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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Capacimètre de condensateur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Ce dispositif est basé sur le dispositif précédemment décrit dans notre revue [1]. Contrairement à la plupart de ces appareils, il est intéressant de pouvoir vérifier l'état et la capacité des condensateurs sans les démonter de la carte. En fonctionnement, le compteur proposé est très pratique et a une précision suffisante. Quiconque répare des équipements radio domestiques ou industriels sait qu'il est pratique de vérifier l'état des condensateurs sans les démonter. Cependant, de nombreux capacimètres à condensateur n'offrent pas une telle opportunité. Certes, une telle construction a été décrite dans [2]. Il a une petite plage de mesure, une échelle non linéaire avec un compte à rebours, ce qui réduit la précision. Lors de la conception d'un nouveau compteur, la tâche de créer un appareil avec une large plage, une échelle linéaire et une lecture directe a été résolue afin qu'il puisse être utilisé comme appareil de laboratoire. De plus, le dispositif doit être diagnostique, c'est-à-dire capable de vérifier les condensateurs shuntés par les jonctions p-n des dispositifs semi-conducteurs et les résistances des résistances. Le principe de fonctionnement de l'appareil est le suivant. Une tension de forme triangulaire est appliquée à l'entrée du différenciateur, dans lequel le condensateur testé est utilisé comme condensateur de différenciation. Dans le même temps, un méandre est obtenu à sa sortie avec une amplitude proportionnelle à la capacité de ce condensateur. Ensuite, le détecteur sélectionne la valeur d'amplitude du méandre et délivre une tension constante à la tête de mesure. L'amplitude de la tension de mesure sur les sondes de l'appareil est d'environ 50 mV, ce qui n'est pas suffisant pour ouvrir les jonctions p-n des dispositifs semi-conducteurs, ils n'ont donc pas leur effet de shunt. L'appareil dispose de deux interrupteurs. Fin de course "Scale" à cinq positions : 10 µF, 1 µF, 0,1 µF, 0,01 µF, 1000 pF. Le commutateur "Multiplier" (X1000, x10, x10, x1) modifie la fréquence de mesure. Ainsi, le dispositif dispose de huit sous-gammes de mesure de capacité allant de 10 000 μF à 1000 XNUMX pF, ce qui est pratiquement suffisant dans la plupart des cas. Le générateur d'oscillations triangulaires est assemblé sur l'amplificateur opérationnel du microcircuit DA1.1, DA1.2, DA1.4 (Fig. 1). L'un d'eux, DA1.1, fonctionne en mode comparateur et génère un signal rectangulaire, qui est envoyé à l'entrée de l'intégrateur DA1.2. L'intégrateur convertit les ondes carrées en ondes triangulaires. La fréquence du générateur est déterminée par les éléments R4, C1 - C4. Dans le circuit de rétroaction du générateur, il y a un onduleur sur l'amplificateur opérationnel DA1.4, qui fournit un mode auto-oscillant. Le commutateur SA1 permet de régler l'une des fréquences de mesure (multiplicateur) : 1 Hz (X1000), 10Hz (x10), 10Hz (x10), 1 kHz (X1).
