正確測(cè)量電容値和耗散因數(shù)的關(guān)鍵是儀表設(shè)置(表1)。
類別類型 | 電容量 | 頻率 | 電壓 |
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Class I | 1,000pF and under | 1MHz ± 10% | 0.5 ~ 5 Vrms |
Over 1,000pF | 1kHz ± 10% |
Class II | 10uF and under | 1kHz ± 10% | 1.0 ± 0.2 Vrms |
Over 10uF | 120Hz ± 20% | 0.5 ± 0.2 Vrms |
表1:不同電容量范圍和類別類型的頻率和電壓設(shè)置
電壓設(shè)置對(duì)于高容値電容器來(lái)說(shuō)是非常重要的。對(duì)于有些電容器儀表,對(duì)測(cè)試部件的印加電壓不足,因此電容値讀數(shù)偏低。
頻率設(shè)置也十分重要。由于電容量隨頻率而變化,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指定了1MHz、1kHz或120Hz(表1)的測(cè)試頻率。
了解EIA class II電容器的老化現(xiàn)象也很重要。對(duì)于class II材料,電容量隨時(shí)間推移而減少1。因此,已接受的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自上次加熱后1000小時(shí)電容量應(yīng)處于偏差范圍內(nèi)(TOLH)2。
何謂MLCC的老化?
IEC-384-9 (1988), Appendix A
(2):由于容量帶不同,為什么要以不同的測(cè)試頻率/電壓測(cè)試電容量?
儀表的頻率設(shè)置主要取決于元件的寄生成分。為取得更精確的元件測(cè)試,要遠(yuǎn)離部件的SRF(Self-Resonant Frequency,自共振頻率)測(cè)量頻率。行業(yè)用戶根據(jù)電容量值設(shè)定不同頻率點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。在鉭電容范圍內(nèi)考慮了10uF以上的電容量。因此,隨著陶瓷電容量范圍開始提升到鉭電容范圍,行業(yè)將鉭電容測(cè)量的頻率標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到陶瓷電容。
印加電壓還取決于電容器的電容量。通常,10uF及以下已施加了1.0±0.2 Vrms電壓。但10uF以上,印加電壓為0.5±0.2 Vrms。高電容量電容器有極低阻抗,因此,要供應(yīng)足夠的電流進(jìn)行測(cè)量,電源需要高于1.0 ±0.2 Vrms時(shí)所供應(yīng)的更多電流。所以,通過(guò)降低印加電壓,電源將能夠供應(yīng)足夠的電流來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量高電容量電容器。
類別類型 | 電容量 | 頻率 | 電壓 |
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Class I | 1,000pF and under | 1MHz ± 10% | 0.5 ~ 5 Vrms |
Over 1,000pF | 1kHz ± 10% |
Class II | 10uF and under | 1kHz ± 10% | 1.0 ± 0.2 Vrms |
Over 10uF | 120Hz ± 20% | 0.5 ± 0.2 Vrms |
表1: 不同電容量范圍和類別類型的頻率和電壓設(shè)置
(3):Cp或Cs有何不同?
阻抗分析儀表可以測(cè)量稱作Cp的并聯(lián)電容或稱作Cs的串聯(lián)電容4。電路模式將取決于電容器的電容值(圖1)。
當(dāng)C小而阻抗大時(shí),C和Rp之間的并聯(lián)阻抗將會(huì)明顯高于Rs。因此用于測(cè)量電容量的儀表設(shè)置應(yīng)為Cp。當(dāng)C大而阻抗小時(shí),C和Rp的并聯(lián)阻抗不太大。因此,儀表設(shè)置應(yīng)使用Cs來(lái)測(cè)量電容量。選擇阻抗設(shè)置的一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是,對(duì)大于10kΩ的電容器阻抗值使用Cp,對(duì)小于10Ω的使用Cs。
(4):要測(cè)量MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)的容量,應(yīng)該選擇具有什功能的容量測(cè)試儀表?
測(cè)試儀表最重要的功能是印加電壓和測(cè)量頻率。 確保電壓和頻率范圍對(duì)于表1中所列的設(shè)置是足夠的。 須知道對(duì)于大容量電容器,測(cè)試儀表的阻抗可能成為重大問(wèn)題。 如果測(cè)量高電容器值,可能需要選擇一個(gè)阻抗可內(nèi)部切換的儀表。
有些測(cè)試儀表提供等級(jí)監(jiān)視功能。此功能可監(jiān)控OSC等級(jí)的輸出水平或直流偏壓。
測(cè)試儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性、速度和電容量范圍也很重要。電容量的測(cè)量準(zhǔn)確性應(yīng)介于0.07%的準(zhǔn)確性范圍內(nèi)。測(cè)試儀表在測(cè)量電容時(shí)、特別是用高速測(cè)量機(jī)器時(shí)確保儀表具有足夠的時(shí)間來(lái)測(cè)量。確保要測(cè)量的電容器處在測(cè)試儀表的電容量范圍內(nèi)。
類別類型 | 電容量 | 頻率 | 電壓 |
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Class I | 1,000pF and under | 1MHz ± 10% | 0.5 ~ 5 Vrms |
Over 1,000pF | 1kHz ± 10% |
Class II | 10uF and under | 1kHz ± 10% | 1.0 ± 0.2 Vrms |
Over 10uF | 120Hz ± 20% | 0.5 ± 0.2 Vrms |
表1: 不同電容量范圍和類別類型的頻率和電壓設(shè)置
(5):什么是測(cè)試儀表的“雜散電容”?
雜散電容量是測(cè)量誤差的一種類型,被定義為挾具和/或鑷子頭連接之間的電容量。當(dāng)挾具打開時(shí),有一些偏離電容量會(huì)加到電容器測(cè)量値上。但是,如果正確執(zhí)行開放補(bǔ)償,則可以準(zhǔn)確補(bǔ)償挾具產(chǎn)生的偏離電容量。
(6):什么是測(cè)量誤差補(bǔ)償,為什么需要補(bǔ)償?
補(bǔ)償是用于補(bǔ)償測(cè)量過(guò)程中所增加誤差的一個(gè)技術(shù),如挾具、鑷子等中的殘留寄生。
測(cè)量電容器時(shí),要進(jìn)行連接接觸需要挾具或鑷子鉗。但是,挾具有一些寄生阻抗和導(dǎo)納,這可能會(huì)使測(cè)量值增加不必要的阻抗或?qū)Ъ{。因此,需要寄生成分的補(bǔ)償。
補(bǔ)償通常包括三個(gè)步驟。這些步驟為開路、短路和負(fù)載補(bǔ)償。執(zhí)行開路補(bǔ)償時(shí),補(bǔ)償寄生導(dǎo)納。執(zhí)行短路補(bǔ)償時(shí),補(bǔ)償寄生阻抗。負(fù)載補(bǔ)償設(shè)置50Ω負(fù)載測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。
對(duì)于低電容量(<1000pF)的測(cè)量,任何額外的測(cè)量誤差都可能會(huì)極大影響顯示值。因此補(bǔ)償對(duì)于低電容量
(7):如何能準(zhǔn)確測(cè)量Q?
Q(Quality Factor,質(zhì)量因數(shù))是電容器用作理想純電容器的量度標(biāo)準(zhǔn)6。它是DF(Dissipation Factor,耗散因數(shù))的倒數(shù)。Q通常電容值在330pF以下時(shí)オ會(huì)關(guān)心Q値的大小。
通過(guò)利用精密電感線圈(對(duì)應(yīng)特定電容量范圍)的Q儀表可以獲得準(zhǔn)確的Q值。經(jīng)常需要多個(gè)線圈才能充分測(cè)量0.5~330pF范圍值。對(duì)于電容器 > 330pF,可以通過(guò)耗散因數(shù)的倒數(shù)獲得質(zhì)量因數(shù)(公式1)。
*1 “Glossary of Capacitor Terms”, Ray Ostlie (1989)
(8):如何能測(cè)量電容器的絕緣電阻?
IR(Insulation Resistance,絕緣電阻)是電容器中的電介質(zhì)材料電阻漏電流的程度。它是電介質(zhì)材料本身的電阻*1。IR可通過(guò)漏電流來(lái)測(cè)量。知道漏電流和外加電壓,即可根據(jù)歐姆定律計(jì)算絕緣電阻。測(cè)量漏電流有兩種基本方式。首先,用一個(gè)與電容器和電壓源串聯(lián)的電流表(圖1)。
其次,用一個(gè)與電阻器并聯(lián)的伏特計(jì),然后串聯(lián)連接到電容器和電壓源(圖2)。
第一個(gè)方法通常適用于小于1uF的電容器。低電容量電容器具有低漏電流,因此,低電流電表可以準(zhǔn)確測(cè)量電流。如果漏電流高,由于充電電容器的噪音和不穩(wěn)定性,電表將不能準(zhǔn)確測(cè)量。因此,對(duì)于高容値電容器應(yīng)使用第二種方法*2。
圖2: 帶電阻的并聯(lián)伏特計(jì),并且串聯(lián)到電容器
*1 “Glossary of Capacitor Terms”, Ray Ostlie (1989)
*2 Keithley Switching Handbook, 3rd Edition, 1995, Page 4-12
(9):如何計(jì)算MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)的絕緣電阻或CR積?
根據(jù)部件的額定電壓有兩種絕緣電阻限制(表1)。
額定電壓 | IR限制公式 |
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25V~50V | 10,000MΩ或500MΩ uF; 以小者為準(zhǔn)。 |
6.3V~16V | 10,000MΩ或100MΩ uF; 以小者為準(zhǔn)。 |
表1: IR限制公式
示例:
額定電壓: 16V
標(biāo)稱電容量: 100,000pF(或0.1 uF)
IR限制 = min[10,000MΩ或100MΩ uF/0.1uF]
= min[10,000MΩ或1,000MΩ]
因此,IR限制 = 1,000MΩ