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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kapazitätsmesser und EPS von Oxidkondensatoren – Anschluss an das Multimeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der Autor setzt das Thema der Messung der Parameter von Oxidkondensatoren mit einem Aufsatz zu den beliebten Multimetern der 83x-Serie fort. Die Stromversorgung der Set-Top-Box erfolgt wie bei früheren Entwicklungen über den internen ADC-Stabilisator des Multimeters. Die Messung des ESR (ESR) und der Kapazität von Oxidkondensatoren kann durchgeführt werden, ohne diese von der Platine zu entfernen. Die Artikel [1,2] beschreiben ein Gerät, das den ESR von Oxidkondensatoren misst. Es wäre viel praktischer, wenn auch deren Kapazität gemessen würde. Das Diagramm einer solchen Befestigung ist in Abb. dargestellt. 1.
Wichtigste technische Merkmale
Der Aufsatz besteht aus zwei Messgeräten: ESR und Kapazität. Mit dem Schalter SA2 wird die Art der Messung ausgewählt. In der Position „ESR“ wird der ESR des an den „Cx“-Buchsen (XS1, XS2) angeschlossenen Kondensators gemessen, in der Position „C“ die Kapazität. Der oben erwähnte Schaltungsaufbau des ESR-Messgeräts wurde aus [1, 2] entnommen, wo auch eine Beschreibung der Funktionsweise und des Aufbaus gegeben ist. Der Schalter SA2 (Abschnitt SA2.2) wurde hinzugefügt, um die Buchse XS2 beim Messen der Kapazität vom gemeinsamen Kabel zu trennen, und die Verbindung der Drain- und Source-Anschlüsse des Transistors VT3 wurde geändert, um den Nebenschlusseffekt seiner internen Diode auf die Genauigkeit zu beseitigen seine Messung. Durch die Reduzierung der Kapazität des Kondensators C6 auf 0,22 Mikrometer konnte die Zeit zum Ermitteln der Messwerte auf 4 s verkürzt werden. Der Einfluss der Spannung am Kondensator C9 auf die Genauigkeit der ESR-Messung wird durch die Reduzierung des Widerstandswerts des Widerstands R3 ausgeschlossen. Das Kapazitätsmessgerät ist nach einem bekannten Schema aufgebaut, das bereits 1983 von der britischen Zeitschrift „Wireless World“ und in russischer Übersetzung – 1984 von der Zeitschrift „Radio“ [3] veröffentlicht wurde. Die niedrige Ausgangsspannung (3 V) und die geringe Belastbarkeit des ADC-Stabilisators des Multimeters erforderten den Einsatz von Niederspannungs-Rail-to-Rail-Operationsverstärkern DA1-DA3 mit einem Stromverbrauch von nicht mehr als 45 μA im Kapazitätsmesser [ 4]. Die für den Betrieb des Messgeräts erforderliche Versorgungsspannung von -3 V wird von einem hocheffizienten Spannungswandler auf dem DA4-Chip bezogen, der nach einer Standardschaltung angeschlossen ist. Der auf den Operationsverstärkern DA1.1, DA1.2, DA2.1 aufgebaute Funktionsgenerator erzeugt am Ausgang des Komparators am Operationsverstärker DA1.1 bipolare Impulssignale mit rechteckiger Form und am Ausgang des Integrators dreieckige am Operationsverstärker DA2.1, jeweils dargestellt in Abb. 2,a und b. Der Knoten auf DA1.2 ist ein Wechselrichter, der positives Feedback liefert. Mit dem Schalter SA50 wird die Kapazitätsmessgrenze je nach Generatorfrequenz (5, 0,5 oder 1 Hz) gewählt. Die Amplitude der Dreieckssignale am Ausgang des Integrators wird durch das Verhältnis der Widerstände der Widerstände R1 und R4 des Komparators angegeben. Es beträgt 2 V.
