Как измерить входную емкость

Как измерить входную емкость

ГОСТ 20398.5-74*
(CT СЭВ 3413-81)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Метод измерения входной, проходной и выходной емкостей

Field-effect transistors. Input transfer and output capacitance measurement technique

Дата введения 1976-07-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 31 декабря 1974 г. N 2852 срок введения установлен с 01.07.76

Проверен в 1979 г. Срок действия продлен до 01.07.86**

** Ограничение срока действия снято по протоколу Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 2, 1993 год). — Примечание изготовителя базы данных.

* ПЕРЕИЗДАНИЕ март 1984 г. с Изменением N 1, утвержденным в июле 1983 г. (ИУС 11-83).

Настоящий стандарт распространяется на маломощные полевые транзисторы и устанавливает методы измерения входной , проходной и выходной емкостей на малом сигнале. (Сигнал считается малым, если при уменьшении его амплитуды в два раза изменение параметра не выходит за пределы погрешности измерения).

Общие условия при измерении входной, проходной и выходной емкостей должны соответствовать требованиям ГОСТ 20398.0-74*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 20398.0-83. — Примечание изготовителя базы данных.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 3413-81 в части метода измерения входной, проходной и выходной емкостей (см. справочное приложение 1).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1. АППАРАТУРА

1.1. Измерительные установки, предназначенные для измерения входной , проходной и выходной емкостей, должны обеспечивать основную погрешность измерения в пределах ±10% от конечного значения рабочей части шкалы. Для измерительных установок с цифровым отсчетом основная погрешность измерения должна быть в пределах %, где — значение измеряемой емкости, — конечное значение установленного предела измерения.

2. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЮ

2.1. Принципиальная электрическая схема измерения входной емкости должна соответствовать указанной на черт.1, схема измерения проходной емкости должна соответствовать указанной на черт.2 и схема измерения выходной емкости должна соответствовать указанной на черт.3.

Примечание. В лабораторных условиях допускается измерять входную, проходную и выходную емкости мостовым методом (см. справочное приложение 2).

— генератор; , — резисторы; , , , — конденсаторы; , — дроссели; , , — измерители напряжения; — измеритель тока; — переключатель

— генератор; , — резисторы; , , — конденсаторы; — дроссель; , , — измерители напряжения; — измеритель тока; — переключатель

— генератор; , — резисторы; , , — конденсаторы; — дроссель; , , — измерители напряжения; — измеритель тока; — переключатель

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Основные элементы, входящие в схемы черт.1, 2 и 3, должны удовлетворять следующим требованиям, указанным ниже:

— генератор синусоидального напряжения с фиксированной частотой, не превышающей 15 МГц. Выходное сопротивление генератора не должно превышать значение и также не должно превышать значение и 0,1 — для схемы черт.1, — для схемы черт.2, — для схемы черт.3;

— резистор, сопротивление которого должно удовлетворять соотношениям:

— для схемы черт.1,

— для схемы черт.2,

— для схемы черт.3;

— резистор, значение которого должно удовлетворять соотношению

— конденсатор, емкостное сопротивление которого должно удовлетворять соотношению

Для схемы черт.3 значение должно также удовлетворять соотношениям:

— конденсатор, точность определения емкости должна обеспечивать установленную погрешность измерения;

— конденсатор, значение емкости которого должно удовлетворять условиям:

— дроссель, индуктивное сопротивление которого должно не менее чем в 100 раз превышать выходное сопротивление генератора;

— конденсатор, емкость которого должна удовлетворять условию

— дроссель, индуктивность которого должна удовлетворять условию

Допускается использование настроенного контура вместо дросселей и ; при этом должна обеспечиваться заданная погрешность измерения;

— измеритель напряжения с регулируемой чувствительностью. Допускается применение с нерегулируемой чувствительностью, в этом случае должна регулироваться амплитуда выходного напряжения генератора. Шкала может быть отградуирована непосредственно в единицах емкости.

В схеме черт.2 корпус измеряемого транзистора должен быть заземлен по постоянному или переменному току.

Резистор может отсутствовать, если входное сопротивление прибора удовлетворяет требованиям к .

2.3. Падение напряжения от протекания постоянной составляющей тока на дросселях , и измерителе тока в схеме черт.1, на дросселе и измерителе тока в схеме черт.2, а также на дросселе , резисторе и измерителе тока в схеме черт.3 не должно превышать 1,5% от напряжения на стоке измеряемого транзистора.

