电容的测量

作者: Digi-Key 工程师 Erik Brateng

如何正确测量电容容量和耗散因子?

正确测量电容容量和耗散因数的关键是电表设置。


电压设置对于高电容容量的电容而言至关重要。对于某些电容表,如果施加到测试元件的电压不够,电容容量读数就会很低。

频率设置也很重要。由于电容容量随频率的变化而变化,因此行业标准将测试频率指定为1MHz、1kHz或120Hz(请参见表1)。

辨别EIA II类电容的老化现象同样重要。对于II类材料,电容容量会随时间而减小。因此,一项广为接受的行业惯例规定,在最后一次加热(TOLH)后1000小时内,电容容量应处于容差范围内。

为什么需要根据电容容量范围在不同的测试频率 / 电压下测量电容容量?

仪表的频率设置取决于元件的寄生特性。为了更准确地读取元件数值,测量频率应偏离元件的自谐振频率(SRF)。行业用户会根据电容值在不同的频率点设置标准(请参见表1)。超过10uF的电容值被视为属于钽电容的范围。因此,随着陶瓷电容容量范围开始扩大并覆盖了钽电容的范围,业界将用于钽电容测量的频率标准应用于陶瓷电容中。

施加的电压还取决于电容的电容容量。通常,针对10uF及以下电容值施加的电压为1.0±0.2 Vrms。但当电容值超过10uF时,施加的电压为0.5±0.1 Vrms。高电容容量电容的阻抗非常低,因此要提供充足的电流以进行测量,电源需要的电流还要大于1.0±0.2 Vrms时的电流。通过降低施加的电压,电源就能提供充足的电流以准确测量高电容容量的电容。

电容容量的 Cp Cs 有什么区别?

阻抗分析仪可以采用并联(称为Cp)或串联(称为Cs)的方式来测量电容容量。电路模型将取决于电容的电容值(参见图1)。

当C较小且阻抗较高时,C和Rp之间的并联阻抗将明显高于Rs。因此,用于测量电容容量的仪表设置应为Cp。当C较大而阻抗较小时,C和Rp的并联阻抗就不是很明显了。因此,应将Cs用作电表设置来测量电容容量。选择阻抗设置的一个经验法则是,当电容阻抗值大于10kΩ时,使用Cp;当电容阻抗值小于10Ω时,使用Cs。
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如何准确测量品质因子( Q )?

品质因子用于衡量电容在理论上起到纯电容作用的程度。它是耗散因子(DF)的倒数。通常,当电容容量≦330pF、DF>330pF时才会报告Q值。

借助使用(与特定电容容量范围相对应的)精确电感线圈的Q表可以获得准确的Q值。通常需要多个线圈才能在0.5~330pF的范围内进行充分测量。对于大于330pF的电容,可以取损耗因子的倒数来计算品质因子(请参见公式1)。

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什么是电容的允受的纹波电流?

为响应电容中出现的电压波动,充电电流或放电电流会充入或离开电容。此时进入或离开电容的电流称为纹波电流。该电流通常以有效值表示,因为从原理上说它并不是直流电。电容会随着纹波电流产生热量,因此必须设置一个上限,而该上限的值就是所谓的允受的纹波电流。

有关更多信息,你可以观看有关MLCC的“另一教学时刻”(Another Teaching Moment):https://www.youtube.com/watch?v=0r_0AgFr-U4

我们博客上的一篇关于MLCC的博文:https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2018/jan/multilayer-ceramic-capacitors-mlccs

电容的类别:陶瓷电容温度系数的理解

英文原文链接:Measuring a Capacitor