Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Работа приставки (рис. 1) основана на хорошо известном принципе - вначале конденсатор Сх заряжают до стабильного напряжения U, затем разряжают через измеритель тока. Если такие циклы зарядки-разрядки производить с частотой Е средний ток I через измеритель составит I = UFCX. Размерности в этой формуле удобно использовать следующие: микроамперы, вольты, герцы, микрофарады.

Описываемая приставка имеет пять пределов измерения - 2000 и 20000 пФ, 0,2, 2 и 20 мкФ. Измерителем тока служит мультиметр М-832, работающий в режиме милливольтметра постоянного тока с пределом 200 мВ, дополненный шунтами, установленными в приставке. Частоты перезарядки проверяемого конденсатора выбраны равными 5 кГц на первом пределе измерений, 500 Гц на следующих двух и 50 Гц на последних. При напряжении, до которого заряжается конденсатор, равном 3 В, ток через измеритель, соответствующий максимальной измеряемой емкости и рассчитанный по приведенной выше формуле, составляет 30 мкА на первых двух пределах, 300 мкА - на следующих двух и 3 мА - на последнем.

Приставку (рис. 2) подключают к трем гнездам мультиметра - к его входам "VΩmA" и "СОМ" (Общий), а также к гнезду "Е PNP" для подключения эмиттера транзистора структуры p-n-р при измерении параметров транзисторов.

Генератор, определяющий частоту перезарядки проверяемого конденсатора, собран на одном инвертирующем элементе - триггере Шмитта DD1.1, а переключатель, поочередно подключающий конденсатор Сх к плюсу источника питания и к измерителю тока - на КМОП ключах микросхемы DD2. Для уменьшения сопротивления открытых ключей оба канала микросхемы соединены параллельно. При низком уровне на входе 1 микросхемы ее выводы 13 и 3 соединяются с выходами ХО и Y0 соответственно, происходит зарядка проверяемого конденсатора Сх до напряжения 3 В. Когда же на этот вход поступает импульс положительной полярности, указанные выводы соединяются с выходами Х1 и Y1, конденсатор Сх разряжается через один из шунтов R6 - R9.

Для питания приставки использован внутренний стабилизатор мультиметра с напряжением около 3 В. Оно снято с его гнезд "Е PNP " и "СОМ". Однако ключи использованной в качестве DD2 микросхемы К561КП1 при напряжении питания 3 В хорошо пропускают сигналы только с "цифровыми" уровнями, т. е. близкими к напряжению питания и общего провода. При плавно меняющемся коммутируемом напряжении вблизи половины напряжения питания сопротивление транзисторов ключа быстро возрастает и конденсатор Сх не успевает перезаряжаться.

Для повышения напряжения питания в приставку введен преобразователь на микросхеме DA1 и конденсаторах С1 - С4, формирующий напряжение -3 В относительно общего провода. О работе такого преобразователя рассказано в статье автора "Преобразователи напряжения на переключаемых конденсаторах", опубликованной в "Радио", 2001, № 12, с. 44, 45. Выходное напряжение преобразователя суммируется с выходным напряжением стабилизатора мультиметра и используется для питания микросхем DD1 и DD2.

Резисторы R1 - R3, переключаемые секцией SA1.1 переключателя, совместно с конденсатором С5 определяют частоту генератора.

Выходная емкость ключей, монтажная емкость цепи, подключаемой параллельно проверяемому конденсатору, входная емкость мультиметра увеличивают показания измерителя примерно на 40 пФ. Для исключения такого сдвига показаний введены резисторы R4 и R5, подбором которых можно скомпенсировать ошибку показаний.

Приставка собрана на печатной плате (рис. 3) из односторенне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм.

Использованы резисторы МЛТ, С2-23, КИМ (R5), конденсаторы К50-16 (C3, С4), импортный аналог К50-35 (С1), КМ-6 (С2), К73-9 на напряжение 100 В (С5). Можно применить любые другие резисторы и конденсаторы, подходящие по размерам, но конденсатор С5 должен быть металлопленочным (серий К73) или бумажным, установка керамических конденсаторов недопустима из-за их низкой температурной стабильности. Переключатель SA1 - ПР2-5П2Н, ПГ2-2-6П2Н, ПГ2-9-6П2Н, П2Г-3-5П2Н, П2Г-3-6П2Н, ПГЗ-5П2Н или любой другой малогабаритный на необходимое число положений и направлений. Микросхемы серии К561 заменимы на аналогичные серии КР1561, а микросхему КР1168ЕП1 допустимо заменить ее импортным аналогом ICL7660 или ICL7660A.

Чтобы упростить подключение приставки к гнездам мультиметра, на плате закреплены гайками два разрезных штыря диаметром 4 мм от штекеров (цепи "VΩmA" и "СОМ") и впаян латунный штырек диаметром 0,8 мм (цепь "Е PNP").

Переключатель установлен на кронштейне, изготовленном из латуни толщиной 1 мм. Кронштейн закреплен на плате гайкой штыря "СОМ" и винтом М2,5 с гайкой, для чего на плате предусмотрено соответствующее отверстие.

Для подключения проверяемого конденсатора в плату впаяны два гнезда от разъема 2РМ под штыри диаметром 1 мм. В них можно вставить такие штыри с перпендикулярно подпаянными зажимами "крокодил", что позволит подключать измеряемые конденсаторы различного размера.

Плата накрыта кожухом, спаянным из фольгированного стеклотекстолита и закрепленного на плате по углам пайкой. Фольга кожуха соединена с общим проводом и выполняет роль экрана.

При изготовлении платы для работы приставки с мультиметром другого типа следует уточнить расположение контактных штырей.

С целью облегчения настройки для каждого подборного резистора на плате предусмотрено по два посадочных места. Относительно низкоомные резисторы шунтов R6 - R9 составляют из двух параллельно соединенных, а высокоомные R1 - R5 - из двух, соединенных последовательно.

Настраивают приставку в следующем порядке. Вначале на плату устанавливают все элементы, кроме резисторов и кронштейна с переключателем. В отверстия платы, отмеченные на рис. 3 надписями "к SA1.1" и "к SA1.2", и в предназначенные для установки левого (по рис. 3) вывода резистора R3 и нижнего R9 (общий провод) впаивают по отрезку жесткого медного провода длиной примерно 40 мм. Между выводом 5 DD2 и общим проводом (к соответствующей паре отрезков провода) подпаивают резистор номиналом 680 Ом и допуском не хуже ±10%.

В гнезда Х1, Х2 включают конденсатор емкостью 1... 1,5 мкФ, а между выводами 9 и 10 микросхемы DD1 (также к соответствующим отрезкам) подпаивают постоянный резистор сопротивлением 1,5 МОм последовательно с переменным 470 кОм. Для этого этапа настройки точность емкости конденсатора не имеет значения.

Устанавливают переключатель мультиметра в положение "200 mV" и вставляют приставку штырями в соответствующие гнезда мультиметра. Измеряют любым вольтметром напряжение на выводах 14 и 7 микросхемы DD1 относительно общего провода (СОМ) - оно должно составлять +3 и -3 В соответственно. Убеждаются в наличии генерации с частотой порядка 50 Гц с помощью осциллографа, подключенного параллельно Сх, или, при его отсутствии, подключением туда же любого пьезоизлучателя.

Показания мультиметра должны примерно соответствовать емкости конденсатора, но могут хаотически изменяться в некоторых пределах. Плавным поворотом вала переменного резистора добиваются максимальной стабильности показаний мультиметра (допустимы колебания показаний в пределах 0,5 % от измеряемого значения). Частота генератора при этом должна быть равна 50 Гц - желательно проверить ее осциллографом или частотомером. Пульсации входного напряжения с этой частотой (и кратными ей) хорошо подавляются аналого-цифровым преобразователем мультиметра, а при отклонении от нее проявляются в упомянутом выше хаотическом изменении показаний.

Измеряют суммарное сопротивление постоянного и переменного резисторов и подбирают постоянный такого же сопротивления. Если это сделать трудно, можно взять резистор несколько меньшего сопротивления, а последовательно с ним включить переменный. Повторить подстройку по отсутствию изменений показаний, и измеряют сопротивление только переменного резистора. Заменяют переменный на постоянный такого же сопротивления - здесь уже высокой точности не потребуется.

Установив на место Сх конденсатор с точно известной емкостью 1,5... 1,9 мкФ, добиваются соответствующих показаний на табло мультиметра подбором резистора R8. Для удобства можно взять резистор несколько большего сопротивления и параллельно ему подключить переменный на 22 кОм. Измерив сопротивление введенной части переменного резистора, подбирают соответствующий постоянный.