2.4. Если указанные в п.2.3 условия не выполняются, необходимо увеличить напряжение источника в цепи стока на значение, равное падению напряжения на упомянутых цепях.

2.5. Система калибровки может отличаться от приведенной на черт.1-3, если она обеспечивает правильное соотношение между амплитудой генератора и чувствительностью измерителя, точность измерения и удобство работы.

2.6. При задании режима по напряжению на затворе и стоке падения напряжения от протекания постоянного тока затвора на резисторе , а также падение напряжения от протекания постоянного тока стока на дросселе в схеме черт.1 и резисторе в схеме черт.3 не должно превышать 2% от абсолютного значения разности между постоянными напряжений на стоке и затворе измеряемого транзистора.

2.7. В схеме черт.3 допускается шунтирование резистора дросселем, при этом погрешность измерения не должна превышать установленного назначения.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Измерения проводят в следующем порядке.

Транзистор включают в схему и устанавливают режим по постоянному току.

Переключатель устанавливают в положение 1 и, изменяя либо чувствительность измерителя напряжения, либо значение напряжения генератора, устанавливают определенное значение напряжения по измерителю напряжения , оговоренное в техническом описании на конкретный измеритель; затем переключатель устанавливают в положение 2 и отсчитывают значение напряжения по измерителю .

3.2. В схемах черт.1 и 3 допускается производить калибровку (положение 1 переключателя ) при отсутствии транзистора, при этом должна обеспечиваться заданная погрешность измерения.

3.3. В схеме черт.2 калибровка производится при отсутствии измеряемого транзистора.

Источник

Тема: Входные ёмкости у MOSFET-ов

Опции темы

Входные ёмкости у MOSFET-ов

Поскольку я ценю своё время, то мне хочется выложить в отдельную ветку результаты некоторых измерений ёмкостей у полевиков, которые я сделал в первую очередь для удовлетворения собственного любопытства. Методика была использована следующая: постоянное напряжение на затвор подавалось через высокоомный (3,3 МОм) резистор, а измеритель ёмкости (частота 1 МГц, максимальное напряжение на измеряемой ёмкости 15 мВ) подключался между затвором и истоком через конденсатор в 0.1 мкФ. Сток подключался к истоку через 100К для исключения появления напряжения на стоке из-за утечек. На данный момент я промерял два N-канальных транзистора — ZVN0545A и IRL530N, причём первый ещё и при напряжении на стоке 5V и (соответственно Vзи) токе стока до 37 мА.

Начало дискуссии и графики по ZVN здесь:

а ниже результаты для IRL530N

Добавлено чуть позже:

На самом деле этот эффект прекрасно виден из кривых зависимости полного заряда затвора от напряжения, которые приведены в большинстве описаний MOSFET-ов. Если пересчитать заряд и напряжение в ёмкость, то можно построить эквивалент кривых, полученных мной при измерениях. Надо только заметить, что производители обычно измеряют заряд затвора при значительном напряжении на стоке и больших токах стока.

Неприятен тот факт, что распространённые модели полевиков совершенно не учитывают эти зависимости.

Последний раз редактировалось Alex Nikitin; 12.04.2007 в 20:40 .

Источник

Измеритель емкости конденсаторов

Электрические цепи, состоящие из проводников и полупроводников, включают в себя элементы, позволяющие накапливать заряды и отдавать их в нужный момент. Из-за этой особенности такие элементы изначально стали называть ёмкостью. Название пришло со времён, когда электричество считали жидкостью, а её накопитель – сосудом. Это не совсем удачное определение применяется до сих пор, хотя сам элемент называется конденсатор.

Устройство и характеристики конденсатора

Конструкция конденсатора представляет собой две токопроводящие пластины, разделённые диэлектриком. Если приложить к пластинам напряжение от источника постоянного тока, то ток короткое время будет протекать через конденсатор, и он зарядится. На его пластинах (обкладках) накопится напряжение, равное напряжению источника. Длительность протекания тока и ёмкость его заряда зависят от площади обкладок и расстояния между ними. Ёмкость обозначается буквой С и измеряется в фарадах. Единица измерения в системе СИ – 1Ф (F). Обозначение принято в честь физика из Англии М. Фарадея.

Внимание! Ёмкость 1Ф – очень большая величина. Если рассматривать Землю как уединённый проводник в форме шара, то ёмкость составила бы около 700 мкФ. Поэтому электротехнические элементы измеряют в малых величинах: пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ).

