Описание и настройка устройства. Измеритель емкости конденсаторов своими руками

29.07.2023

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе "Омы" удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе "кОм х 1" можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе "кОм х 10" — в десятки микрофарад, на пределе "кОм х 100" — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе "кОм х 1000" или "МОм" — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12...20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 ...2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17...500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50...1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку "Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра". Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ...0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от... мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

Самодельные измерительные приборы

В. ВАСИЛЬЕВ, г. Набережные Челны
Радио, 1998 год, №4

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. Правда, одна подобная конструкция была описана в . Она имеет небольшой диапазон измерения, нелинейную шкалу с обратным отсчетом, что снижает точность. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным. Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Схема прибора

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов "Шкала" с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем "Множитель" (Х1000, х10О, х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10 000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1 - С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10Гц(х10О), 10ОГц(х10), 1 кГц(Х1).

ОУ DA2.1 - повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток - напряжение. Его выходное напряжение:

Uвых=(Rl2...R16)·IBX=(Rl2...Rl6)Cx-dU/dt.

Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Cx·dU/dt=100-100MB/5MC = 2MA, Uвых= R16 ·lBX= 1 кОм · мА= 2 В.

Элементы R11, С5 - С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство:

(3...5)CxR1<1/(2f).

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток IBX не достигает установившегося значения, а меандр - соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как

Сх·R25 = 10ОО мкФ - 910 Ом = 0,91 с.

Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 - сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12 - R16 - типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1%. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12 - R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы - любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 - К53- 1А, конденсаторы С11 - С16 - К50-16. Конденсаторы С1, С2 - К73-17 или другие метал-лопленочные, СЗ, С4 - КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1%. Остальные конденсаторы - любые.

Переключатели SA1, SA2 - П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КПЗОЗ (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе "1000 пФ" возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1%) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1 - С4. Если емкости конденсаторов С1 - С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения "10 мкФ", множитель - в положение "х1" и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкф. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора - отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 - С4 и резисторы R12 - R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 - 10 000 мкф, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс = 1/ωС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкф, 1000 мкФ, 100 мкф, 10 мкф использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4%) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкф на частоте 1 кГц ошибка в 4% будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкф и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкф до 10 мкф на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. - Радио. 1993, ╧ 6, с 21 - 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. - Радио, 1989, ╧ 6, с. 44.

Большое спасибо за проделанную работу. Еще один из выводов на основании прочитанного:Головка в 1 мА оказалась тупа для такого детектора. ведь именно включение последовательно с головкой резистора растягивает шкалу. Поскольку большая точность не нужна можно попробовать головку от магнитофона. (одна беда она изрядно электризуется, чуть рукавом свитера задел и стрелка сама на пол шкалы скачет) а ток полного отклонения около 240 мкА (точное название М68501)
А вообще чтоб конденсатор выбраковать разве недостаточно шкалы ом до 10-12?

Приставка к мультиметру - измеритель ESR

Идеальный конденсатор, работая на переменном токе должен обладать только реактивным (емкостным) сопротивлением. Активная составляющая должна быть близка к нулю. Реально, хороший оксидный (электролитический) конденсатор должен обладать активным сопротивлением (ESR) не более 0,5-5 Ом (зависит от емкости, номинального напряжения). Практически, в аппаратуре, проработавшей несколько лет, можно встретить, казалось бы исправный конденсатор емкостью 10 мкФ с ESR до 100 Ом и более. Такой конденсатор, несмотря на наличие емкости, - негоден, и скорее всего является причиной неисправности или некачественной работы аппарата, в котором он работает.

На рисунке 1 показана схема приставки к мультиметру для измерения ESR оксидных конденсаторов. Чтобы измерить активную составляющую сопротивления конденсатора необходимо выбрать такой режим измерения, при котором реактивная составляющая будет очень мала. Как известно, реактивное сопротивление емкости снижается с увеличением частоты. Например, на частоте 100 кГц при емкости 10 мкФ реактивная составляющая буде менее 0,2 Ом. То есть, измеряя сопротивление оксидного конденсатора емкостью более 10 мкФ по падению на нем переменного напряжения частотой 100 кГц и более, можно утверждать, что. при заданной погрешности 10-20% результат измерения можно будет принять практически только как величину активного сопротивления.
И так, схема, показанная на рисунке 1, представляет собой генератор импульсов частоты 120 кГц, выполненный на логических инверторах микросхемы D1, делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R2,R3 и тестируемого конденсатора СХ, и измерителя переменного напряжения на СХ, состоящего из детектора VD1-VD2 и мультиметра, включенного на измерение малых постоянных напряжений.
Частота установлена цепью R1-C1. Элемент D1.3 является согласующим, а на элементах D1.4-D1.6 сделан выходной каскад.

