電容ESR測(cè)量表電路
發(fā)布時(shí)間:2020-08-13 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】電容正常運(yùn)作時(shí)是毫無(wú)問(wèn)題的,但有時(shí)會(huì)遇上電源故障或無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。如果這個(gè)問(wèn)題是噪聲,那么有個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法,只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無(wú)法解決,究竟是哪出錯(cuò)了呢?
電容正常運(yùn)作時(shí)是毫無(wú)問(wèn)題的,但有時(shí)會(huì)遇上電源故障或無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。如果這個(gè)問(wèn)題是噪聲,那么有個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法,只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無(wú)法解決,究竟是哪出錯(cuò)了呢?
問(wèn)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?yàn)閮?nèi)部電阻,或者稱為等效串聯(lián)電阻(ESR)。因?yàn)槠鋬?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(jì)因素之一。本次我們將用 555 定時(shí)器和三極管來(lái)測(cè)量電容的 ESR。
電容 ESR 測(cè)量
ESR 測(cè)量看起來(lái)很簡(jiǎn)單,施加恒定電流并測(cè)量設(shè)備的壓降可以計(jì)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(duì)計(jì)算 ESR 是毫無(wú)用處的。
這時(shí)候我們要想一下我們?cè)趯W(xué)校里聽到的一句話 -“電容隔直流通交流”
簡(jiǎn)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(shì)在于如果我們知道信號(hào)源內(nèi)阻時(shí),就不需要了解電流值為多少,因?yàn)?ESR 和信號(hào)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(gè)參數(shù)就可以知道剩下的一個(gè)參數(shù)。
我們用示波器來(lái)測(cè)量輸入和電容上的波形。
所需元器件
示波器端
555 定時(shí)器——CMOS 和三極管的都可以,但高頻的話建議用 CMOS。
100kΩ電位計(jì)——用于調(diào)整頻率
1nF 電容——控制時(shí)間
10uF 陶瓷電容——去耦
功率級(jí):
BC548 NPN 三極管
BC558 PNP 三極管
在選擇三極管的時(shí)候需要注意——任何高增益的小信號(hào)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
ESR 測(cè)量電路可以被分為兩個(gè)部分,555 定時(shí)器和輸出級(jí)。
1.555 定時(shí)器
555 定時(shí)器是一個(gè)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(gè)頻率下,近乎所有電容都等同于短路。而 100kΩ的電位計(jì)可以讓我們?cè)陔娙萆系玫奖M可能低的電壓值。
2. 功率級(jí)
我們可以將電容直接與 555 定時(shí)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(wèn)題,這里我們采用一個(gè)推挽輸出級(jí)與一個(gè)串聯(lián)電阻。該電阻來(lái)提供輸出阻抗。以下是這個(gè) ESR 測(cè)量電路的實(shí)物圖。
電容 ESR 的計(jì)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(hào)電壓(于 CAP+點(diǎn)測(cè)得),ROUTPUT 為功率級(jí)的輸出電阻(47Ω),VOUTPUT 為 A 點(diǎn)測(cè)得的輸出信號(hào)電壓。
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