測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)置對于高電容容量的電容而言至關(guān)重要。對于某些電容表，如果施加到測試元件的電壓不夠，電容容量讀數(shù)就會很低。

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(xiàn)象同樣重要。對于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(yè)慣例規(guī)定，在最后一次加熱（TOLH）后1000小時內(nèi)，電容容量應處于容差范圍內(nèi)。

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

儀表的頻率設(shè)置取決于元件的寄生特性。為了更準確地讀取元件數(shù)值，測量頻率應偏離元件的自諧振頻率（SRF）。行業(yè)用戶會根據(jù)電容值在不同的頻率點設(shè)置標準（請參見表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大并覆蓋了鉭電容的范圍，業(yè)界將用于鉭電容測量的頻率標準應用于陶瓷電容中。

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于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）的方式來測量電容容量。電路模型將取決于電容的電容值（參見圖1）。

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

如何準確測量品質(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，當電容容量≦330pF、DF>330pF時才會報告Q值。

借助使用（與特定電容容量范圍相對應的）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的范圍內(nèi)進行充分測量。對于大于330pF的電容，可以取損耗因子的倒數(shù)來計算品質(zhì)因子（請參見公式1）。

什么是電容的允受的紋波電流？

為響應電容中出現(xiàn)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，因為從原理上說它并不是直流電。電容會隨著紋波電流產(chǎn)生熱量，因此必須設(shè)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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