Подстройкой сопротивления R2 выполняют юстировку прибора. Так как в популярном мультиметре М838 нет режима измерения малых переменных напряжений (а именно с этим прибором у автора работает приставка), в схеме пробника имеется детектор на германиевых диодах VD1-VD2. Мультиметр измеряет постоянное напряжение на С4.
Источником питания служит «Крона». Это такая же батарея, как та, которой питается мультиметр, но приставка должна питаться от отдельной батареи.
Монтаж деталей приставки выполнен на печатной плате, разводка и расположение деталей которой показаны на рисунке 2.
Конструктивно приставка выполнена в одном корпусе с источником питания. Для подключения к мультиметру используются Собственные щупы мультиметра. Корпусом служит обычная мыльница.
От точек Х1 и Х2 сделаны коротенькие щупы. Один из них жесткий, в виде шила, а второй гибкий длиной не более 10 см, око-неченый таким же заостренным щупом. Эти щупы можно подключать к конденсаторам, как к немонтированным, так к расположенным на плате (выпаивать их не требуется), что значительно упрощает поиск дефектного конденсатора при ремонте. Желательно подобрать к этим щупам «крокодильчики» для удобства проверки немонтированных (или демонтированных) конденсаторов.

Микросхему К561ЛН2 можно заменить аналогичной К1561ЛН2, ЭКР561ЛН2, а с изменениями в плате - К564ЛН2, CD4049.
Диоды Д9Б - любые гарманиевые, например, любые Д9, Д18, ГД507. Можно попробовать применить и кремниевые.
Выключатель S1 - микротумблер предположительно китайского производства. У него плоские выводы под печатный монтаж.
Налаживание приставки. После проверки монтажа и работоспособности подключите мультиметр. Желательно частотомером или осциллографом проверить частоту на Х1-Х2. Если она лежит в пределах 120-180 кГц, - нормально. Если нет, - подберите сопротивление R1.
Подготовьте набор постоянных резисторов сопротивлением 1 Ом, 5 Ом, 10 Ом, 15 Ом, 25 Ом, 30 Ом, 40 Ом, 60 Ом, 70 Ом и 80 Ом (или около того). Подготовьте лист бумаги. Подключите вместо испытуемого конденсатора резистор сопротивлением 1 Ом. Поверните ползунок R2 так, чтобы мультиметр показал напряжение 1 mV. На бумаге запишите «1 Ом = 1mV». Далее, подключайте другие резисторы, и, не меняя положение R2, делайте аналогичные записи (например. «60Ом = 17mV»).
Получится таблица расшифровки показаний мультиметра. Эту таблицу нужно аккуратно оформить (вручную или на компьютере) и наклеить на корпус приставки, так чтобы таблицей было удобно пользоваться. Если таблица бумажная, - наклейте на её поверхность скотч-ленты, чтобы защитить бумагу от истирания.
Теперь, проверяя конденсаторы, вы считываете показания мультиметра в милливольтах, затем по таблице примерно определяете ESR конденсатора и принимаете решение о его пригодности.
Хочу заметить, что эту приставку можно приспособить и для измерения емкости оксидных конденсаторов. Для этого нужно существенно понизить частоту мультивибратора, подключив параллельно С1 конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Для удобства можно сделать переключатель «С / ESR». Так же потребуется сделать еще одну таблицу, - со значениями емкостей.
Желательно, для соединения с мультиметром использовать экранированный кабель, чтобы исключить влияние наводок на показания мультиметра.

Аппарат, на плате которого вы ищите неисправный конденсатор, должен быть выключен, как минимум за полчаса до начала поисков (чтобы конденсаторы, имеющиеся в его схеме, разрядились).
Приставку можно использовать не только с мультиметром, но и с любым прибором, способным измерять милливольты постоянного или переменного напряжения. Если ваш прибор способен измерять малое переменное напряжение (милливольтметр переменного тока или дорогой мультиметр) можно детектор на диодах VD1 и VD2 не делать, а измерять переменное напряжение прямо на испытуемом конденсаторе. Естественно, табличку нужно делать под конкретный прибор, с которым вы планируете работать в дальнейшем. А в случае использования прибора со стрелочным индикатором можно на его шкалу нанести дополнительную шкалу для измерения ESR.

Радиоконструктор, 2009, №01 стр. 11-12 Степанов В.

Литература:
1 С Рычихин. Пробник оксидных конденсаторов Радио, №10, 2008, стр.14-15.

Более года использую прибор по схеме Д. Телеша из журнала "Схемотехника" №8, 2007 г., стр. 44-45.

На милливольтметре М-830В на диапазоне 200 мВ показания, без установленного конденсатора, - 165...175 мВ.
Напряжение питания 3 В (2 батарейки АА работали больше года), частота измерения от 50 до 100 кГц (установил 80 кГц подбором конденсатора С1). Практически измерял емкости от 0,5 до 10000 МкФ и ESR от 0,2 до 30 (при тарировке показания прибора в мВ оответствуют резисторам того-же номинала в Ом). Использовал для ремонта импульсных блоков питания ПК и БРЭА.

Практически готовая схема для проверки ЕПС, если собраь на КМОП, то будет работать и от 3-х вольт... .

ESR-метр

Т. е., прибор для измерения ЭПС - эквивалентного последовательного сопротивления.

