Измеритель емкости ионисторов и конденсаторов большой емкости. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Для измерения емкости конденсаторов есть несколько способов, но не все они пригодны для измерения емкости более нескольких сотен микрофарад. Особенно большие проблемы возникают при измерении ионисторов, емкость которых может достигать 10 Ф и даже более. Между тем существует относительно простой и, кстати сказать, давно известный способ, основанный на измерении времени зарядки конденсатора от источника напряжения через резистор известного сопротивления. Как известно, если подключить конденсатор емкостью С через резистор сопротивлением R к источнику напряжения U (рис. 1), начнется зарядка конденсатора и напряжение на нем (U_С) будет увеличиваться по экспоненциальному закону:

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

где e - основание натурального логарифма (e ≈ 2,718); t - время; RC - так называемая постоянная времени RC-цепи, которая не зависит от напряжения. В момент времени, когда t = t_RC= RC, напряжение на конденсаторе будет равно U_C = U(1 - e^-1) ≈ U(1 - 0,367) ≈ 0,633U. Поэтому, измерив временной интервал от начала зарядки конденсатора до момента, когда напряжение на нем достигнет значения 0,633U, можно с по мощью простого расчета определить емкость измеряемого конденсатора С = t_RC/R. Если сопротивление резистора будет "круглым", например 10 кОм, все расчеты можно легко проводить в уме. Например, для указанного резистора время за рядки конденсатора до 0,633U составило 46 с, тогда емкость измеряемого конденсатора С_х = 46/10⁴ = 46 мФ = 4600 мкФ. Таким образом, в этом случае коэффициент пересчета К = 100 мкФ/с. Для резистора R = 1 кОм время измерения уменьшится в 10 раз, а коэффициент пересчета К = 1000 мкФ/с.

Рис. 1. Зависимость U_C от t

По такому принципу и работает предлагаемый измеритель. Сделать его можно в виде приставки к компьютеру или другому электронному устройству со встроенным секундомером, например, к электронным (электронно-механическим) часам или сотовому телефону. Особенно следует подчеркнуть относительную простоту реализации данного способа и отсутствие необходимости проведения калибровки с помощью эталонных конденсаторов (достаточно цифрового вольтметра). Кроме того, напряжение также может быть любым (в разумных пределах), главное, чтобы оно не изменялось за время проведения измерения. Для измерения емкости ионисторов может потребоваться несколько минут, в сочетании с погрешностью измерения в несколько процентов это вполне допустимо для радиолюбительской практики.

Следует отметить, что на погрешность измерения влияют токи утечки и последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов и ионисторов. Например, ESR ионисторов некоторых типов может достигать 30 Ом, и если заряжать такой ионистор через резистор сопротивлением 100 Ом, погрешность измерения может составить десятки процентов. Поэтому сопротивление резистора, через который осуществляется зарядка конденсатора, должно быть не менее 1 кОм.

Вниманию читателей предлагается измерительная приставка к электронно-механическим часам. Схема устройства представлена на рис. 2. Оно питается от встроенного в часы элемента питания (1,5 В), а сами часы можно использовать и по прямому назначению. В исходном состоянии напряжение питания поступает на микросхему, и часы работают в штатном режиме. При подключении приставки контакты гнезда XS1 размыкаются, часы останавливаются и питающее напряжение поступает на приставку. Она содержит повышающий стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме DA1, компаратор на ОУ DA2, электронный ключ на транзисторе VT1 и световой индикатор на светодиоде HL1.

Рис. 2. Схема устройства (нажмите для увеличения)

После подачи питающего напряжения на приставку транзистор VT1 закрыт и преобразователь напряжения обесточен. Для измерения емкости конденсатора или ионистора его предварительно разряжают и затем подключают c соблюдением полярности к зажимам XS2, XS3 и кратковременно нажимают на кнопку SB1 "Пуск". На часы поступает напряжение питания, и они начнут отсчет времени, одновременно начинает работать преобразователь напряжения, на его выходе появляется напряжение 3,3 В и включается светодиод HL1. Поскольку измеряемый конденсатор разряжен, напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 меньше, чем на неинвертирующем и на выходе будет напряжение 2...2,2 В. Транзистор VT1 откроется, и после отпускания кнопки SB1 напряжение продолжит поступать на преобразователь напряжения и на часы, которые продолжат отсчет времени зарядки. Выбор выходного напряжения преобразователя (3,3 В) обусловлен тем что в этом случае конденсатор будет заряжаться до напряжения U_C = 3,3·0,633 = 2,088 В, поэтому с помощью приставки можно измерять емкость ионисторов и конденсаторов с номинальным напряжением 2 В и более.

Как только конденсатор зарядится до указанного напряжения, на выходе ОУ DA2 по явится напряжение, близкое к нулю, транзистор VT1 закроется, часы и преобразователь напряжения будут обесточены и светодиод погаснет - процесс измерения завершен. Остается считать показания часов и определить емкость с учетом коэффициента пересчета, установленного переключателем SA1. Для удобства проведения измерений часы предварительно устанавливают на начало отсчета. Для повторного измерения того же конденсатора надо предварительно разрядить его, нажав на кнопку SB2 "Разрядка" на несколько десятков секунд. Для разрядки ионистора и оксидного конденсатора емкостью более нескольких тысяч микрофарад это надо сделать несколько раз.

