При кратковременном замыкании выводов полностью заряженного конденсатора скорость разрядки его основного компонента C определяется произведением ёмкости C насопротив-ление замыкателя r_з. Часть ёмкости этого конденсатора С_а, обусловленная поляризацией диэлектрика, за то же время разрядиться не успевает, так как её разрядка происходит через сопротивление абсорбции r_a, которое во много раз больше r_з.

Графически это представлено на рис. 2, где t₁- интервал зарядки конденсатора; t₂ - интервал его разрядки; t₃ - интервал перераспределения остаточного заряда ёмкости C_a между ней и ёмкостью C. На этом интервале напряжение между выводами конденсатора нарастает до максимального значения U_ост. Достигнув максимума, оно медленно спадает за счёт саморазрядки конденсатора через сопротивление утечки r.

Рис. 2.

Отношение остаточного напряжения U_ост, возникающего на конденсаторе после его зарядки и кратковременной разрядки, к напряжению зарядки называют коэффициентом диэлектрической абсорбции конденсатора и выражают в процентах. Его вычисляют по формуле

K_a = U_ост / U_зар · 100.

Напряжение, появляющееся между обкладками конденсатора после его кратковременной разрядки, существенно зависит от продолжительности интервалов t₁, t₂ и t₃. Согласно п. 2.11 "Определение коэффициента диэлектрической абсорбции" стандарта [2], она должна быть равна соответственно 3 мин, 5 с и 3 мин. Кроме того, конденсатор перед проведением измерений (до начала зарядки) необходимо подвергнуть длительной начальной стабилизации с закороченными выводами.

Значение коэффициента К_а конденсаторов с различными диэлектриками находится в пределах от тысячных долей до единиц и даже десятков процентов. Наименьшие его значения характерны для фторопластовых и полистирольных конденсаторов, наибольшие - для алюминиевых оксидных конденсаторов.

Я разработал простой прибор для измерения коэффициента диэлектрической абсорбции конденсаторов, по возможности максимально удовлетворив требования, изложенные в [2]. Схема прибора показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема прибора

Одно из очень важных требований к нему содержит п. 2.11.3.5 стандарта. В нём сказано, что произведение входного сопротивления вольтметра на номинальную ёмкость конденсатора должно быть не менее чем в 100 раз больше времени, необходимого для считывания результата. Чтобы выполнить этотребо-вание, между измеряемым конденсатором Cx и измеряющим напряжение на нём мультиметром установлен повторитель напряжения с крайне высоким входным сопротивлением, собранный на ОУ MCP6231-E/P (DA2).

Максимальное напряжение питания этого ОУ - 5,5 В. Входные токи - порядка 1 пА, смещение нуля - не более 5 мВ. Интервалы допустимого входного и выходного напряжения включают в себя потенциалы линии питания и общего провода (rail-to-rail input and output). Входное сопротивление самого Оу - 10¹³ Ом, но входное сопротивление повторителя определяется сопротивлением резистора R2, которое может быть при желании увеличено.

Напряжение питания прибора 9 В поступает от гальванической батареи GB1 (6F22 "Крона" или её аналог).

Интегральный стабилизатор напряжения DA1 понижает его до 5 В. Светодиод HL1 гаснет при снижении напряжения батареи ниже допустимого (приблизительно +7 В).

Переключатель SA2 - ПМ-1 на пять положений. Положение 1 используют для зарядки испытуемого конденсатора C_x, положение 3 - разрядка конденсатора, в положении 5 измеряют остаточное напряжения U_ост. Последовательность действий при измерении такова:

- длительное (желательно) замыкание выводов конденсатора C_x (переключатель SA2 в положении 3);

- зарядка конденсатора до напряжения +5 В в течение 3 мин (положение 1);

- его разрядка в течение 5 с (положение 3);

- выдержка 3 мин (положение 4);

- считывание показаний мультиметра (положение 5).

Следует стремиться к тому, чтобы постоянная времени разрядки конденсатора C_x во время измерения, равная произведению R2·C_x, была значительно больше продолжительности считывания результата измерения. Этим ограничена минимальная ёмкость испытуемого конденсатора (в рассматриваемом устройстве -0,05...0,1 мкФ).

К выходу прибора можно подключить любой цифровой вольтметр постоянного тока с пределом измерения 200 мВ, например, мультиметр DT830B в соответствующем режиме. Делитель напряжения R3R4 необходим для того, чтобы показание милливольтметра, равное 200 мВ, соответствовало значению К_а 2 %. При этом каждый милливольт показаний будет означать приращение коэффициента на 0,01 %.

Делитель напряжения R5R6 предназначен для компенсации смещения нуля ОУ. Её добиваются с помощью подстроечного резистора R6 по нулевым показаниям мультиметра при разомкнутом входе повторителя (переключатель SA2 в положении 3).

ОУ MCP6231-E/P можно заменить на любой другой rail-to-rail ОУ с входным током в единицы пикоампер, допускающий однополярное питание. Подойдут, например, MCP6141-I/P, MCP6S91-E/P или AD8515.

В качестве резистора R2 можно применить любой сопротивлением 330...1000 МОм, например, КИМ-0,125, КИМ-Е, С2-33НВ, Р1-32. За неимением другого автор применил резистор R2 номиналом 330 МОм, но желательно при возможности использовать 1000 МОм и более. Это позволит измерять коэффициент абсорбции конденсаторов меньшей ёмкости.

Подстроечный резистор R6 - СПО-0,5. Его ось выведена наружу для удобной регулировки. В качестве выключателя питания SA1 применён тумблер МТ1. Светодиод 5WPG4MC можно заменить любым достаточно ярким светодиодом зелёного свечения.

На печатной плате размерами 125x53 мм размещены все элементы прибора, в том числе выключатель SA1 и переключатель SA2. Для устранения наводок плата помещена в экранированный корпус размерами 135x78x35 мм, на боковой стенке которого расположены зажимы для подключения мультиметра. Корпус изготовлен из фольгированного стеклотекстолита, внутренние медные поверхности его деталей спаяны между собой и соединены с общим проводом печатной платы. Нижняя крышка должна электрически контактировать с корпусом.

Читателям, вероятно, интересны результаты измерения коэффициента абсорбции некоторых конденсаторов. Они приведены в таблице. Согласно требованиям [2], длительность интервалов t₁, t₂ и t₃ составляла соответственно 3 мин, 5 с и 3 мин.

Литература

1. Диджер Дж. Надёжность как фактор стоимости бытовой электронной аппаратуры. - Электроника, 1973, № 18.

2. ГОСТ 28885-90. Конденсаторы. Методы измерений и испытаний. - URL: http:// gostrf.com/normadata/1 /4294825/429482 5836.pdf (07.10.2019).

Автор: Б. Демченко, г. Киев, Украина