Kapacitás mérés oszcilloszkóppal

A méréshez Velleman PCSGU-250 12MHz-es digitális oszcilloszkópot használtam, ami beépített függvénygenerátorral is rendelkezik. A megvalósításhoz az alábbi ábrán látható egyszerű kapcsolást kell összeállítani, majd a frekvencia generátor kivezetéseit és az oszcilloszkóp mérőfejét a megfelelő pontokhoz kapcsolni.

kapacitás mérés oszcilloszkóppal

1,2 pontokra a frekvencia generátort kötjük, 3,4 pontok, ahol oszcilloszkóppal végezzük a mérést. A frekvencia generátorral 1kHz-es jelet állítunk elő 5V-on és ezt ráengedjük az áramkörünkre.

A megfelelő beállítások után a következő képet kapjuk, ezen könnyen tudjuk elemezni a négyszögjel lefutását. A mérés lényege, hogy mérjük azt az időt, ami alatt a kondenzátorunk eléri a 63,2%-os töltöttségi szintet. A bemenő jel egy tökéletes négyszögjel, ami a bekötött kondenzátortól függően torzul, a lefutása fokozatos töltődésről ad információt az idő függvényében. Az ellenállást pedig azért használjuk, hogy a töltődés fokozatos legyen, enélkül olyan gyorsan történne, hogy nem lehetne elemezni a jelet.

kapacitás mérés

Az y tengelyen találjuk a feszültség értékeket, amit ha a fekete nyíllal jelölt 1-es és 3-as pont között mérünk akkor 5,00V-nak adódik. A mérést a

C = τ/R

képletre vezetjük vissza. 1 τ idő alatt (τ = R × C) egy kondenzátor 63,2%-ra (Euler-féle számból származtatható: 1-e-1) töltődik illetve kisütéskor 36,8%-ára sül ki. Az 5V 63,2%-a 3,16V, ezért a kék szaggatott egyenest erre az értékre illesztjük, ahogy a második fekete nyíl mutatja. Az idő az x tengelyen helyezkedik el, a mérés nulla pontja a négyszögjel lábától kezdődik, a vége pedig ott van ahol a négyszögjelet metszi a feszültség érték 63,2%-ához húzott egyenes.

Képek

Számolás

Amit tudunk:

R = 1kΩ = 1000Ω

τ = 12µs = 0,000012s

Ebből

C = τ/R = 0,000012s/1000Ω = 1,2 × 10-8F = 12nF

A méréshez egy 10 nF / 100V kerámia kondenzátort használtunk, így a mért 12nF érték a toleranciát figyelembe véve tökéletes volt.

RoHS Nem
Tokozás CCK
Szerelés THT
Tolerancia -20…+80%
A kondenzátor típusa kerámia
Kapacitás 10nF
Üzemi feszültség 100V
Dielektrikum Y5V
Kivezetési raszter 5MM
Üzemi hőmérséklet -55…85°C

 

A következő mérésénél egy nagyságrenddel lejjebb megyünk és megpróbálunk pikofarad (pF) tartományban mérni, ami ugye a farad billiomod része 10-12. Kezdetnek egy 82pF-os kondenzátort próbáltam mérni.

kapacitás mérés pF

C = τ/R = 0,00000046/1000 = 4,6 × 10-10 F = 460 pF

Jól látható, hogy a mért és a valós értékek óriási eltérést mutatnak, ezt már nem lehet a kondenzátor pontatlanságának betudni. Ebben a tartományban már a próbapanel, a merőkábelek kapacitásával is számolnunk kell. Itt nagyon jól látszik, hogy a “környezet” kapacitása jóval nagyobb, mint a mérni kívánt kondenzátorunk kapacitása.

Amit tudunk tenni, hogy meghatározzuk a háttétkapacitást, tehát mérünk egyet a kondenzátor nélkül.

kapacitás mérés pF

C = τ/R = 0,00000038/1000 = 3,8 × 10-10 F = 380 pF

A kettő különbségéből megkapjuk a kondenzátor kapacitását 460-380 = 80 pF, amivel már elégedettek lehetünk.

Felhasznált irodalom

https://www.hestore.hu/prod_10027807.html

https://en.wikipedia.org/wiki/RC_time_constant

Share This:

 
Loading Facebook Comments ...

Leave a Comment