Налаживание начинают с проверки работоспособности преобразователя напряжения и установки порога переключения ОУ. Для этого проволочной перемычкой временно закорачивают выводы коллектора и эмиттера транзистора VT1, зажимы XS2 и XS3 соединяют между собой и подают напряжение 1,5 В от регулируемого блока питания. При изменении положения переключателя SA1 и уменьшении напряжения питания до 1,2 В выходное напряжение преобразователя не должно изменяться более чем на несколько процентов. В положении переключателя SA1 "100" к зажимам XS2, XS3 подключают переменный (желательно многооборотный) резистор сопротивлением 33 кОм. Выходное напряжение преобразователя U_п измеряют цифровым вольтметром с разрешением не менее трех цифр после запятой. Переменным резистором устанавливают на зажимах XS2, XS3 напряжение U = 0,633·U_п. Затем, контролируя напряжение на выходе ОУ, движок построечного резистора R5 устанавливают в положение, при котором малейшие изменения его положения приводят к переключению ОУ. Так погрешность переключения, обусловленная напряжением смещения ОУ, будет скомпенсирована. После удаления перемычки между коллектором и эмиттером транзистора и переменного резистора приставка готова к работе.

В приставке применены резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа. Постоянные резисторы РН1-12 и конденсатор С1 (К10-17в) - типоразмера 1206, подстроечный резистор - PVZ3A (POZ3A), PVA3A (RVG3A), конденсатор С2 - танталовый типоразмера А или В. Для повышения точности измерения резисторы R3 и R4 следует подобрать с отклонением от номинала не более 0,5 %. Транзистор можно применить любой маломощный с коэффициентом передачи тока базы (h_21Э) не менее 100. Светодиод - повышенной яркости свечения зеленого или красного цвета с диаметром корпуса 3 или 5 мм. Дроссель намотан на кольцевом магнитопроводе диаметром 6 мм от трансформатора КЛЛ и содержит 6...7 витков провода ПЭВ-2 0,3. Переключатель - малогабаритный движковый ПД9-1 (SPDT), B3001, B3037, кнопки - любые малогабаритные с самовозвратом, зажимы XS2, XS3 - "крокодил".

Рис. 3. Чертеж печатной платы

Рис. 4. Схема расположения элементов

Рис. 5. Внешний вид устройства

Большинство деталей размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита, чертеж которой представлен на рис. 3, а схема расположения элементов - на рис. 4. Кнопки закреплены на верхней крышке корпуса, в ней же сделаны отверстия для светодиода и движка переключателя. Для проводов в передней и задней стенках корпуса сделаны отверстия. Часы - любые электронно-механические, в корпусе которых можно установить гнездо. Их доработка минимальна - надо перерезать печатный проводник, идущий от "+" элемента питания к микросхеме часов и установить гнездо XS1 (гнездо для подключения головных стереотелефонов). Внешний вид устройства показан на рис. 5.

Автор: И. Нечаев

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Сладкие напитки ускоряют облысение 03.06.2025 Группа ученых из китайского университета провела масштабное наблюдение, охватившее более тысячи мужчин в возрасте от 18 до 45 лет. Их целью было выявить связь между ежедневными привычками и риском развития алопеции. Особое внимание уделили тому, сколько участники потребляют подслащенных напитков - таких, как газировка, энергетики и фруктовые коктейли с высоким содержанием сахара. Результаты оказались на удивление однозначными: мужчины, которые регулярно пили такие напитки, теряли волосы быстрее, чем те, кто избегал сахара в жидком виде. Однако столь громкое заявление вызвало волну критики со стороны научного сообщества. Американский профессор дерматологии Сьюзен Массик из Университета Огайо выразила сомнение в однозначности выводов китайской группы. Она подчеркнула, что выпадение волос - процесс многофакторный, и любые попытки возложить вину на один продукт или привычку могут привести к искажению общей картины. По словам профессора Массик, на состояние волосяного покрова влияют не только пищевые привычки, но и общее состояние здоровья, хронический стресс, гормональные изменения, а также гены. Тем не менее, она отметила, что чрезмерное потребление сахара действительно может усугублять многие метаболические нарушения, включая воспалительные процессы, которые потенциально влияют на здоровье кожи головы. Интересно, что исследование косвенно подтвердило и другую известную закономерность: мужчины, злоупотребляющие фастфудом, сладкими напитками и имеющие менее активный образ жизни, чаще сталкиваются с проблемами кожи и волос. Таким образом, сладкая газировка может быть не прямой причиной облысения, но частью образа жизни, который в целом способствует ухудшению состояния организма. Авторы китайского исследования подчеркивают, что их работа не является окончательным вердиктом, а скорее поводом для дальнейшего изучения влияния рациона на здоровье волос. Они призывают к более глубокому исследованию биохимических процессов, связанных с сахаром и обменом веществ в организме мужчин. Пока связь между сладкими напитками и потерей волос не получила научного консенсуса. Но одно ясно: здоровый рацион, умеренность в употреблении сахара и забота о своем теле - это универсальный подход, который принесет больше пользы, чем вреда, независимо от того, как именно он влияет на волосы.

Другие интересные новости:

▪ Яркие и тонкие цифровые дисплеи для поверхностного монтажа

▪ Микрочипы 3D TLC NAND 32 Гбайт

▪ Туризм помогает лечить деменцию

▪ Биодизель с наночастицами

▪ Вред от электронных сигарет перевешивает пользу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Любителям путешествовать - советы туристу. Подборка статей

▪ статья Цифровой видеоархив для дома. Искусство видео

▪ статья Почему существует миф, что Манту нельзя мочить? Подробный ответ

▪ статья Цифровая интегральная микросхема. Радио - начинающим

▪ статья Сварка стекла взрывом фольги. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Увеличение выходного тока ИС стабилизатора напряжения без существенного ухудшения его КПД. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026