossen, die Anschlüsse XS2 und XS3 miteinander verbunden und eine Spannung von 1,5 V von einem einstellbaren Netzteil geliefert. Bei Änderung der Stellung des Schalters SA1 und Reduzierung der Versorgungsspannung auf 1,2 V sollte sich die Ausgangsspannung des Wandlers um nicht mehr als einige Prozent ändern. In der Schalterstellung SA1 „100“ wird an die Klemmen XS2, XS3 ein variabler (vorzugsweise mehrwindiger) Widerstand mit einem Widerstandswert von 33 kOhm angeschlossen. Wandlerausgangsspannung U_п gemessen mit einem Digitalvoltmeter mit einer Auflösung von mindestens drei Dezimalstellen. An den Klemmen XS2, XS3 wird ein variabler Widerstand mit der Spannung U = 0,633 U eingestellt_п. Anschließend wird durch Steuerung der Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers der Motor des Bauwiderstands R5 in eine Position gebracht, in der die geringste Änderung seiner Position zum Umschalten des Operationsverstärkers führt. Dadurch wird der Schaltfehler aufgrund der Vorspannung des Operationsverstärkers kompensiert. Nach dem Entfernen der Brücke zwischen Kollektor und Emitter des Transistors und dem variablen Widerstand ist das Präfix betriebsbereit.

Die Konsole verwendet Widerstände und Kondensatoren für die Oberflächenmontage. Festwiderstände RN1-12 und Kondensator C1 (K10-17V) – Größe 1206, Trimmerwiderstand – PVZ3A (POZ3A), PVA3A (RVG3A), Kondensator C2 – Tantal Größe A oder B. Um die Messgenauigkeit zu verbessern, sollten die Widerstände R3 und R4 verwendet werden mit einer Abweichung vom Nennwert von nicht mehr als 0,5 % gewählt werden. Sie können jeden Transistor mit geringer Leistung und einem Basisstromübertragungskoeffizienten (h) verwenden_21E) nicht weniger als 100. LED – erhöhte Helligkeit des grünen oder roten Leuchtens mit einem Gehäusedurchmesser von 3 oder 5 mm. Der Induktor ist auf einen ringförmigen Magnetkreis mit einem Durchmesser von 6 mm vom CFL-Transformator gewickelt und enthält 6 ... 7 Windungen PEV-2 0,3-Draht. Schalter – kleiner verschiebbarer PD9-1 (SPDT), B3001, B3037, Tasten – beliebig klein mit Selbstrückstellung, Clips XS2, XS3 – „Krokodil“.

Reis. 3. PCB-Zeichnung

Reis. 4. Anordnung der Elemente

Reis. 5. Aussehen des Geräts

Die meisten Teile sind auf einer einseitigen Glasfaserleiterplatte platziert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 3 und die Anordnung der Elemente - in Abb. 4. Die Tasten sind an der oberen Abdeckung des Gehäuses befestigt, darin sind Löcher für die LED und den Schalterschieber angebracht. In der Vorder- und Rückwand des Gehäuses sind Löcher für Kabel angebracht. Uhren - alle elektronisch-mechanischen, in deren Gehäuse Sie ein Nest installieren können. Ihre Verfeinerung ist minimal – Sie müssen die Leiterbahn von der „+“-Batterie zum Uhrenchip abschneiden und die XS1-Buchse (Buchse zum Anschluss von Stereokopfhörern) installieren. Das Aussehen des Geräts ist in Abb. dargestellt. 5.

Autor: I. Nechaev

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