Как выяснилось, работоспособность (электролитических - частности) конденсаторов, особенно тех, которые работают в силовых импульсных устройствах, влияет в значительной степени внутреннее эквивалентное последовательное сопротивление переменному току. Различные производители конденсаторов по разному относятся к значениям частоты, на которой должна определяться величина ЭПС, но частота эта не должна быть ниже 30кГц.

Величина ЭПС в какой-то степени связана с основным параметром конденсатора - емкостью, но доказано, что конденсатор может быть неисправным из-за большого собственного значения ЭПС, даже при наличии заявленной емкости.

вид снаружи

В качестве генератора использована микросхема КР1211ЕУ1 (частота при номиналах на схеме около 70кГц), трансформаторы могут быть применены фазоинверторные от БП АТ/АТХ - одинаковые параметры (коэффициенты трансформации в частности) практически от всех производителей. Внимание!!! В трансформаторе Т1 используется лишь половинка обмотки.

Головка прибора имет чувствительность 300мкА, но возможно использование других головок. Предпочтительно использование более чувствительных головок.

Шкала этого прибора растянута на треть при измерении до 1-го Ома. Десятая Ома легко отличима от 0,5 Ома. В шкалу укладываются 22 Ома.

Растяжку и диапазон можно варьировать с помощью добавления витков к измерительной обмотке (с щупами) и/или к обмоткам III того или иного трансформатора.

http://www. matei. ro/emil/links2.php

http://www. . au/cms/gallery/article. html? slideshow=0&a=103805&i=2

https://pandia.ru/text/78/437/images/image058_1.jpg" alt="image" width="550" height="374">

При подключении исправного конденсатора, светодиод должен гаснуть полностью, т. к. короткозамкнутые витки полностью срывают генерацию. При неисправных конденсаторах, светодиод продолжает гореть или чуть-чуть пригасает, в зависимости от величины ESR.

Простота данного пробника, позволяет собрать его в корпусе от обычного фломастера, основное место в нём уделяется батарее, кнопке включения и светодиоде выступающем над корпусом. Миниатюрность пробника позволяет разместить один из щупов, там же, а второй сделать максимально коротким проводом, что уменьшит влияние индуктивности щупов, на показания. К тому же не понадобится крутить головой, для визуального контроля индикатора и установки щупов, что часто неудобно в процессе работы.

Конструкция и детали.
Катушки трансформатора намотаны на одном кольце, желательно наименьшего размера, его магнитная проницаемость не очень важна, генераторные имеют число витков по 30 вит. каждая, индикаторная - 6 вит. и измерительная 4 вит. или 3 вит. (подбирается при настройке), толщина всех проводов 0,2-0,3мм. Измерительную обмотку следует мотать проводом не менее 1.0 мм. (Вполне подойдет монтажный провод – лишь бы обмотка уместилась на кольце.) R1 регулирует в небольших пределах частоту и потребляемый ток. Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания создаваемого проверяемым конденсатором, он, по соображения защиты от заряженного конденсатора, который разрядится через него и обмотку, должен быть 2-х ваттным. Варьируя его сопротивлением, можно легко отличить сопротивление от 0.5 Ом и выше, по свечению светодиода. Транзистор подойдёт любой маломощный. Питание осуществляется от одной батареи 1.5 вольта. В ходе испытаний прибора, его даже удавалось запитывать от двух щупов стрелочного омметра, включенного на единицы Ом.

Номиналы деталей:
Rоm
R2* - 1оm
C1- 1 мкФ
С2- 390пФ

Настройка.
Не представляет никаких трудностей. Правильно собранный генератор начинает работать сразу на частоте 50-60 кГц, если не загорится светодиод, нужно поменять полярность включения. Потом подключая к измерительной обмотке вместо конденсатора резистор 0.5-0.3 Ома добиваются еле заметного свечения, подбирая витки и резистор R2, но обычно их количество колеблется от 3-х до 4-х. В конце всего проверяют на заведомо исправном и неисправном конденсаторе. При наличии небольших навыков, легко распознаются ESR конденсатора до 0.3-0,2 Ома, что вполне достаточно для отыскания неисправного конденсатора, от ёмкости в 0,47 и до 1000мкФ. Вместо одного светодиода можно поставить два и в цепь одного из них включить стабилитрон на 2-3 вольта, но понадобится увеличить обмотку, да и конструктивно прибор усложнится. Можно сделать сразу два щупа, выходящими из корпуса, но следует предусмотреть расстояние между ними, чтоб было удобно мерить различные по величине, конденсаторы. (например - для SMD конденсаторов можно использовать идею ув. Barbos"а - и конструктивно выполнить пробник в виде пинцета)

Ещё одно применение этого прибора: им удобно проверять кнопки управления в аудио и видеоаппаратуре, т. к. со временем некоторые кнопки дают ложные команды из-за повышенного внутреннего сопротивления. Тоже касается и проверки печатных проводников на обрыв или проверки переходного сопротивления контактов.
Надеюсь, пробник займёт достойное место в строю приборов-помощников «жукостроителя».

