Применение генераторов Tektronix AFG3000 для измерения емкости

February 3, 2012 by admin Комментировать »

Нередко при конструировании электронных устройств возникает необходимость измерить емкость конструктивных элементов устройств или конденсаторов постоянной или переменной емкости. Измерители RCL- параметров или мультиметры, позволяющие измерить емкость, далеко не всегда есть под рукой. К тому же многие из них не позволяют измерять емкости малой величины — порядка единиц, десятков и сотен пФ. А между тем, это необходимо при конструировании радиоприемных и радиопередающих устройств, резонансных контуров, пассивных фильтров и других широко распространенных устройств.

Между тем, лаборатория из приборов корпорации Tektronix позволяет легко осуществить измерение емкости в широком диапазоне ее значений и с достаточно высоким разрешением и с цифровым отсчетом. Ниже мы рассмотрим два простых метода измерения емкости.

Первый способ основан на измерении времени нарастания или спада напряжения на RC-цепи при воздействии на нее импульсов практически прямоугольной формы. Как известно, эти времена при отсчете уровней в0,1ив0,9от амплитуды определяются соотношением

Если 2,7R= 1000 Ом, то при С—1000 пФ получим t —1000 не. Таким образом приращение емкости на 1 пФ будет соответствовать 1 не. Номинал резистора ЛС-цепи можно выбрать из соотношения Л=1000/2,2=455 Ом.

Схема измерений представлена на рис. 5.49. Здесь генератор AFG3000 (практически применялся AFG3101) подключается через резистор R=455 Ом к входу осциллографа TDS 2024 с применением пробника 1:10. Это обязательное условие, поскольку без пробника (или с пробником 1:1) входная емкость осциллографа существенно возрастает, а полоса частот осциллографа снижается с 200 до 6 МГц. При указанном применении входное сопротивление осциллографа равно 10 МОм и практически не влияет на точность измерений. Входная емкость осциллографа составляет около 13—17 пФ. Измеряемая емкость подключается к входу осциллографа.

где A U перепад входного напряжения при заряде и разряде С. При С= 1 ООО пФ, zl £У= 10 В и/=100 кГц получим 7=1 мА. Таким образом, применяя цифровой или аналоговый миллиамперметр, получим при разрешении по току 1мкА при разрешении по емкости в 1 пФ. В эксперименте использовался мультиметр YF-3700. Минимальный предел измерения тока у него равен 4 мА. В этом случае при AU = \() В можно реализовать пределы измерения емкости, указанные в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Пределы измерения емкости

Частота AFG3101

Предел С, пФ

Разрешение С, пФ

10 МГц

40

0.01

1 МГц

400

0.1

100 кГц

4000

1

10 кГц

40000

10

1 кГц

400000

100

Поскольку частота/задается в генераторах с высочайшей точностью (нестабильность менее 10"6 в течение года работы), то основными причинами погрешности при измерениях является неточность установки перепада напряжения AUи погрешность самого измерителя тока. Последняя при использовании цифровых приборов мала — даже у дешевых мультиметров она меньше 0,5%. Погрешность установки уровней меандра у генераторов AFG3101 составляет +1%, т. е. тоже достаточно мала. Это позволяет считать основной погрешность от неидеальности диодов. Без калибровки измерительной схемы погрешность может достигать 2—3% при использовании маломощных германиевых диодов с малым остаточным напряжением (до 0,2—0,3 В).

Заметим, что возможна простая калибровка измерительной схемы. Для этого достаточно откалибровать ее с помощью конденсатора с малой погрешностью емкости с номиналом, равным верхнему пределу измерений на заданном диапазоне. Коррекцию можно производить как уточнением амплитуды меандра, так и частоты.

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты