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電容ESR測量表電路

發(fā)布時間:2020-08-13 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電容正常運(yùn)作時是毫無問題的,但有時會遇上電源故障或無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。如果這個問題是噪聲,那么有個簡單的解決辦法,只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無法解決,究竟是哪出錯了呢?
 
電容正常運(yùn)作時是毫無問題的,但有時會遇上電源故障或無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。如果這個問題是噪聲,那么有個簡單的解決辦法,只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無法解決,究竟是哪出錯了呢?
 
問題的根源就在于我們理所當(dāng)然地將電容看為了理想設(shè)備,但它們并非如此。這些非預(yù)期的結(jié)果都是因為內(nèi)部電阻,或者稱為等效串聯(lián)電阻(ESR)。因為其內(nèi)部構(gòu)造的材料,電容擁有有限的內(nèi)部阻值。同樣的還有等效電感(ESL)。
 
不同種類的電容有著不同的 ESR 范圍。比如電解電容一般比陶瓷電容的 ESR 要高。如今許多應(yīng)用中,得到電容的等效電阻也成了重要的設(shè)計因素之一。本次我們將用 555 定時器和三極管來測量電容的 ESR。
 
電容ESR測量表電路
 
電容 ESR 測量
 
ESR 測量看起來很簡單,施加恒定電流并測量設(shè)備的壓降可以計算出阻值。
 
如果我們將恒定電流施加到電容上呢?電壓線性增加,最后定值到輸入電壓,這樣的值對計算 ESR 是毫無用處的。
 
這時候我們要想一下我們在學(xué)校里聽到的一句話 -“電容隔直流通交流”
 
簡化后我們可以將電容理解為高頻下的短路,其容性部分從電路中切斷,而剩下的電壓則施加在內(nèi)部電阻上。
 
這一方法的優(yōu)勢在于如果我們知道信號源內(nèi)阻時,就不需要了解電流值為多少,因為 ESR 和信號源內(nèi)阻組成了分壓器,其阻值比例及電壓比例,知道其中三個參數(shù)就可以知道剩下的一個參數(shù)。
 
我們用示波器來測量輸入和電容上的波形。
 
所需元器件
 
示波器端
 
555 定時器——CMOS 和三極管的都可以,但高頻的話建議用 CMOS。
100kΩ電位計——用于調(diào)整頻率
1nF 電容——控制時間
10uF 陶瓷電容——去耦
 
功率級:
BC548 NPN 三極管
BC558 PNP 三極管
 
在選擇三極管的時候需要注意——任何高增益的小信號三極管并能承受大電流(50mA 以上)都可以。
 
560Ω電阻
 
47Ω輸出電阻——可以選取 10Ω到 100Ω范圍內(nèi)的電阻
 
電路圖
 
電容ESR測量表電路
 
ESR 測量電路可以被分為兩個部分,555 定時器和輸出級。
 
1.555 定時器
555 定時器是一個傳統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,可以產(chǎn)生幾百 kHz 的方波。這個頻率下,近乎所有電容都等同于短路。而 100kΩ的電位計可以讓我們在電容上得到盡可能低的電壓值。
 
2. 功率級
我們可以將電容直接與 555 定時器相連,但那樣的話我們就必須知道精確的輸出阻抗。
 
為了解決這一問題,這里我們采用一個推挽輸出級與一個串聯(lián)電阻。該電阻來提供輸出阻抗。以下是這個 ESR 測量電路的實物圖。
 
電容ESR測量表電路
 
電容 ESR 的計算
 
從分壓器等式我們可以得到以下等式:
 
ESR = (VCAP • ROUTPUT) / (VOUTPUT – VCAP)
 
其中 ESR 為電容內(nèi)阻,VCAP 為電容間的信號電壓(于 CAP+點(diǎn)測得),ROUTPUT 為功率級的輸出電阻(47Ω),VOUTPUT 為 A 點(diǎn)測得的輸出信號電壓。
 
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