Diese Signale, deren Amplitude durch einen Widerstandsspannungsteiler R10R11 auf 50 mV reduziert wird, werden einem Pufferverstärker mit einer Spannungsverstärkung eins zugeführt, der auf einem Operationsverstärker DA2.2 aufgebaut ist. Das Signal von seinem Ausgang wird dem gemessenen Kondensator C zugeführtх, wovon ein Pin mit der Buchse XS1 verbunden ist. Bei einer solchen Amplitude dieses Signals können Messungen in den meisten Fällen durchgeführt werden, ohne den Kondensator von der Platine zu entfernen. Buchse XS2, an der der andere Anschluss des zu messenden Kondensators angeschlossen ist, ist über den Widerstand R17 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA3.2 verbunden. Bei Anschluss eines Kondensators bilden dieser Operationsverstärker und der Widerstand R18 einen Differenzierer, an dessen Ausgang mehrpolare trapezförmige Impulse erscheinen (Abb. 2c). Der maximale Eingangsstrom des Differenzierers, der dem Ausgangsstrom des Pufferverstärkers entspricht, wird durch denselben Widerstand R18 (R17) begrenzt Ein Synchrondetektor ist auf einem VT4-Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate montiert. Der Einsatz eines Feldeffekttransistors mit pn-Übergang ist hier, wie in [3], aufgrund der geringen Versorgungsspannung nicht möglich. Ein auf dem Operationsverstärker DA3.1 und dem Feldeffekttransistor VT1 basierender Komparator steuert den Zustand des Synchrondetektors. Betrachten wir seinen Betrieb ab dem Moment, in dem der Kondensator C angeschlossen wirdх. Mit dem Erscheinen eines rechteckigen Impulses negativer Polarität am Ausgang des Komparators am Operationsverstärker DA1.1 (Abb. 2, a) öffnet sich der Transistor VT1 und die Versorgungsspannung von +3 V wird dem nichtinvertierenden Eingang von zugeführt Der Komparator ist am Operationsverstärker DA3.1 montiert. An seinem Ausgang erscheint und bleibt eine Spannung von ca. +3 V (Abb. 2d), sodass der Transistor VT4 geschlossen ist. Dieser Zustand des Komparators und Transistors VT4 bleibt auch bei positiver Polarität eines Dreieckimpulses erhalten, der vom Ausgang des Funktionsgenerators über den Widerstand R3.1 zum nichtinvertierenden Eingang DA12 gelangt. Wenn sich die Polarität eines Dreiecksimpulses ändert und sich die Spannung linear von 0 auf -2 V zu ändern beginnt (Abb. 2, b), ist der Transistor VT1 bereits geschlossen (Spannung an seinem Gate + 3 V) und am Ausgang des Vom Eingang des Komparators wird ein negativer Impuls gesetzt und zum Zeitpunkt tH3M die Spannung auf etwa -3 V gehalten (Abb. 2d). Der Transistor VT4 des Synchrondetektors öffnet. Zu diesem Zeitpunkt hat der trapezförmige Impuls positiver Polarität am Ausgang des Differenzierers bereits die flachste Spitze und der Wert seiner Amplitude ist bekanntlich proportional zur gemessenen Kapazität Cх. Mit dem Erscheinen des nächsten Rechteckimpulses negativer Polarität am Ausgang des Operationsverstärkers DA1.1 wiederholt sich der Vorgang. Die erfassten Teile der trapezförmigen Impulse vom Ausgang des Detektors (Abb. 2, c, e) über den Widerstand R19 werden dem Kondensator C9 zugeführt, der schnell auf seinen Amplitudenwert aufgeladen wird (Abb. 2, f). Der Widerstand begrenzt den Ladestrom. Am Kondensator C9 liegt eine konstante Spannung proportional zur Kapazität C anхgelangt über einen Teiler, der aus dem Widerstandswert des Widerstands R16 und dem Eingangswiderstand des Multimeters (1 MOhm) besteht, zur Messung zum „VΩmA“-Eingang. Die Konsole ist beidseitig auf einem Brett aus Glasfaserfolie montiert. Die Leiterplattenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 3, und die Position der Elemente darauf ist in Abb. 4. Fotos der zusammengebauten Konsole sind in Abb. dargestellt. 5. Einzelner Pin XP1 „NPNc“ – passend vom Stecker. Die Pins XP2 „VΩmA“ und XP3 „COM“ stammen von defekten Multimeter-Messleitungen. Eingangsbuchsen XS1, XS2 - Schraubklemmenblock 350-02-021-12 Serie 350 von DINKLE. Die Schalter SA1, SA2 sind Schieberegler der Serien MSS, MS, IS, zum Beispiel MSS-23D19 (MS-23D18) bzw. MSS-22D18 (MS-22D16). Die Kondensatoren C2, C3 sind importierte Folienausgangskondensatoren für eine Spannung von 63 V. Alle anderen Kondensatoren sind für die Oberflächenmontage vorgesehen. Kondensatoren C1, C4-C7 – Keramikgröße 1206, C8 – 0808, C9-C11 – Tantal B. Alle Widerstände haben die Größe 1206. BSS84-Transistoren sind mit IRLML6302 und IRLML2402 mit FDV303N austauschbar. Bei einem anderen Austausch ist zu berücksichtigen, dass die Schwellenspannung, der Leerlaufwiderstand und die Eingangskapazität (Ciss) Transistoren müssen mit denen identisch sein, die ersetzt werden. Der IRLML6346-Transistor ist in Artikel [1] beschrieben. Ersetzen wir beispielsweise den Operationsverstärker AD8442AR durch den LMV358IDR. Bei einem solchen Austausch muss die Kapazität der Kondensatoren C2–C4 um ein Vielfaches erhöht werden (z. B. 1, 0,1 bzw. 0,01 μF) und der Widerstandswert des Widerstands R5 um den gleichen Betrag verringert werden. Es ist auch möglich, den Haushalts-Operationsverstärker KF1446UD4A zu verwenden, allerdings erhöht sich der von der Set-Top-Box verbrauchte Strom um 1 mA.
