Один из наших технических специалистов недавно попросил помочь определить индуктивность дросселя для поверхностного монтажа. Дроссель не имел маркировки и состоял и множества витков очень тонкого повода, намотанного на ферритовый сердечник. Измеренное сопротивление составило 26 Ом, что почему-то привело наш древний LCR-мост в замешательство, и показания 30 мГн сопровождались мигающим сообщением об ошибке. Техник справедливо полагал, что такой маленький дроссель не может иметь индуктивность 30 мГн.
Другого моста у меня не было, но я заверил техника, что есть и иные способы выполнения измерений. Один из них – припаять параллельно неизвестному дросселю конденсатор известной емкости для образования LC-контура, предпочтительно используя конденсатор с допуском 5% или лучше и с хорошим радиочастотным диэлектриком, таким как C0G (NP0). Затем можно измерить полученную резонансную частоту и по ней рассчитать индуктивность. Для измерения резонансной частоты можно было бы собрать генератор на основе этого контура, но проще и быстрее использовать обычный функциональный генератор и несколько проводов с зажимами (см. Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. |
Функциональный генератор должен формировать скачок напряжения, предпочтительно с быстрым нарастанием, полученный, например, с выхода «синхронизации» генератора функций. Если функциональный генератор недоступен, можно быстро собрать макет генератора фронтов, используя любые инвертирующие логические элементы Шмитта, такие например, как показанный на Рисунке 2 инвертор 74xx14.
 |
|
| Рисунок 2. |
Чем меньше время нарастания логического семейства, тем сильнее возбуждение LC-контура. Фактический интервал между фронтами следует сделать достаточно большим, чтобы дать время на стабилизацию переходного процесса в контуре, но при использовании аналогового осциллографа частота повторения фронтов не должна быть слишком высокой, чтобы получить приемлемую яркость на экране ЭЛТ.
Полученная осциллограмма показана на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. |
Синий цвет – это запускающий фронт, желтый – реакция LC-контура. От фронта импульса, проходящего через конденсатор емкостью 10 пФ, контур звенит примерно так же, как гитарная струна от медиатора. Контур звенит, и резонансная частота может быть измерена с помощью курсоров. Возможно, придется поэкспериментировать с емкостью разделительного конденсатора 10 пФ, чтобы получить приемлемую амплитуду звона, но ее значение должно быть намного меньше, чем емкость конденсатора, подключенного параллельно дросселю.
В данном случае емкость конденсатора, подключенного параллельно дросселю, равна 1 нФ, а результирующая частота составляет 156 кГц. На основании формулы для резонансной частоты
расчет индуктивности дает 1 мГн. Этот метод можно использовать для измерения индуктивности вплоть до области наногенри; возможно, потребуется соответствующим образом увеличить емкость известного параллельного конденсатора, чтобы поддерживать подходящую частоту звона в пределах полосы пропускания осциллографа.
Измерение немаркированных конденсаторов несколько проще технически, но сложнее физически. Если конденсаторы для поверхностного монтажа не имеют маркировки, сначала их необходимо аккуратно удалить с оригинальной платы с помощью термофена или двойного паяльника. Их небольшие размеры и хрупкость требуют припаивания к ним тонких проводов, но можно сделать более удобное приспособление, зачистив участок меди одностороннего фольгированного стеклотекстолита абразивным диском Dremel, чтобы сформировать небольшие площадки, к которым можно припаять неизвестный конденсатор и короткие измерительные выводы.
Скачок напряжения подается на конденсатор с использованием схемы, показанной на Рисунке 4. Опять же, функциональный генератор можно заменить макетом генератора фронтов; все, что нужно – это ступенька напряжения со скоростью нарастания, значительно превышающей скорость нарастания измерений, и периодом между фронтами, достаточно большим для завершения переходного процесса.
 |
|
| Рисунок 4. |
Это дает классическую экспоненциальную кривую зависимости напряжения от времени заряда. Одной постоянной времени RC соответствует точка, где напряжение на заряжающемся конденсаторе достигает 63% от конечного значения (Рисунок 5).
 |
|
| Рисунок 5. |
Отрегулируйте вертикальную развертку осциллографа так, чтобы в итоге кривая нарастала до восьми делений. В таком масштабе точка 63% удобно ложится вблизи пятого деления сетки. В приведенном примере курсоры показывают, что от старта до уровня 62.5% проходит 300 нс. Поскольку сопротивление резистора равно 10 кОм, емкость C = t/R = 30 пФ.
Теперь необходимо внести поправку на щуп путем вычитания известной емкости щупа из измеренного значения, чтобы получить фактическую емкость тестируемого конденсатора. Для щупа емкостью 15 пФ емкость неизвестного конденсатора должна составлять 15 пФ.
При измерении того же конденсатора более качественным щупом с емкостью 7.5 пФ получается осциллограмма, показанная на Рисунке 6.
 |
|
| Рисунок 6. |
Вычитание 7.5 пФ из измеренных 22.8 пФ дает для емкости неизвестного конденсатора 15.3 пФ – достаточно близко.
Что делать, если неизвестна емкость щупа? Нет проблем – удалите тестируемый конденсатор и тем же методом измерьте только емкость щупа!