Впечатление от использования этого пробника:
- я забыл, что такое неисправный конденсатор;
- 2/3 старых конденсаторов пришлось выкинуть.
Ну и самое приятное – в магазин и на базар без пробника я не хожу.
Продавцы конденсаторов – очень недовольны.

Измеритель емкости и индуктивности

Е. Терентьев
Радио, 4, 1995

http://www. *****/shem/schematics. html? di=54655

Предлагаемый стрелочный измеритель позволяет определять параметры большинства встречающихся в практике радиолюбителя катушек индуктивности и конденсаторов. Кроме измерений параметров элементов, прибор может быть использован как генератор фиксированных частот с декадным делением, а также как генератор меток для радиотехнических измерительных приборов.

Предлагаемый измеритель емкости и индуктивности отличается от аналогичного ("Радио", 1982, 3, стр.47) простотой и малой трудоемкостью изготовления. Диапазон измерений разбит подекадно на шесть поддиапазонов с предельными значениями емкости 100 пф - 10 мкф для конденсаторов и индуктивности 10 мкГн - 1 Гн для катушек индуктивности. Минимальные значения измеряемых емкости, индуктивности и точность измерения параметров на пределе 100 пф и 10 мкГн определяет конструктивная емкость клемм или гнезд для подключения выводов элементов. На остальных поддиапазонах погрешность измерения в основном определяется классом точности стрелочной измерительной головки. Потребляемый прибором ток не превышает 25 мА.

Принцип работы прибора основан на измерении среднего значения разрядного тока емкости конденсатора и ЭДС самоиндукции индуктивности. Измеритель, принципиальная схема которого приведена на рис.1, состоит из задающего генератора на элементах DD1.5, DD1.6 с кварцевой стабилизацией частоты, линейки делителей частоты на микросхемах DD2 - DD6 и буферных инверторов DD1.1 - DD1.4. Резистор R4 ограничивает выходной ток инверторов. Цепь из элементов VD7, VD8, R6, C4 используется при измерении емкости, а цепь VD6, R5, R6, C4 - при измерении индуктивности. Диод VD9 защищает микроамперметр PA1 от перегрузки. Емкость конденсатора C4 выбрана сравнительно большой, чтобы уменьшить дрожание стрелки на максимальном пределе измерения, где тактовая частота минимальна - 10 Гц.

В приборе использована измерительная головка с током полного отклонения 100 мкА. Если применить более чувствительную - на 50 мкА, то в этом случае можно уменьшить предел измерения в 2 раза. Семисегментный светодиодный индикатор АЛС339А используется как индикатор измеряемого параметра, его можно заменить индикатором АЛС314А. Вместо кварцевого резонатора на частоту 1 МГц можно включить слюдяной или керамический конденсатор емкостью 24 пф, однако при этом погрешность измерения увеличится на 3-4%.

Возможны замены диода Д20 диодами Д18 или ГД507, стабилитрона КС156А - стабилитронами КС147А, КС168А. Кремниевые диоды VD1-VD4, VD9 могут быть любыми с максимальным током не менее 50 мА, а транзистор VT1 - любым из типов КТ315, КТ815. Конденсатор CЗ - керамический К10-17а или КМ-5. Все номиналы элементов и частота кварца могут отличаться на 20 %.

Настройку прибора начинают в режиме измерения емкости. Переводят переключатель SB1 в верхнее по схеме положение и устанавливают переключатель диапазона SA1 в положение, соответствующее пределу измерения 1000 пФ. Подключив образцовый конденсатор емкостью 1000 пФ к клеммам XS1, XS2, движок подстроечного резистора R6 выводят в положение, при котором стрелка микроамперметра PA1 установится на конечное деление шкалы. Затем переводят переключатель SB1 в режим измерения индуктивности и, подключив к клеммам катушку индуктивности величиной 100 мкГн, в том же положении переключателя SA1 производят аналогичную калибровку подстроечным резистором R5. Естественно, точность калибровки прибора определяется точностью используемых образцовых элементов.

Измерения прибором параметров элементов желательно начинать с большего предела измерений для избежания резкого зашкаливания стрелки головки прибора. Для обеспечения питания измерителя можно использовать постоянное напряжение 10...15 В или переменное напряжение от подходящей обмотки трансформатора питания другого прибора с током нагрузки не менее 40...50 мА. Мощность отдельного трансформатора должна быть не менее 1 Вт.

В случае питания прибора от батареи аккумуляторов или гальванических элементов напряжением 9 В его можно упростить и повысить экономичность исключением диодов выпрямителя напряжения питания, индикатора HG1 и переключателя SB1, выведя на переднюю панель прибора три клеммы (гнезда) от точек 1, 2, 3, указанных на принципиальной схеме. При измерении емкости конденсатор подключают к клеммам 1 и 2, при измерении индуктивности катушку подключают к клеммам 1 и 3.

Примечание редакции. Точность измерителя LC со стрелочным индикатором в определенной степени зависит от участка шкалы, поэтому введение в схему переключаемого делителя частоты на 2, 4 или аналогичное изменение частоты задающего генератора (для варианта без кварцевого резонатора) позволяет снизить требования к габаритам и классу точности показывающего прибора.