В цепях постоянного и переменного тока ёмкостной элемент ведёт себя по-разному. Если постоянный ток конденсатор через себя не пропускает, то переменному току, проходящему через него, оказывает определённое сопротивление. Это ещё одна важная характеристика конденсатора – ёмкостное сопротивление RC.

Сопротивление из разряда реактивных сопротивлений, рассчитывается по формуле:

где:

  • Rc – емкостное сопротивление, Ом;
  • 6,28 – 2 π;
  • f – частота тока, Гц;
  • C – емкость данного конденсатора, Ф.

Важно! Как видно из формулы, для токов разной частоты сопротивление одного и того же элемента меняется. Чем выше частота тока, тем ниже ёмкостное сопротивление конденсатора.

Различают конденсаторы постоянной и переменной ёмкости. Вторые имеют конструкцию, в результате которой изменяется расстояние между пластинами.

По типу исполнения конденсаторы постоянной ёмкости бывают:

  • полярные электролитические;
  • однослойные и многослойные керамические;
  • высоковольтные керамические;
  • полиэстеровые;
  • танталовые;
  • полипропиленовые конденсаторы.

Конструкция зависит от порядкового разряда ёмкости элемента, применяемого материала для пластин и диэлектрика.

Обозначения на конденсаторах

От размеров элемента зависит количество данных, характеризующих его параметры. На корпус элемента наносятся обязательные электрические характеристики:

  • ёмкость конденсатора, С;
  • максимальное напряжение, на которое рассчитан элемент, В.

На очень мелких деталях может быть отмечена только ёмкость, по стандарту EIA. Если нарисованы только цифры и буква, то цифры обозначают ёмкость, буквы могут иметь расшифровку, применимую к типу конструкции. При наличии трёх цифр первые две – это ёмкость. Третья цифра, лежащая в пределах 0-6, – это множитель нуля (505 – 55*100000). Когда третья цифра 8, значение умножают на 0,01, если 9 – на 0,1.

К сведению. Буква, обозначающая ёмкость, может стоять как после числового значения, так перед ним и между цифрами. Например, Н15; 1Н5; 15Н. Таким образом, может обозначаться десятичный разряд числа – 0,15нФ; 1,5нФ; 15нФ.

Дополнительно могут быть обозначены значения:

  • тип – конструктивное исполнение;
  • вид тока – постоянный, переменный, AC – DC;
  • рабочая частота, Гц;
  • величина допустимых отклонений ёмкости, %;
  • полярность выводов у электролитических конденсаторов, « + » и « – ».

Вычисления с помощью формул электротехники

Определить ёмкость конденсатора можно с помощью формулы, известной из школьной программы по физике:

где:

  • q – заряд (Кл);
  • U – разность потенциалов (ϕ1 и ϕ2) между обкладками (В).

Из формулы следует, что конденсатор, имеющий ёмкость в 1 фарад, собирает на пластинах заряд в 1 кулон, создавая напряжение между ними в 1 вольт.

Возможные неисправности конденсатора

Как и всякие элементы электрических схем, ёмкостные тоже выходят из строя, что влечёт за собой отказ в работе аппаратуры. Чаще отказываются работать электролитические конденсаторы. К их основным неисправностям можно отнести:

  • обрыв конденсатора, в этом случае ёмкости нет вообще, или она снижена;
  • пробой элемента в результате короткого замыкания обкладок;
  • снижение максимально возможного напряжения;
  • увеличение ёмкостного сопротивления Rc.

Неисправный элемент обнаружить не всегда просто, но возможно.

Как проверить исправность конденсатора

Перед измерением конденсатор желательно выпаять из гнезда. Подключить измерительный прибор к выводам. По показаниям, отображаемым на дисплее, определяют исправность радиодетали.

Схема измерения

Для производства измерений необходимо выпаять хотя бы один вывод. Выпаивание делается для того, чтобы другие детали цепи не вносили искажений в результат проверки. Контрольные приборы подключаются щупами непосредственно к контактам конденсатора.

Измерительные приборы

Как и любую радиодеталь, ёмкостной элемент можно измерить. Для этого используются измерительные приборы: омметр или мультиметр. В ходе работы неисправный конденсатор можно определить на вид ещё до того, как выпаивать из платы.