Далее, не меняя частоты генератора и используя конденсатор известной емкости около 10 мкФ, подбирают аналогично резистор R9.

Подпаяв подобранный резистор R8 и включив в гнезда эталонный конденсатор емкостью 0,15...0,19 мкФ, подбирают резистор R2. При этом частота генератора должна быть около 500 Гц.

Сохранив такие частоту генератора и эталонный конденсатор, подбирают резистор R7. Следует иметь в виду, что показания приставки будут завышены примерно на 40 пФ, поэтому, скажем, эталонному конденсатору 0,015 мкФ должны соответствовать показания 1504. Убирают сдвиг показаний подбором резистора R5.

Далее подбирают резистор R6 такого же сопротивления, что и R7. Вставив в гнезда эталонный конденсатор емкостью 1500... 1900 пФ, подбирают резистор R3, а для исключения сдвига показаний - резистор R4.

Если есть цифровой частотомер, можно вначале установить частоты генератора 50, 500, 5000 Гц подбором резисторов R1, R2 и R3 соответственно, а затем подобрать резисторы R6 - R9, используя эталонные конденсаторы указанной выше емкости.

Подобранные резисторы впаивают в плату, устанавливают переключатель на кронштейне и соединяют его выводы с платой.

При тщательно проведенном подборе резисторов точность измерений на первых четырех пределах будет не хуже 2%, на пределе 20 мкФ линейность сохраняется до 10 мкФ, а при емкости 20 мкФ показания окажутся заниженными примерно на 8%.

В случае отсутствия микросхемы КР1168ЕП1 или ICL7660 цепь -3 В приставки целесообразно питать от батареи мультиметра через стабилизатор на напряжение -6 В, в качестве которого можно использовать микросхему КР1168ЕН6 или 79L06 с любыми префиксами и суффиксами (рис. 4). Для этого на корпусе мультиметра cледует установить малогабаритное гнездо, соединив его с минусовым выводом батареи. Вывод "Вход" микросхемы DA2 необходимо снабдить гибким проводником со штекером, который включают в дополнительное гнездо мультиметра.

Приставку можно использовать как генератор импульсов с частотами 50, 500 и 5000 Гц и амплитудой 3 В, снимая их с выводов, предназначенных для подключения проверяемого конденсатора. При этом следует помнить, что выходное сопротивление такого генератора не меньше сопротивления включенного секцией SA1.2 резистора R6 - R9. Если импульсы снимать с выводов 4 и 7 DD1, их амплитуда будет составлять 6 В, а выходное сопротивление уменьшится.

Автор: С.Бирюков

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Система беспроводной подзарядки электромобилей от Qualcomm 01.06.2015 Компания Qualcomm продемонстрировала технологию Halo для беспроводной подзарядки блоков аккумуляторных батарей гибридных и полностью электрических транспортных средств. Система Halo использует принцип магнитной индукции. Базовая станция, вмонтированная, скажем, в пол гаража, содержит индукционную катушку, создающую электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В днище автомобиля располагается похожая катушка, улавливающая поле и преобразующая энергию в постоянный ток для зарядки батарейного блока. Qualcomm показала работу системы на примере модифицированного легкового автомобиля Honda Accord Plug-In Hybrid. В нем принимающий модуль смонтирован в зоне мотора. Отмечается, что для начала передачи энергии достаточно припарковать машину над передающей катушкой и нажать специальную кнопку. Предусмотрена система безопасности: подзарядка автоматически прекращается при обнаружении поблизости людей или животных. В зависимости от модификации катушек может обеспечиваться мощность в 3,3 или 7 кВт, а в перспективе, как ожидается, будет возможно увеличение данного показателя до 20 кВт. Ожидается, что коммерческое внедрение системы начнется в течение нескольких лет.

Другие интересные новости:

▪ Антенны ретрансляторов - из морской воды

▪ Кроссовки с GPS

▪ Обнаружены следы столкновения двух суперземель

▪ Спектрометр в кармане

▪ Кофе с молоком действует как противовоспалительное средство

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Орать (кричать) благим матом. Крылатое выражение

▪ статья Сколько на Земле голодных? Подробный ответ

▪ статья Ревень дланевидный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Медицинские мыла. Простые рецепты и советы

▪ статья Электрические разъемы Minifit-Jr производства фирмы Molex. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025