如何快速估算电容器的介电吸收

电容器的关键参数是其介电吸收（DA）。如果您想估算电容器的质量或识别其电介质类型，则只需测量其DA。这种简单的电路可以帮助避免选择具有适当DA的电容器所耗费的标准程序。它甚至可以很容易地区分聚丙烯（PP）电容器和聚苯乙烯（PS）电容器，它们的DA值很接近，而无需拆开盖子即可查看其中的电介质。

有几种估计或测量DA值的方法。对于经典的直接测量，将被测电容器（CUT）充电（“浸泡”），然后短暂放电。电容器在等待时间后恢复的电压为介电吸收电压（DAV）。标准准确地定义了过程所有阶段的持续时间，并且该过程非常耗时。另一种选择是估计DA导致RC集成器工作的失真。您还可以估计DA在RC网格上的纯正弦信号中引起的失真。严格来说，后两种方法的主要区别在于所涉及的测量程序。

以下电路与经典测量技术的要求一致。他们可以保持与经典方法类似的计时，计时相当大（大约一个小时），但是计时可以缩短到几秒钟或更短。

图1中的电路包含两个簧片继电器（S1，S2），它们控制CUT的充电和放电。它还包含一个采样保持电路（簧片继电器S3和电容器C1），用于对电容器C1上的DAV进行采样。显示所有继电器触点均已禁用。

图1该电路可以通过适当控制簧片继电器开关的时序来测量被测电容器的介电吸收。

电阻R1和R2限制了CUT和C1的充电和放电电流。它们的额定值应能够承受充电电压E。电阻R3是可选的。如果通过继电器S2泄漏的情况足够大，以致在断开CUT断开时（即CUT = 0）读数不为零，则可以添加该值。

采样保持电路增加了CUT输出脉冲的持续时间，使您可以更轻松地检查它。但是，由于采样会导致系统误差，因此您需要通过将读数乘以（1 + C1 / CUT）来校正读数。电容器C1应具有低泄漏和低吸收。大多数PP，PS或NP0陶瓷应符合要求。

图2中的计数器控制开关的时序。可以使用微控制器来控制时序，但是选择该电路是为了避免进行任何编程。

图2为了控制图1电路中的开关，计时器激活了继电器驱动器。

定时电路由一个振荡器和一个带纹波的二进制计数器（CD4060B）组成，该计数器与两个4023 NAND门一起为开关提供控制序列（图3）。 4023的第三个门未在电路中使用，任何未使用的输入都应连接到逻辑电平。

图3这是图2电路产生的时序。

对Q1 / Q2和Q1 / Q3分别创建逻辑“ A-或-notB”和“ A-和-notB”电路。这些有助于减少组件总数，并使电路的这一部分保持较少的电阻。具体来说，之所以使用Q3，是因为继电器（与所有其他开关一样）的释放比致动要慢。晶体管Q1和Q4应该具有足够的增益来控制磁簧继电器；在大多数情况下，将符合2N3906，BC560或BC327的要求。

继电器的电压V值应足够，同时不超过CMOS逻辑（“ B”级为20V）和MOSFET栅极-源极额定值的极限。簧片继电器S1（SPDT）和S2 / S3（均为SPST-NO）应具有比+ V低1至2V的线圈电压。继电器端子之间的泄漏也应低。当线圈与接触电阻的范围不超过数十MΩ时，我注意到一个问题。

测试周期取决于振荡器频率以及使用了四个4060‘输出。 （这些输出应严格连续，因此不能使用输出Q12 – Q14。）对于所示的CD4060B，V = 10V，时钟周期（T）为：

T = 2.2×R4×C3

因此，T约为7毫秒（ms），这样，测试周期长度= 0.007×1024，或约为7秒。

时间T并不重要，可以通过选择较低的C1值将其减少十倍（或更多）。当测试具有较低电容的CUT设备时，这可能特别方便。

这些电路可用于估计不太小的电容器的DA（对于所示的组件值，其DAs低至10nF）。电路可以测试的电容也有上限，因为如果CUT的电容太大，可能没有足够的时间完全放电。

该电路提供的放电时间（t）是CD4060计数器输出Q7的一半。因为在大多数情况下，大多数电容器的DA都不少于0.01％，所以我们可以估算出CUT所需的最小放电时间（t）为：

t》 R1×CUT×ln（10000），

即大约：

t》 10×R1×CUT

其中，R1是限流电阻的值。

因此，如果t（Q7）为70 ms，放电时间（t）为35 ms，并且R1 = 300Ω，则CUT的上限为：

CUT 《35×/ 10-3 （10×300），约为12μF。

您将要测量的DAV大致与充电电压E成正比，因此E应该足够高以使DAV引人注目。图1的继电器类型和电阻值也将取决于E的值。

您可以使用如图1所示连接的任何高电阻（Ri》 10MΩ）电压表直接测量DAV估算值。最好使用分辨率不低于4.5位数的电压表，因为DAV可能很小。为了获得稳定的读数，电压表的时间常数C1×Ri应该远大于周期持续时间（t）。在某些情况下，这可能是个问题，因此示波器可能比电压表更好。在比较两个相同电容的电容器时，示波器还可以提供更明显的读数。

图4具有相同值的三个电容器的代表性DA测量清楚地表明了其介电类型的差异。

图4显示了使用此电路进行DA测量的示例，使用示波器代替电压表。显示了三个电容相同（CUT = 220 nF）但介电常数不同的电容器（聚酯膜（PET /聚酯薄膜），PP和PS）的结果。示波器设置为10 mV /格，测试电路参数为：E = 100V和C1 = 100 nF。

对于PE电容器，DAV输出脉冲幅度约为85 mV，对于PP电容器，此幅度约为18 mV，对于PS电容器，其仅为9 mV。因此，电介质类型之间的区别非常明显。

通过采样误差校正计算DA值（DAV / E），我们得到：

•PET：（0.085 / 100）×（1+ 0.1 / 0.22）= 0.0012或0.12％；

•PP：（0.018 / 100）×（1+ 0.1 / 0.22）= 0.0003或0.03％；

•PS：（0.009 / 100）×（1+ 0.1 / 0.22）= 0.00013或0.013％。

该数据与数据表参考非常吻合。

安全须知

接通电源后，测量将连续重复。当电源关闭时，CUT将通过S1的常闭触点放电。但是，其放电时间取决于其电容，因此，如果电容和充电电压E都足够高，则在（断开）连接CUT时一定要遵守安全规则。在执行此操作之前，应先将电路关闭。另外，请注意电解CUT的极性。

最后的想法

使用一些已知容量和介电常数的电容器，您可以轻松地校准电路。同样，通过改变振荡器频率，即通过改变C3的值来扩展电路可以处理的适当电容的范围也是一个好主意。将C3的值增加到100 nF（或更大）可以使工作周期易于观察到，这有助于在出现问题时进行调试。最后，可以使用4040芯片代替4060，并使用振荡器来补充电路。
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