Проверка конденсатора мультиметром

Выявить обрыв детали по снижению или полному отсутствию ёмкости можно мультиметром с опцией измерителя емкости электролитических конденсаторов. Если в результате проверки ёмкость отсутствует или понижена, элемент цепи не исправен.

Когда ёмкость детали больше 20 мкФ, то проверку поможет провести любой тестер в режиме омметра. Выставляется предел измерения «200 кОм». После выпаивания для снятия остаточного заряда выводы детали кратковременно закорачиваются между собой.

На выводах измеряется сопротивление, которое будет расти в зависимости от ёмкости. Чем она меньше, тем быстрее растёт величина сопротивления и достигает бесконечности. Бесконечность показывает полностью заряженный конденсатор. Если этого не происходит, а на дисплее сразу значение бесконечности, значит, у детали есть обрыв.

Важно! При значении ёмкости менее 20 мкФ такой способ не годится. Увеличение сопротивления до бесконечной величины в этом случае происходит быстро, его невозможно заметить.

Измерение фактических емкостных значений

Пробой между пластинами происходит в результате внутреннего короткого замыкания. Измерение емкости омметром при этом показывает ноль или некоторое сопротивление, которое не растёт. Даже если чуть увеличивается, то не достигает бесконечности.

При внешнем осмотре такие элементы заметны. У электролитических конденсаторов на верхней части корпуса имеются насечки крестом. При коротком замыкании пластин электролит внутри закипает и выделяет газ. Газ пытается выйти наружу и в этом месте раскрывает деталь. Верхушки неисправных элементов разорваны или вспучены.

Измерение прибором ESR

Для измерения емкости конденсатора для определения увеличения внутреннего сопротивления применяют особый прибор – ESR. При его использовании деталь выпаивать не обязательно.

При заряде или разряде неисправного конденсатора увеличение этого параметра указывает на снижение пикового тока через элемент. Картина такая, как будто в цепи с измеряемым элементом находится последовательно подключенный резистор и вносит задержку.

Это называется эквивалентное последовательное сопротивление – ЭПС. В английском языке – ESR.

Самодельный С – метр

Собрать простой измеритель емкости конденсаторов своими руками можно на интегральной микросхеме серии 155ЛА3.

На самодельную печатную плату устанавливается микросхема К155ЛА3. Плату предварительно отмывают от грязи и флюса, которые останутся после изготовления. Используемые детали:

  • микросхема К155ЛА3;
  • диоды КД 509;
  • подобранные резисторы 47 кОм;
  • резисторы 11 кОм;
  • конденсатор 0,1 мкФ;
  • подобранные ёмкости: С1 0-50 пФ, С2 0-500 пФ, С3 0-5000 пФ, С4 0-0,05 мкФ.

К выводам присоединяется питание 5 В. На вывод 7 – минус, на вывод 14 – плюс. Выводы считаются от ключа, нанесённого на корпус. Источник питания – 5 В при токе 0.1 А.

Проводники, которые соединяют резисторы с переключателем, выполняются по возможности короче. Переменные резисторы после подбора заменяются постоянными эквивалентами. Настройку выполняют с измерительным прибором, который будет использоваться.

Регулировка сводится к установке максимальных границ каждого диапазона при помощи подбора резисторов 47 К.

Снижение напряжения пробоя конденсатора

Снижение максимально возможного напряжения – это так называемый обратимый пробой. Его не определить тестером. Но в схеме при работе при номинально допустимом значении напряжения элемент ведёт себя как пробитый. При этом он будет измеряться тестером как рабочий.

Определить можно постепенной подачей напряжения от отдельного источника питания до величины, указанной на корпусе. У неисправного конденсатора пробой будет происходить раньше этой величины. Электролит закипит, и корпус начнёт греться.

Внимание! Если на маркировке стоит значение «60V», то при плавной подаче напряжения на выводы от нуля до 50V элемент должен вести себя нормально. Пробоя быть не должно.

Измерение ёмкости конденсаторов с помощью измерительных приборов заводского изготовления или самодельных устройств позволяет производить ремонт и наладку электронных схем. Выявление неисправного конденсатора путём измерения его физических ёмкостных значений сохранит работоспособность электронного устройства и снизит время, затраченное на ремонт.

Видео

Источник

Секрет радиолюбителя. Как мультиметр измеряет емкость конденсатора.

Честно говоря я так и не нашел в интернете как конкретные мультиметры измеряют емкость. Поэтому давайте разберемся как вообще можно измерить емкость конденсатора и что это вообще такое емкость? И еще я вам открою старый способ ее измерения стрелочным прибором.

Итак, что такое конденсатор и его емкость. Обычно мы представляем себе емкость в виде м. сосуда. И емкость этого сосуда всем известна: 0.25, 0.5, 0.75, 1 л и т.д. :). Кстати, первый в мире конденсатор (лейденская банка) действительно, была обыкновенной банкой, обклеенной фольгой и внутрь вставлялся металлический стержень. А диэлектриком был воздух.

Лейденская банка была своеобразным накопителем или аккумулятором электричества для первых опытов по электричеству. Отсюда вероятно и возник термин — емкость.

Итак, конденсатор это два проводника разделенных каким нибудь диэлектриком, например воздухом, бумагой и т.д. Емкость это мера того, насколько конденсатор способен накапливать заряд.

Но как же ее измерить? Если мы попытаемся прозвонить конденсатор обычным тестером то ничего не получится, прибор покажет бесконечное сопротивление. Это и понятно. Между проводниками-обкладками конденсатора диэлектрик а он не проводит ток.

Кстати, оценить емкость электролитического конденсатора можно и на постоянном токе но об этом позже.

А какое сопротивление будет у конденсатора если его подключить не к постоянному току а к переменному? Оказывается вполне измеримое! Конденсатор на постоянном токе имеет активное сопротивление R= U/I и оно бесконечно большое.

А на переменном тока конденсатор имеет реактивное сопротивление и оно зависит и от емкости и от частоты тока : Xc = 1/(2Pi f C). Pi = 3.14.

Следовательно C = 1/(2Pi f Xc). Итак, измерив реактивное сопротивление Xc мы легко определим емкость конденсатора. Сопротивление (активное и реактивное) часто измеряют мостом Уитсона — в котором 4 сопротивления соединены так, что образуют как бы квадрат:

На две противоположных точки соединения подают эталонное напряжение а с противоположных снимают измеряемый сигнал. Если сопротивления резисторов в мосте равны (или суммы в противоположных плечах) то мост уравновешен и ток через измерительный прибор не течет.

Если величину сопротивления любого резистора изменить, то Баланс нарушится и через прибор потечет ток, пропорциональный этому сопротивлению. Этот принцип используют в приборах — омметрах для измерения сопротивления.

Если в мосте Уитсона R1 заменить на эталонный конденсатор а вместо R2 — измеряемый конденсатор то таким же способом можно измерить реактивное сопротивление конденсатора и его емкость. Конечно вместо батарейки нужно применять генератор синусоидального сигнала.

Итак, проверим как это работает на практике. Создаем проект в протеусе и собираем простую схему из четырех резисторов и двух конденсаторов. Запитываем ее от генератора сигналов и ставим AC вольтметр.

Поскольку сопротивления резисторов и емкости конденсаторов равны, мост сбалансирован и вольтметр показывает ноль. Давайте теперь разбалансируем мост — изменим емкость Cx.

И теперь на вольтметре мы видим напряжение! Если мы увеличим или уменьшим Cx, будем наблюдать как изменяется напряжение. Попробуйте собрать эту схему сами и поэкспериментировать!

Итак. обещанный лайфхак! В моей радиолюбительской юности большим богатством был вольтомметр Ц410. Но он не умел измерять емкость конденсаторов. Вот как я выходил из этого положения.

Переключаем прибор на измерение сопротивления. Подключаем к щупам конденсатор и. наблюдаем как стрелка отклоняется вправо! Через прибор течет ток- ток заряда конденсатора. И по углу отклонения можно примерно определить емкость конденсатора. Точность можно повысить сравнив с эталонным конденсатором.

После отклонения вправо стрелка должна возвратиться на ноль — конденсатор разрядился. Но если стрелка не ушла на ноль а прибор показывает какое либо сопротивление, пусть и очень большое, значит конденсатор либо пробит (отклонение стрелки будет меньше эталонного такой же емкости) либо у него есть утечки. Такой конденсатор лучше выкинуть.

Итак в этой статье мы разобрались что такое конденсатор и его емкость и как ее измерить с помощью моста Уитсона. В следующей статье я покажу Вам как измерить емкость конденсаторов другим способом.

Если вам понравилась эта статья ставьте лайк, подписывайтесь на канал и до новых встреч!

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector