Способ измерения емкости

 

(72) Автор . изобретения

Б. И. Губский (Vl ) Заявитель (S4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ

Изобретение относится к электроизме ритепьной технике, в частности к измере"нию емкости в тех случаях, когда необходимо использовать напряжения и токи очень малой амплитуды, например,. при измерении емкости сегнемоэлектрических конденсаторов.

Известны способы измерения емкости в мостовых схемах; когда измеряемую емкость включают в одно из плеч мссто вой схемы и по степени разбаланса Мос та судят о знаЧении измеряемой емкостя (И

Недостатком данных способов являет ,ся необходимость пропускания тока через исследуемый объект, под действием коте рого изменяются параметры объекта, а, 15 следовательно, снижается точность изме рения.

Наиболее близким к предлагаемому яв ляется способ измерения емкости, осло

20 ванный на измерении теплового шума ре зистора, подключенного параллельно ис следуемому объекту, и измерении абсо лютной температуры (2) .

Значение емкости затем рассчитывают с ислопьэованием формулы Найквиста по результатам "измерения теплового шума .. при различных,сопротивлениях калиброванныхх резисторов. При этом нет необходимости прикладывать к исследуемому объекту напряжение извне.

Недостатками известного способа являются значительная трудоемкость s проведении опытов и большие затраты времени на обработку результатов измерений. цепь изобретения. - ловы)пение быстродействия.

Поставленная цепь достигается тем, что измеряют в широкой полосе частот максимальную величину теплового шума .лри изменении сопротивления резистора, а о величине емкости судят по формуле

С=кт!бают, где и - постоянная Бопьцмана;

Т - абсолютная температура резистора;

О среднее значение квадрата наma пряжения максимального ypos ня теплового шума. (1) зо (4) допуская, что fz/ -

3 9171

Предлагаемый способ измерения емкости заключается в спедуюшем.

К измеряемой емкости С параллельно подкпючают переменный резистор. При определенном значении сопротивпения ре зисторв напряжение теплового шума 0 нв кпеммах резистора будет максимальным, так квк величина этого напряжения

62 зависит от вепичины сопротивпения реас р. Сопротнвпэние ре упру с попучения максимапьного напряжения теплового шума 0 на его зажимах, а на»

2 пряженне теплового шума 0 измеряют в широкой полосе частот при большом соотношении граничных частот в полосе - И уси пения. Затем, испоиьзуя математическую зависимость максимального значения напряжения тецповаго шума 0 в ши-г рокой поносе частот на резисторе, зашун тированном емкостью С, определяют зна- 26 чение этой емкости.

Предлагаемый способ основан на следующих теоретических предпосыцках.

Согласно теореме Найквиств средний квадрат напряжения тецпового Шума U 25 иа зажимах цепи, состоящей из вкпючен них параппецьно сопротивпения R и емкости С, опредепяется в виде г

Ц

4 - (arctg+CR -ar ctg Q, сЦ, 2БС

Максимуму значению Ф в (1) при постоянных rdq М и C соответствует вы . З бор оптимального сопротивпения, равного

1 где Ц, т — линейные граничные частоты в Гц.

Подставпяя (2) и (1) нопучим

U „- -(а-4 вгсйд /Х) < (З) откуда xsawo, etc 0m ax при Т= сои@ н zý i опредепяется,:гпавным образом, знвченйем емкости С.. Эта формупв и явцяется . осн(жой цредлагаемого способа. Зная T и измеряя 0,в нетрудно рассчитать

z значение емкости в виде

28 4

В реальных усповнях 4/>1 не может быть бесконечно большим, однако можно показать, что возникающую прн этом погрешность измерения max, а значит и

С, можно снизить до значения 0,1-0,3% прн испоцьзовании мвлошумяших попевых транзисторов во входном каскаде н принятии специальных мер по подавиенню собственных шумов усипитепя теплового шумва

Испопьзование предлагаемого способа позволяет быстро, просто и с достаточно высокой точностью измерять емкость исследуемых объектов при однократном измерении теплового шума без приложения к ним напряжения и в отсутствии тока, протекакицего через них, что черезвычай но важно в ряде научных нсспедований.:

Предлагаемый способ прост в реапнэвцни и позвопяет создать прибор с прямым отсчетом значения измеряемой емкости. При етом трудоемкость измерений и затраты времени нв обработку результатов еще более снижаются.

Формула изобретения

Способ измерения емкости, основанный иа измерении теплового шума резистора, подкшоченного параплепьно исспедуемому объекту н, измерении абсолютной температуры, о т н и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, измеряют в широкой полосе частот максималpную вепнчину теппового шума прн изменении сопротивпения резистора„а о вепичине емкости судят по формуле

KT с =.- —.

max где к - постоянная Больцмана;

Ц среднее значение квадрата напряжения макснмапьного уровня теплового шума;

Т - абсолютная температура резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электрические измерения. Под ред.

° Е. Г. Шрамкова. М., Высшая школа".

1972, с. 281-288.

2. Вгоопц 73. Лцсйи,ation phenomena in

Мыз,4<>t d Sy ВиЧезя а.И. Асадепйс Press" нем МоФ, 1965,. р. 12«19.

ВНИИПИ Заказ 1882/66 Тираж 719 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4