L'ampli-op DA2.1 est un suiveur de tension, à sa sortie un signal de forme triangulaire d'une amplitude d'environ 50 mV, qui est utilisé pour créer un courant de mesure à travers le condensateur testé Cx. Étant donné que la capacité du condensateur est mesurée dans la carte, il peut y avoir une tension résiduelle dessus, par conséquent, afin d'éviter d'endommager le compteur, deux diodes de pont anti-parallèle VD1 sont connectées en parallèle à ses sondes. L'ampli-op DA2.2 fonctionne comme un différenciateur et agit comme un convertisseur courant-tension. Sa tension de sortie : Uout=(Rl2...R16) IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt. Par exemple, lors de la mesure d'une capacité de 100 uF à une fréquence de 100 Hz, il s'avère : Iin = Cx dU / dt = 100-100MB / 5MC = 2MA, Uout = R16 lBX = 1 kOhm mA = 2 V. Les éléments R11, C5 - C9 sont nécessaires au fonctionnement stable du différenciateur. Les condensateurs éliminent les processus oscillatoires sur les fronts des méandres, ce qui rend impossible la mesure précise de son amplitude. En conséquence, une onde carrée avec des fronts lisses et une amplitude proportionnelle à la capacité mesurée est obtenue à la sortie DA2.2. La résistance R11 limite également le courant d'entrée lorsque les sondes sont fermées ou lorsque le condensateur est cassé. Pour le circuit d'entrée du compteur, l'inégalité suivante doit être satisfaite : (3...5)CxR1<1/(2f). Si cette inégalité n'est pas satisfaite, alors en une demi-période, le courant IBX n'atteint pas une valeur constante, et le méandre n'atteint pas l'amplitude correspondante, et une erreur se produit dans la mesure. Par exemple, dans le compteur décrit dans [1], lors de la mesure d'une capacité de 1000 μF à une fréquence de 1 Hz, la constante de temps est définie comme Cx R25 \u10d 910OO uF - 0,91 Ohm \uXNUMXd XNUMX s. La moitié de la période d'oscillation T / 2 n'est que de 0,5 s, par conséquent, à cette échelle, les mesures se révéleront sensiblement non linéaires. Le détecteur synchrone se compose d'une clé sur un transistor à effet de champ VT1, d'une unité de contrôle de clé sur un amplificateur opérationnel DA1.3 et d'un condensateur de stockage C10. L'ampli-op DA1.2 envoie un signal de commande à la touche VT1 pendant la demi-onde positive du méandre, lorsque son amplitude est réglée. Le condensateur C10 stocke la tension continue émise par le détecteur. Depuis le condensateur C10, la tension portant des informations sur la valeur de la capacité Cx est transmise via le répéteur DA2.3 au microampèremètre RA1. Condensateurs C11, C12 - lissage. Du moteur de la résistance d'étalonnage variable R22, la tension est supprimée vers un voltmètre numérique avec une limite de mesure de 2 V. L'alimentation (Fig. 2) produit des tensions bipolaires de ±9 V. Les tensions de référence forment des diodes Zener thermiquement stables VD5, VD6. Les résistances R25, R26 définissent la tension de sortie requise. Structurellement, la source d'alimentation est combinée avec la partie de mesure de l'appareil sur une carte de circuit imprimé commune.
L'appareil utilise des résistances variables de type SPZ-22 (R21, R22, R25, R26). Résistances fixes R12 - R16 - type C2-36 ou C2-14 avec une tolérance de ± 1 %. La résistance R16 est obtenue en connectant plusieurs résistances sélectionnées en série. D'autres types de résistances R12 - R16 peuvent également être utilisées, mais elles doivent être sélectionnées à l'aide d'un ohmmètre numérique (multimètre). Les résistances fixes restantes sont toutes dotées d'une puissance de dissipation de 0,125 watts. Condensateur C10 - K53-1A, condensateurs C11 - C16 - K50-16. Condensateurs C1, C2 - K73-17 ou autres condensateurs à film métallique, C3, C4 - KM-5, KM-6 ou autres condensateurs céramiques avec TKE pas pire que M750, ils doivent également être sélectionnés avec une erreur ne dépassant pas 1% . Le reste des condensateurs - tout. Commutateurs SA1, SA2 - P2G-3 5P2N. Il est permis d'utiliser dans la conception le transistor KP303 (VT1) avec les indices de lettre A, B, C, F, I. Les transistors VT2, VT3 des stabilisateurs de tension peuvent être remplacés par d'autres transistors au silicium de faible puissance de la structure correspondante. Au lieu de OU K1401UD4, vous pouvez utiliser K1401UD2A, mais à la limite de "1000 pF", une erreur peut se produire en raison du décalage de l'entrée différentielle créée par le courant d'entrée DA2.2 à R16. Le transformateur de puissance T1 a une puissance globale de 1 W. Il est acceptable d'utiliser un transformateur avec deux enroulements secondaires de 12 V chacun, mais alors deux ponts redresseurs sont nécessaires. Un oscilloscope est nécessaire pour configurer et déboguer l'appareil. C'est une bonne idée d'avoir un fréquencemètre pour vérifier les fréquences de l'oscillateur triangulaire. Des condensateurs exemplaires seront également nécessaires. L'appareil commence à être réglé en réglant les tensions sur +9 V et -9 V à l'aide des résistances R25, R26. Après cela, le fonctionnement du générateur d'oscillations triangulaires est vérifié (oscillogrammes 1, 2, 3, 4 sur la Fig. 3). En présence d'un fréquencemètre, la fréquence du générateur est mesurée à différentes positions de l'interrupteur SA1. Il est acceptable que les fréquences diffèrent des valeurs de 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, mais elles doivent différer exactement 10 fois les unes des autres, car les lectures correctes de l'appareil à différentes échelles dépendent de ce. Si les fréquences du générateur ne sont pas un multiple de dix, la précision requise (avec une erreur de 1%) est obtenue en sélectionnant des condensateurs connectés en parallèle avec les condensateurs C1 - C4. Si les capacités des condensateurs C1 - C4 sont sélectionnées avec la précision requise, vous pouvez vous passer de mesurer les fréquences.
