电容器测试的挑战与方案

2014-12-17 14:17:52来源: eccn 关键字:电容器测试  绝缘电阻值  电介质

电容器是基本的电气元件,它出现在几乎任何一种电子硬件中。电容器广泛用于旁路耦合滤波和隧道电子电路。但是,为了使用电容器,就必须分析其电容量、额定电压、温度系数和漏电阻等特性。虽然电容器制造商进行这些测试,但是许多电子器件制造商在将电容器应用到产品中时,也要进行上述某些测试来检查质量。

什么是电容器?

电容器有点像电池,因为它们都储存电能。在电池内部,化学反应在一端产生电子并在另一端储存电子。但是,电容器比电池简单得多,因为电容器不能产生新电子——它只能储存电子。在电容器内部,连接到两块金属板的端子被非导电物质(称为电介质)隔开。电容器的存储潜力(或电容量)采用法拉度量。

电容量的测量

静电计的库仑功能可以配合阶跃电压源使用,以测量从几百纳法到<10pF范围的电容量。将未知电容与静电计的输入和阶跃电压源串联

电容量的计算公式为:



图1示出了用静电计和内部电压源测量电容量的基础配置。其中,测量仪器处于电荷(或库仑)模式并且其电压源提供阶跃电压。在打开电压源之前,应当禁用仪表的零位检查功能并用REL功能将显示的电荷读数清零,零位检查的目的是防止输入FET过载并使测量仪器回零。当启用零位校验功能时,根据所使用静电计类型的不同,静电计的输入电阻范围约从10MΩ至100MΩ。当改变输入电路的条件时(例如改变功能和连接),应当启用零位检查功能。REL功能是从实际读数中减去一个参考值。当启用REL功能后,测量仪器使用当前读数作为相对值。之后的读数将是实际输入值与相对值的差。

接着,打开电压源,随即记录下电荷读数。再用这个公式计算电容量:


其中:Q2=最终电荷

Q1=初始电荷(假定为零)

V2=阶跃电压

V1=初始电压(假定为零)

记录完读数后,将电压源复位到0V以消耗器件中的电荷。在接触器件前,请核实电容已经放电并达到安全电平。未知电容应放在屏蔽的测试装置中。该屏蔽连至静电计的LO输入端。HI输入端应当连至未知电容的最高阻抗端。如果电荷速率太高,由于输入级暂时变为饱和,会导致测量结果出错。为了限制静电计输入端的电荷转移速率,要在电压源和电容之间串联一个电阻器。当电容值>1nF时,尤其如此。串联电阻器的典型阻值为10kΩ~1MΩ。



电容器漏电

漏电是电容器的非理想特性之一,用绝缘电阻(IR)来描述。对于给定的介质材料,其有效并联电阻与电容成反比。这是因为电阻与介质的厚度成正比,与电容面积成反比。电容与面积成正比,与分开的距离成反比。因此,用于量化电容器漏电的常用单位是电容与泄漏电阻的积,通常用兆欧姆-微法拉(MΩ•μF)表示。电容器漏电的测量是施加固定电压至被测电容器并测量产生的电流。因为漏电流随时间的增加将以指数形式衰减,所以通常先施加一段时间(延迟时间)的电压再测量电流



绝缘电阻值取决于电介质

理论上,电容器的电介质可由任意非导电物质组成。但在实际应用中,使用的材料要最适于电容器的功能。例如聚苯乙烯、聚碳酸酯或Teflon®等聚合物介质。根据所使用的具体材料和纯度,其绝缘电阻范围可从104MΩ•μF至108MΩ•μF。例如,1000pF的Teflon电容器具有高于1017Ω的绝缘电阻,就记为>108MΩ•μF。诸如X7R或NPO等陶瓷的绝缘电阻范围可从103MΩ•μF至106MΩ•μF。电解电容器(例如钽或铝)的泄漏电阻相对低得多,通常从1MΩ•μF至100MΩ•μF。例如,4.7μF铝电容如果规定为50MΩ•μF,那么其绝缘电阻至少为10.6MΩ。

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关键字:电容器测试  绝缘电阻值  电介质

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1217/article_10386.html
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