測量電容容量和耗散因數的方法解析

2020-12-09 電子發燒友

測量電容容量和耗散因數的方法解析

Erik Brateng 發表於 2020-12-05 10:11:00

作者： Digi-Key 工程師 Erik Brateng

正確測量電容容量和耗散因數的關鍵是電錶設置。

電壓設置對於高電容容量的電容而言至關重要。對於某些電容表，如果施加到測試元件的電壓不夠，電容容量讀數就會很低。

頻率設置也很重要。由於電容容量隨頻率的變化而變化，因此行業標準將測試頻率指定為1MHz、1kHz或120Hz（請參見表1）。

辨別EIA II類電容的老化現象同樣重要。對於II類材料，電容容量會隨時間而減小。因此，一項廣為接受的行業慣例規定，在最後一次加熱（TOLH）後1000小時內，電容容量應處於容差範圍內。

為什麼需要根據電容容量範圍在不同的測試頻率 / 電壓下測量電容容量？

儀表的頻率設置取決於元件的寄生特性。為了更準確地讀取元件數值，測量頻率應偏離元件的自諧振頻率（SRF）。行業用戶會根據電容值在不同的頻率點設置標準（請參見表1）。超過10uF的電容值被視為屬於鉭電容的範圍。因此，隨著陶瓷電容容量範圍開始擴大並覆蓋了鉭電容的範圍，業界將用於鉭電容測量的頻率標準應用於陶瓷電容中。

施加的電壓還取決於電容的電容容量。通常，針對10uF及以下電容值施加的電壓為1.0±0.2 Vrms。但當電容值超過10uF時，施加的電壓為0.5±0.1 Vrms。高電容容量電容的阻抗非常低，因此要提供充足的電流以進行測量，電源需要的電流還要大於1.0±0.2 Vrms時的電流。通過降低施加的電壓，電源就能提供充足的電流以準確測量高電容容量的電容。

電容容量的 Cp 和 Cs 有什麼區別？

阻抗分析儀可以採用並聯（稱為Cp）或串聯（稱為Cs）的方式來測量電容容量。電路模型將取決於電容的電容值（參見圖1）。

當C較小且阻抗較高時，C和Rp之間的並聯阻抗將明顯高於Rs。因此，用於測量電容容量的儀表設置應為Cp。當C較大而阻抗較小時，C和Rp的並聯阻抗就不是很明顯了。因此，應將Cs用作電錶設置來測量電容容量。選擇阻抗設置的一個經驗法則是，當電容阻抗值大於10kΩ時，使用Cp；當電容阻抗值小於10Ω時，使用Cs。

如何準確測量品質因子（ Q ）？

品質因子用于衡量電容在理論上起到純電容作用的程度。它是耗散因子（DF）的倒數。通常，當電容容量≦330pF、DF>330pF時才會報告Q值。

藉助使用（與特定電容容量範圍相對應的）精確電感線圈的Q表可以獲得準確的Q值。通常需要多個線圈才能在0.5～330pF的範圍內進行充分測量。對於大於330pF的電容，可以取損耗因子的倒數來計算品質因子（請參見公式1）。

什麼是電容的允受的紋波電流？

為響應電容中出現的電壓波動，充電電流或放電電流會充入或離開電容。此時進入或離開電容的電流稱為紋波電流。該電流通常以有效值表示，因為從原理上說它並不是直流電。電容會隨著紋波電流產生熱量，因此必須設置一個上限，而該上限的值就是所謂的允受的紋波電流。
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