Приставка-измеритель LC к цифровому вольтметру

http:///izmer/izmer4.php

Цифровой измерительный прибор в лаборатории радиолюбителя теперь не редкость. Однако не часто им можно измерить параметры конденсаторов и катушек индуктивности, даже если это мультиметр. Описываемая здесь простая приставка предназначена для использования совместно с мультиметрами или цифровыми вольтметрами (например, М-830В, М-832 и им подобными), не имеющими режима измерения параметров реактивных элементов.

Для измерения емкости и индуктивности с помощью несложной приставки использован принцип, подробно описанный в статье А. Степанова "Простой LC-метр" в "Радио" № 3 за 1982 г. Предлагаемый измеритель несколько упрощен (вместо генератора с кварцевым резонатором и декадного делителя частоты применен мультивибратор с переключаемой частотой генерации), но он позволяет с достаточной для практики точностью измерять емкость в пределах 2 пф...1 мкф и индуктивность 2 мкГн... 1 Гн. Кроме того, в нем вырабатывается напряжение прямоугольной формы с фиксированными частотами 1 МГц, 100 кГц, 10 кГц, 1 кГц, 100 Гц и регулируемой амплитудой от 0 до 5 В, что расширяет область применения устройства.

Задающий генератор измерителя (рис. 1) выполнен на элементах микросхемы DD1 (КМОП), частоту на его выходе изменяют с помощью переключателя SA1 в пределах 1 МГц - 100 Гц, подключая конденсаторы С1-С5. С генератора сигнал поступает на электронный ключ, собранный на транзисторе VT1. Переключателем SA2 выбирают режим измерения "L" или "С". В показанном на схеме положении переключателя приставка измеряет индуктивность. Измеряемую катушку индуктивности подключают к гнездам Х4, Х5, конденсатор - к ХЗ, Х4, а вольтметр - к гнездам Х6, Х7.

При работе вольтметр устанавливают в режим измерения постоянного напряжения с верхним пределом 1 - 2В. Следует учесть, что на выходе приставки напряжение изменяется в пределах 0... 1 В. На гнездах Х1, Х2 в режиме измерения емкости (переключатель SA2 - в положении "С") присутствует регулируемое напряжение прямоугольной формы. Его амплитуду можно плавно изменять переменным резистором R4.

Питается приставка от батареи GB1 с напряжением 9 В ("Корунд" или аналогичные ей) через стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD3.

Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5 или К561ЛА9 (исключив DD1.4), транзисторы VT1 и VT2-на любые маломощные кремниевые соответствующей структуры, стабилитрон VD3 заменим на КС156А, КС168А. Диоды VD1, VD2 - любые точечные германиевые, например, Д2, Д9, Д18. Переключатели желательно использовать миниатюрные.

Корпус прибора - самодельный или готовый подходящих размеров. Монтаж деталей (рис. 2) в корпусе - навесной на переключателях, резисторе R4 и гнездах. Вариант внешнего вида показан на рисунке. Разъемы ХЗ-Х5 - самодельные, изготовлены из листовой латуни или меди толщиной 0,1...0,2 мм, конструкция их понятна из рис. 3. Для подключения конденсатора или катушки необходимо ввести выводы детали до упора в клиновидный зазор пластин; этим достигается быстрая и надежная фиксация выводов.

Налаживание прибора производят с помощью частотомера и осциллографа. Переключатель SA1 переводят в верхнее по схеме положение и подбором конденсатора С1 и резистора R1 добиваются частоты 1 МГц на выходе генератора. Затем переключатель последовательно переводят в последующие положения и подбором конденсаторов С2 - С5 устанавливают частоты генерации 100 кГц, 10 кГц, 1 кГц и 100 Гц. Далее осциллограф подключают к коллектору транзистора VT1, переключатель SA2 - в положении измерения емкости. Подбором резистора R3 добиваются формы колебаний, близкой к меандру на всех диапазонах. Затем переключатель SA1 снова устанавливают в верхнее по схеме положение, к гнездам Х6, Х7 подключают цифровой или аналоговый вольтметр, а к гнездам ХЗ, Х4 - образцовый конденсатор емкостью 100 пф. Подстройкой резистора R7 добиваются показаний вольтметра 1 В. Потом переводят переключатель SA2 в режим измерения индуктивности и к гнездам Х4, Х5 подключают образцовую катушку с индуктивностью 100 мкГн, резистором R6 устанавливают показания вольтметра, также равные 1 В.

На этом настройка прибора заканчивается. На остальных диапазонах точность показаний зависит только от точности подбора конденсаторов С2 - С5. От редакции. Налаживание генератора лучше начать с частоты 100 Гц, которую устанавливают подбором резистора R1, конденсатор С5 не подбирают. Следует помнить, что конденсаторы СЗ - С5 должны быть бумажными или, что лучше, метаплопленочными (К71, К73, К77, К78). При ограниченных возможностях в подборе конденсаторов можно использовать и переключение секцией SA1.2 резисторов R1 и их подбор, а число конденсаторов надо уменьшить до двух (С1, СЗ). Номиналы сопротивлений резисторов составят в этом: случав 4,7: 47; 470 к0м.