Vérifier ensuite le fonctionnement de l'OS DA1.3 (oscillogrammes 5, 6). Après cela, la limite de mesure est réglée sur "10 μF", le multiplicateur est réglé sur la position "x1" et un exemple de condensateur d'une capacité de 10 μF est connecté. En sortie du différentiateur, il doit y avoir des oscillations rectangulaires, mais avec des fronts resserrés et lissés, d'une amplitude d'environ 2 V (oscillogramme 7). La résistance R21 définit les lectures de l'appareil - l'écart de la flèche à la pleine échelle. Un voltmètre numérique (à une limite de 2 V) est connecté aux prises XS3, XS4 et une lecture de 22 mV est définie avec la résistance R1000. Si les condensateurs C1 - C4 et les résistances R12 - R16 correspondent précisément, les lectures de l'appareil seront des multiples sur d'autres échelles, ce qui peut être vérifié à l'aide de condensateurs de référence. La mesure de capacité d'un condensateur soudé dans une carte avec d'autres éléments est généralement assez précise entre 0,1 et 10 000 microfarads, sauf lorsque le condensateur est shunté avec un circuit résistif à faible résistance. Étant donné que sa résistance équivalente dépend de la fréquence Хс = 1/ωС, afin de réduire l'effet de shunt des autres éléments de l'appareil, il est nécessaire d'augmenter la fréquence de mesure avec une diminution de la capacité des condensateurs mesurés. Si, lors de la mesure de condensateurs d'une capacité de 10 000 microfarads, 1000 100 microfarads, 10 microfarads, 1 microfarads, respectivement, les fréquences de 10 Hz, 100 Hz, 1 Hz, 300 kHz sont utilisées, l'effet de shunt des résistances affectera le lecture de l'appareil avec une résistance de 4 Ohm connectée en parallèle (une erreur d'environ 0,1%) ou moins. Lors de la mesure de condensateurs d'une capacité de 1 et 1 microfarad à une fréquence de 4 kHz, une erreur de 30% sera due à l'influence d'une résistance connectée en parallèle, déjà avec une résistance de 3 et XNUMX kOhm, respectivement. Aux limites de 0,01 μF et 1000 pF, il est conseillé de vérifier les condensateurs avec les circuits shunt éteints, car le courant de mesure est faible (2 μA, 200 nA). Il convient de rappeler, cependant, que la fiabilité des petits condensateurs est sensiblement plus élevée en raison de la conception et de la tension admissible plus élevée. Parfois, par exemple, lors de la mesure de certains condensateurs avec un diélectrique d'oxyde (K50-6, etc.) avec une capacité de 1 microfarad à 10 microfarads à une fréquence de 1 kHz, une erreur apparaît, apparemment associée à l'inductance intrinsèque du condensateur et les pertes dans son diélectrique ; les lectures des instruments sont plus petites. Par conséquent, il est conseillé de faire des mesures à une fréquence plus basse (par exemple, dans notre cas à une fréquence de 100 Hz), bien que dans ce cas les propriétés de shunt des résistances parallèles affectent déjà leur résistance plus élevée. littérature
Auteur: V. Vasiliev, Naberezhnye Chelny
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