如何快速估算電容器的介電吸收

電容器的關鍵參數是其介電吸收（DA）。如果您想估算電容器的質量或識別其電介質類型，則只需測量其DA。這種簡單的電路可以幫助避免選擇具有適當DA的電容器所耗費的標準程序。它甚至可以很容易地區分聚丙烯（PP）電容器和聚苯乙烯（PS）電容器，它們的DA值很接近，而無需拆開蓋子即可查看其中的電介質。

有幾種估計或測量DA值的方法。對于經典的直接測量，將被測電容器（CUT）充電（“浸泡”），然后短暫放電。電容器在等待時間后恢復的電壓為介電吸收電壓（DAV）。標準準確地定義了過程所有階段的持續時間，并且該過程非常耗時。另一種選擇是估計DA導致RC集成器工作的失真。您還可以估計DA在RC網格上的純正弦信號中引起的失真。嚴格來說，后兩種方法的主要區別在于所涉及的測量程序。

以下電路與經典測量技術的要求一致。他們可以保持與經典方法類似的計時，計時相當大（大約一個小時），但是計時可以縮短到幾秒鐘或更短。

圖1中的電路包含兩個簧片繼電器（S1，S2），它們控制CUT的充電和放電。它還包含一個采樣保持電路（簧片繼電器S3和電容器C1），用于對電容器C1上的DAV進行采樣。顯示所有繼電器觸點均已禁用。

圖1該電路可以通過適當控制簧片繼電器開關的時序來測量被測電容器的介電吸收。

電阻R1和R2限制了CUT和C1的充電和放電電流。它們的額定值應能夠承受充電電壓E。電阻R3是可選的。如果通過繼電器S2泄漏的情況足夠大，以致在斷開CUT斷開時（即CUT = 0）讀數不為零，則可以添加該值。

采樣保持電路增加了CUT輸出脈沖的持續時間，使您可以更輕松地檢查它。但是，由于采樣會導致系統誤差，因此您需要通過將讀數乘以（1 + C1 / CUT）來校正讀數。電容器C1應具有低泄漏和低吸收。大多數PP，PS或NP0陶瓷應符合要求。

圖2中的計數器控制開關的時序?？梢允褂?a target="_blank">微控制器來控制時序，但是選擇該電路是為了避免進行任何編程。

圖2為了控制圖1電路中的開關，計時器激活了繼電器驅動器。

定時電路由一個振蕩器和一個帶紋波的二進制計數器（CD4060B）組成，該計數器與兩個4023 NAND門一起為開關提供控制序列（圖3）。 4023的第三個門未在電路中使用，任何未使用的輸入都應連接到邏輯電平。

圖3這是圖2電路產生的時序。

對Q1 / Q2和Q1 / Q3分別創建邏輯“ A-或-notB”和“ A-和-notB”電路。這些有助于減少組件總數，并使電路的這一部分保持較少的電阻。具體來說，之所以使用Q3，是因為繼電器（與所有其他開關一樣）的釋放比致動要慢。晶體管Q1和Q4應該具有足夠的增益來控制磁簧繼電器；在大多數情況下，將符合2N3906，BC560或BC327的要求。

繼電器的電壓V值應足夠，同時不超過CMOS邏輯（“ B”級為20V）和MOSFET柵極-源極額定值的極限?；善^電器S1（SPDT）和S2 / S3（均為SPST-NO）應具有比+ V低1至2V的線圈電壓。繼電器端子之間的泄漏也應低。當線圈與接觸電阻的范圍不超過數十MΩ時，我注意到一個問題。

測試周期取決于振蕩器頻率以及使用了四個4060‘輸出。 （這些輸出應嚴格連續，因此不能使用輸出Q12 – Q14。）對于所示的CD4060B，V = 10V，時鐘周期（T）為：

T = 2.2×R4×C3

因此，T約為7毫秒（ms），這樣，測試周期長度= 0.007×1024，或約為7秒。

時間T并不重要，可以通過選擇較低的C1值將其減少十倍（或更多）。當測試具有較低電容的CUT設備時，這可能特別方便。

這些電路可用于估計不太小的電容器的DA（對于所示的組件值，其DAs低至10nF）。電路可以測試的電容也有上限，因為如果CUT的電容太大，可能沒有足夠的時間完全放電。

該電路提供的放電時間（t）是CD4060計數器輸出Q7的一半。因為在大多數情況下，大多數電容器的DA都不少于0.01％，所以我們可以估算出CUT所需的最小放電時間（t）為：

t》 R1×CUT×ln（10000），

即大約：

t》 10×R1×CUT

其中，R1是限流電阻的值。

因此，如果t（Q7）為70 ms，放電時間（t）為35 ms，并且R1 = 300Ω，則CUT的上限為：

CUT 《35×/ 10-3 （10×300），約為12μF。

您將要測量的DAV大致與充電電壓E成正比，因此E應該足夠高以使DAV引人注目。圖1的繼電器類型和電阻值也將取決于E的值。

您可以使用如圖1所示連接的任何高電阻（Ri》 10MΩ）電壓表直接測量DAV估算值。最好使用分辨率不低于4.5位數的電壓表，因為DAV可能很小。為了獲得穩定的讀數，電壓表的時間常數C1×Ri應該遠大于周期持續時間（t）。在某些情況下，這可能是個問題，因此示波器可能比電壓表更好。在比較兩個相同電容的電容器時，示波器還可以提供更明顯的讀數。

圖4具有相同值的三個電容器的代表性DA測量清楚地表明了其介電類型的差異。

圖4顯示了使用此電路進行DA測量的示例，使用示波器代替電壓表。顯示了三個電容相同（CUT = 220 nF）但介電常數不同的電容器（聚酯膜（PET /聚酯薄膜），PP和PS）的結果。示波器設置為10 mV /格，測試電路參數為：E = 100V和C1 = 100 nF。

對于PE電容器，DAV輸出脈沖幅度約為85 mV，對于PP電容器，此幅度約為18 mV，對于PS電容器，其僅為9 mV。因此，電介質類型之間的區別非常明顯。

通過采樣誤差校正計算DA值（DAV / E），我們得到：

?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％。

該數據與數據表參考非常吻合。

安全須知

接通電源后，測量將連續重復。當電源關閉時，CUT將通過S1的常閉觸點放電。但是，其放電時間取決于其電容，因此，如果電容和充電電壓E都足夠高，則在（斷開）連接CUT時一定要遵守安全規則。在執行此操作之前，應先將電路關閉。另外，請注意電解CUT的極性。

最后的想法

使用一些已知容量和介電常數的電容器，您可以輕松地校準電路。同樣，通過改變振蕩器頻率，即通過改變C3的值來擴展電路可以處理的適當電容的范圍也是一個好主意。將C3的值增加到100 nF（或更大）可以使工作周期易于觀察到，這有助于在出現問題時進行調試。最后，可以使用4040芯片代替4060，并使用振蕩器來補充電路。
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