(Радио 12-98

Список источников по теме ЭПС конденсаторов в журнале «Радио»

Хафизов Р. Пробник оксидных конденсаторов. - Радио, 2003, №10, с.21-22. Степанов В. ЭПС и не только... - Радио, 2005, №8, с.39,42. Васильев В. Прибор для проверки оксидных конденсаторов. - Радио, 2005, №10, с.24-25. Нечаев И. Оценка эквивалентного последовательного сопротивления конденсатора. - Радио, 2005, №12, с.25-26. Щусь А. Измеритель ЭПС оксидных конденсаторов. – Радио, 2006, №10, с. 30-31. Куракин Ю. Индикатор ЭПС оксидных конденсаторов. - Радио, 2008, №7, с.26-27. Платошин И. Измеритель ЭПС оксидных конденсаторов. - Радио, 2008, №8, с. 18-19. Рычихин С. Пробник оксидных конденсаторов. - Радио, 2008, №10, с.14-15. Табаксман В., Фелюгин В. Измерители ЭПС оксидных конденсаторов. - Радио, 2009, №8, с 49-52.

Измеритель ёмкости конденсаторов

В. Васильев, г. Набережные Челны

Это устройство построено на основе прибора, ранее описанного в нашем журнале . В отличие от большинства таких приборов оно интересно тем, что проверка исправности и емкости конденсаторов возможна и без их демонтажа из платы. В эксплуатации предлагаемый измеритель весьма удобен и имеет достаточную точность.

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. Правда, одна подобная конструкция была описана в . Она имеет небольшой диапазон измерения, нелинейную шкалу с обратным отсчетом, что снижает точность. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным. Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора , в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов "Шкала" с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем "Множитель" (Х1000, Х100, Х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1-С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10 Гц(х100), 100 Гц(х10), 1 кГц(х1).

Рис. 1

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток - напряжение. Его выходное напряжение: Uвых=(R12...R16) Iвх=(R12...R16)Cх dU/dt. Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Сх dU/dt=100 100 мВ/5 мс=2мА, Uвых= R16 Iвх=1 кОм мА=2 В.

Элементы R11, С5-С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство: (3...5)СхR11<1/(2f).

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток Iвх не достигает установившегося значения, а меандр - соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как Cх R25=1000 мкФ 910 Ом=0,91 с. Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Рис. 2

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12-R16 - типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1 %. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12-R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы - любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 - К53-1 А, конденсаторы С11-С16 - К50-16. Конденсаторы С1, С2 - К73-17 или другие металлопленочные, СЗ, С4 - КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1 %. Остальные конденсаторы - любые.

Переключатели SA1, SA2 - П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КП303 (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе "1000 пФ" возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1 %) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1-С4. Если емкости конденсаторов С1-С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Цифровой измерительный прибор в лаборатории каждого радиолюбителя сейчас не редкость. Но не все из них могут измерить характеристики конденсаторов. Измеритель, электрическая схема которого изображена на рисунке ниже, специализирован для замера емкости конденсаторов в четырех поддиапазонах:

0…0,01 микрофарад;
0…0,1 микрофарад;
0…1,0 микрофарад;
0…10,0 микрофарад.

В роли устройства отображения применяется жидкокристаллический индикатор марки ИЖЦ-5. Основа функционирования измерителя емкости конденсаторов следующая:

На радиоэлементах DD1.1 и DD1.2 собран управляемый низкочастотный генератор сигналов, частота работы которого зависит характеристиками внешних радиоэлементов R2 - C4 (С1 - C3). Контролируется генератор по выводу 2 DD1.1, к которому подключается RC-цепь.

Измеряемый конденсатор Сх подсоединяется к клеммам Х1 и при замыкании контактов 1 - 3 кнопки SВ1 сперва разряжается, а после, при отпускании кнопки SВ1, - заряжается от источника Uпит. +9 В сквозь одно из сопротивлений R4-R7 в зависимости от избранного поддиапазона.

Время заряда емкости Сх задает момент работы генератора, то есть на его выходе (выв. 4 DD1.2) будет образовано конкретное количество импульсов, пропорциональное емкости Сх. Эти сигналы идут на ввод частотомера, собранного на счетчиках DD2-DD5 марки К176ИЕ4. Эта микросхема являет собой декаду с преобразованием кода счетчика в код семи-сегментного индикатора.

Выходы каждой микросхемы DD2-DD5 подсоединены к подходящим выводам четырех разрядного индикатор HG1. Для стабильной работы индикатора ИЖЦ-5, на его общий электрод (выв. 1, 34) подаются прямоугольные сигналы с выхода генератора на радиоэлементах DD1.3, DD1.4. Эти же сигналы идут на вывод 6 DD2-DD5 для контроля за выходными сигналами микросхем (выв. 17).

Генератор на радиоэлементах DD6.1, DD6.2 формирует рабочий цикл прибора (1,5…2 с). Когда на выходе генератора высокое напряжение, емкость С7 заряжается сквозь сопротивление R3 и на выводе 5 DD2-DD6 образуется короткий положительный сигнал - электросигнал сброса счетчиков в нулевое состояние.

