測(cè)量電容容量和耗散因數(shù)的方法解析

作者： Digi-Key 工程師 Erik Brateng

正確測(cè)量電容容量和耗散因數(shù)的關(guān)鍵是電表設(shè)置。

電壓設(shè)置對(duì)于高電容容量的電容而言至關(guān)重要。對(duì)于某些電容表，如果施加到測(cè)試元件的電壓不夠，電容容量讀數(shù)就會(huì)很低。

頻率設(shè)置也很重要。由于電容容量隨頻率的變化而變化，因此行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將測(cè)試頻率指定為1MHz、1kHz或120Hz（請(qǐng)參見表1）。

辨別EIA II類電容的老化現(xiàn)象同樣重要。對(duì)于II類材料，電容容量會(huì)隨時(shí)間而減小。因此，一項(xiàng)廣為接受的行業(yè)慣例規(guī)定，在最后一次加熱（TOLH）后1000小時(shí)內(nèi)，電容容量應(yīng)處于容差范圍內(nèi)。

為什么需要根據(jù)電容容量范圍在不同的測(cè)試頻率 / 電壓下測(cè)量電容容量？

儀表的頻率設(shè)置取決于元件的寄生特性。為了更準(zhǔn)確地讀取元件數(shù)值，測(cè)量頻率應(yīng)偏離元件的自諧振頻率（SRF）。行業(yè)用戶會(huì)根據(jù)電容值在不同的頻率點(diǎn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)（請(qǐng)參見表1）。超過10uF的電容值被視為屬于鉭電容的范圍。因此，隨著陶瓷電容容量范圍開始擴(kuò)大并覆蓋了鉭電容的范圍，業(yè)界將用于鉭電容測(cè)量的頻率標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于陶瓷電容中。

施加的電壓還取決于電容的電容容量。通常，針對(duì)10uF及以下電容值施加的電壓為1.0±0.2 Vrms。但當(dāng)電容值超過10uF時(shí)，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(jìn)行測(cè)量，電源需要的電流還要大于1.0±0.2 Vrms時(shí)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(zhǔn)確測(cè)量高電容容量的電容。

電容容量的 Cp 和 Cs 有什么區(qū)別？

阻抗分析儀可以采用并聯(lián)（稱為Cp）或串聯(lián)（稱為Cs）的方式來測(cè)量電容容量。電路模型將取決于電容的電容值（參見圖1）。

當(dāng)C較小且阻抗較高時(shí)，C和Rp之間的并聯(lián)阻抗將明顯高于Rs。因此，用于測(cè)量電容容量的儀表設(shè)置應(yīng)為Cp。當(dāng)C較大而阻抗較小時(shí)，C和Rp的并聯(lián)阻抗就不是很明顯了。因此，應(yīng)將Cs用作電表設(shè)置來測(cè)量電容容量。選擇阻抗設(shè)置的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是，當(dāng)電容阻抗值大于10kΩ時(shí)，使用Cp；當(dāng)電容阻抗值小于10Ω時(shí)，使用Cs。

如何準(zhǔn)確測(cè)量品質(zhì)因子（ Q ）？

品質(zhì)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(shù)。通常，當(dāng)電容容量≦330pF、DF>330pF時(shí)才會(huì)報(bào)告Q值。

借助使用（與特定電容容量范圍相對(duì)應(yīng)的）精確電感線圈的Q表可以獲得準(zhǔn)確的Q值。通常需要多個(gè)線圈才能在0.5～330pF的范圍內(nèi)進(jìn)行充分測(cè)量。對(duì)于大于330pF的電容，可以取損耗因子的倒數(shù)來計(jì)算品質(zhì)因子（請(qǐng)參見公式1）。

什么是電容的允受的紋波電流？

為響應(yīng)電容中出現(xiàn)的電壓波動(dòng)，充電電流或放電電流會(huì)充入或離開電容。此時(shí)進(jìn)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?yàn)閺脑砩险f它并不是直流電。電容會(huì)隨著紋波電流產(chǎn)生熱量，因此必須設(shè)置一個(gè)上限，而該上限的值就是所謂的允受的紋波電流。
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