Die Anschlüsse der Schutzdioden VD3, VD4, der Mikroschaltung DA4 und des Schalters SA2 sind an den Stellen, an denen auf beiden Seiten der Leiterplatte Kontaktflächen dafür vorhanden sind, beidseitig angelötet. Die Pins XP1 – XP3 werden auf die gleiche Weise verlötet, und XP2, XP3 werden zuerst durch Löten befestigt, dann wird ein Loch „an Ort und Stelle“ gebohrt und Pin XP1 wird eingelötet. Ein Stück verzinnter Draht wird in das Loch nahe dem unteren Anschluss des Widerstands R11 auf der Platine eingeführt und auf beiden Seiten verlötet. Vor dem Einbau sollte Pin 7 des DA4-Chips gebogen oder gekürzt werden. Beim Arbeiten mit dem Aufsatz wird der Schalter für die Betriebsart des Multimeters auf die Position Gleichspannungsmessung bei einem Grenzwert von 200 mV gestellt. Vor der Kalibrierung wird die Set-Top-Box zunächst an eine autonome Stromquelle mit einer Spannung von 3 V angeschlossen und der Stromverbrauch gemessen, der 3 mA nicht überschreiten sollte, und anschließend an ein Multimeter angeschlossen. Stellen Sie anschließend den Schalter SA2 auf Position „C“ (unten gemäß Diagramm in Abb. 1) und schließen Sie einen Oxidkondensator mit bekannter Kapazität an die Buchsen XS1, XS2 an. Der Schalter SA1 wird auf den entsprechenden Grenzwert eingestellt und der Widerstand R5 wird verwendet, um die gewünschten Messwerte auf dem Indikator zu erreichen. Befindet sich der Schalter in der Mittelstellung, sollten die Messwerte mit 10 multipliziert werden, in der oberen Stellung mit 100. Um den Messfehler zu reduzieren, muss die Kapazität der Kondensatoren C2-C4 an jedem Grenzwert gewählt werden. Die Platine verfügt über Kontaktpads zum Einbau zusätzlicher Keramikkondensatoren der Größe 0805. Bitte beachten Sie, dass der Widerstand R5 auf der Platine zur einfacheren Montage aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen besteht (in Abb. 4 sind sie mit R5' und R5'' bezeichnet). . Die Kalibrierung des ESR-Messgeräts ist in Artikel [1] beschrieben. Wenn die Widerstände R14, R15 bei geschlossenen „Cx“-Buchsen [5] keine Nullwerte einstellen können, ist dies möglich, wenn ein VT3-Transistor mit einer kleinen Durchgangskapazität und dem Endwiderstand der geschlossenen Kontakte des Schalterabschnitts SA2.2 installiert wird .0805, Sie sollten die Gate-Drain-Anschlüsse des Transistor-Keramikkondensators mit einer Kapazität von mehreren zehn Picofarad verbinden und die Anpassung wiederholen. Die Leiterplatte verfügt über Kontaktpads für einen Kondensator der Größe 6. In Abb. Abbildung 3300 zeigt eine Befestigung mit einem Multimeter bei der Messung eines Kondensators mit einer Nennkapazität von XNUMX μF.
Bei häufiger Nutzung der Set-Top-Box kann es zu einem Verschleiß der Kontakte des SA2-Schalters kommen. Eine Instabilität des Widerstands der geschlossenen Kontakte des Abschnitts SA2.2 führt zu einer Erhöhung des ESR-Messfehlers. In diesem Fall empfiehlt es sich, anstelle der mechanischen Kontakte SA2.2 einen schaltenden Feldeffekttransistor ähnlich IRLML6346 (VT2) mit einem offenen Kanalwiderstand von nicht mehr als 0,05 Ohm zu verwenden. Der Source-Anschluss des Transistors ist mit dem gemeinsamen Draht verbunden, der Drain mit dem Source-Anschluss des Transistors VT2 und das Gate mit Pin 14 von DD1. Die PCB-Datei im Format Sprint LayOut 5.0 kann von ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/01/ESR-C-meter.zip heruntergeladen werden. Literatur
Autor: S. Glibin
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