Затем нажимают кнопку SА1 «Измерение» и на индикаторе в течение 1,5…2 с отражается величина емкости конденсатора Сх. Для контроля точности измерителя емкости включен эталонная емкость С6, которая подсоединяется ко входу измерителя посредством выключателя SА1.

Настройка измерителя емкости

После монтажа электрической схемы на нее подают Uпит. +9 В и испытывают работоспособность генераторов на радиоэлементах DD1.3, DD1.4 и DD6.1, DD6.2. Если они исправны, то на индикаторе HG1 будут светится во всех разрядах «О». Далее замыкают между собой выводы 1, 2 DD1.1, в результате на выводах 4 DD1.4 должны образоваться сигналы и индикация HG1 изменятся.

Испытывают работоспособность генератора на всех диапазонах, переводя на них с помощью переключателей SА2 - SА5. В самом высокочастотном диапазоне (вкл SА5) добиваются стабильной генерации посредством переменного резистора R2. В след за этим размыкают выводы 1, 2 DD1.1. подсоединяют ко входу Сх эталонную емкость 1000 пФ, переключаются на диапазон «0…0,01 мк» и после сброса значений индикатора HG1 нажимают а затем отпускают кнопку SВ1 «Измерение».

На индикаторе отобразится определенное значение. Повторяя этапы замера переменным резистором R7 добиваются отображения «1000» на HG1. Так же настраивается электрическая схема и на иных поддиапазонах, только следует применить другие эталонные емкости (0,01 микрофарад, 0,1 микрофарад, 1,0 микрофарад). После этого регулировку измерителя емкости конденсаторов возможно считать завершенной.

Детали измерителя емкости конденсаторов

Емкости С1 - С4, С6 должны быть металлопленочные марки К71, К73, К77, К78. Микросхему 561ЛА7 возможно поменять на 176ЛА7. В роли ИП возможно применить батарейку марки «Крона» либо аккумулятор 7Д - 0,1 или сетевой источник питания.

«Конструкции и технологии в помощь любителям электроники», Елагин Н.А

Приборы, у которых отсчет измеряемой емкости конденсатора производится по шкале стрелочного измерителя, называют фарадометрами или микрофарадометрами. Конденсаторный микрофарадометр, описанный ниже, отличается широким диапазоном измеряемых емкостей, простотой схемы и налаживания.

Принцип действия микрофарадометра основан на измерении среднего значения силы разрядного тока измеряемого конденсатора, периодически перезаряжаемого с частотой F . На рис. 1 приведена упрощенная схема измерительной части прибора, питаемого импульсным напряжением прямоугольной формы, поступающим от генератора импульсов Г. При наличии напряжения

Рис. 1. Упрощенная схема измерительной части прибора

U имп на выходе генератора через диод Д1 происходит быстрый заряд конденсатора С х. Параметры схемы выбираются таким образом, что время заряда конденсатора значительно меньше длительности импульса t и, поэтому конденсатор С х успевает зарядиться полностью до напряжения U имп еще до окончания действия последнего. В интервале времени t и между импульсами конденсатор разряжается через внутреннее сопротивление генератора R г и микроамперметр μА1, измеряющий среднее значение силы разрядного тока. Постоянная времени разрядной цепи конденсатора С х значительно меньше времени паузы t п , поэтому конденсатор практически полностью успевает разрядиться за время перерыва между импульсами, частота которых

Таким образом, в установившемся режиме количество электричества, накопленное конденсатором С х за один период и отдаваемое им при разряде, Q = С х U имп . При частоте следования импульсов F среднее значение силы тока, проходящего через микроамперметр при периодических разрядах конденсатора С х , равно:

I и = QF = С х U имп F , откуда

Из полученной формулы следует, что измеряемая емкость конденсатора С х пропорциональна силе разрядного тока и, следовательно, при стабильных значениях U имп и F стрелочный измеритель μА1 можно снабдить равномерной шкалой, проградуированной в значениях С х (практически используют имеющуюся линейную шкалу микроамперметра магнитоэлектрической системы).

На рис. 2 приведена принципиальная схема микрофарадометра, который позволяет измерять емкости конденсаторов примерно от 5 до 100 000 пФ на шкалах: 0-100; 0-1000; 0-10 000 и 0-100 000 пФ. Отсчет величины измеряемой емкости производится непосредственно по имеющейся шкале микроамперметра, что позволяет быстро и достаточно точно производить измерение. В качестве источника питания микрофарадомет-ра используется аккумулятор 7Д-0,1 или батарея «Крона». На шкале 0-100 пФ ток значительно меньше и сила его не превышает 4 мА. Погрешность измерения не более 5-7% от верхнего предела шкалы.

Заряд конденсатора С х осуществляется прямоугольными импульсами напряжения, создаваемыми несим-

метричным мультивибратором, смонтированным на транзисторах T1, Т2 с различной проводимостью. Мультивибратор генерирует периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения с большой скважностью. Скачкообразное изменение частоты по-

Рис. 2. Принципиальная схема микрофарадометра

вторения импульсов производится секцией В1а переключателя В1, включающего в цепь положительной обратной связи один из конденсаторов С1- С4 плавное - переменным резистором R3. Этим же переключателем производится переход с одного предела измерения на другой.

Прямоугольные импульсы напряжения, выделяемые на резисторе R1, через контакты 1-2 кнопки В2 и диод Д1 заряжают один из образцовых конденсаторов С5 - С8 или измеряемый конденсатор С х (при нажатой кнопке В2). В промежутках между импульсами один из указанных конденсаторов (в зависимости от предела измерения и положения кнопки В2) разряжается через резисторы R1, R5 и микроамперметр μА1. Диод Д1 на показания микроамперметра не влияет, так как его обратное сопротивление значительно больше сопротивления цепи измерителя (R п + R5 ). Конденсаторы С5 - С8 предназначены для калибровки прибора и должны быть подобраны возможно точнее, с отклонением от номинала не более чем на ±2%.

В конструкции применены малогабаритные резисторы ВС = 0,125, конденсаторы КСО, СГМ, КБГИ. Пере

Рис. 3. Передняя панель прибора

менный резистор R3 типа СП-1. Переключатель В1 галетного типа на 4 положения и 2 направления. Микроамперметр - магнитоэлектрической системы на 50 мкА.

Один из вариантов расположения органов управления на передней панели приведен на рис. 3. Габариты конструкции определяются размерами микроамперметра и переключателя В1 и поэтому не приводятся. В случае необходимости прибор можно питать от сети переменного тока с помощью стабилизированного выпрямителя, обеспечивающего на выходе напряжение 9 В при силе тока нагрузки не менее 10 мА. Выпрямитель в этом случае целесообразно расположить в корпусе прибора.

Шкала измерителя емкости, как уже указывалось, практически линейна, поэтому нет необходимости наносить на имеющуюся шкалу микроамперметра специальные метки между нулем и последним делением. Шкала

микроамперметра, имеющая, например, оцифрованные отметки 0, 20, 40... 1000 мкА, верна на любом пределе измерения емкости конденсаторов. Изменяется только цена деления. Так на пределах 0-100; 0-1000; 0-10 000 и 0-100 000 показания микроамперметра надо соответственно умножать на 1; 10; 10 2 и 10 3 . Если шкала микроамперметра имеет всего 50 делений, то показания микроамперметра, в зависимости от указанных пределов измерения надо умножать на 2; 2 10; 2 10 2 ; 2 10 3

Налаживание прибора обычно каких-либо затруднений не вызывает, если он собран из заведомо исправных деталей и при монтаже не допущено ошибок. О работе мультивибратора можно судить по шкале микроамперметра, показания которого должны изменяться при изменении положения движка переменного резистора R3 на любом из четырех пределов измерения.

Установив переключатель В1 в положение 1 (шкала 0-100 пФ), переменным резистором R3 добиваются отклонения стрелки микроамперметра на всю шкалу. Если этого получить не удается, движок резистора R3 устанавливают в среднее положение и подбирают величину емкости конденсатора С1 . Более точно стрелку на конец шкалы устанавливают резистором R3 . После этого переключатель В1 переводят в положение 2 (шкала 0-1000 пФ) и, не трогая резистор R3 , подбирают емкость конденсатора С2 так, чтобы стрелка микроамперметра находилась вблизи конца шкалы. Аналогично уточняют значение емкости конденсаторов СЗ и С4 в положениях 3 и 4 переключателя В1 (на шкалах 0-10 000 и 0-100 000 пФ).

На этом налаживание прибора заканчивается. Порядок измерения емкости конденсаторов следующий. Подключив конденсатор С х к гнездам Гн1 , выключателем В3 включают прибор и переключателем В1 устанавливают нужный предел измерения. Затем резистором R3 стрелку микроамперметра устанавливают на последнее деление шкалы и, нажимая кнопку В2 , производят отсчет измеряемой емкости по шкале с учетом цены ее деления. Если при нажатой кнопке стрелка микроамперметра зашкаливает, переключатель В1 переводят на более высокий предел измерения и повторяют измерения. Если же стрелка устанавливается в самом начале

шкалы, переключатель переводят на более низкий предел измерения.

В заключение укажем, что минимальное значение емкости, измеряемой на шкале 0-100 пФ, зависит от начальной емкости между гнездами Гн1 , которую при монтаже следует свести к минимуму. Перед подключением конденсатора к прибору следует убедиться в отсутствии в нем пробоя, так как последний может привести к повреждению микроамперметра и диода. Если порядок измеряемой емкости неизвестен, процесс измерения следует начинать с наиболее высокого предела измерения (0-100 000 пФ).

При желании повысить точность измерения можно увеличить число пределов (шкал). Для этого надо использовать переключатель В1 с большим числом положений (равным числу пределов), установить новые образцовые конденсаторы, емкости которых должны соответствовать верхнему значению выбранных пределов измерения, а также подобрать номиналы конденсаторов (вместо C1-С4 ), определяющих частоту следования импульсов напряжения мультивибратора.