【導讀】電容器的一個關鍵參數(shù)是其介電吸收（DA）。如果想估算電容器的質量或識別其電介質類型，則只要測量出其 DA 即可。在選擇具有適當 DA 的電容器時，這種簡單的電路可以幫助避免耗時的標準過程。
電容器的一個關鍵參數(shù)是其介電吸收（DA）。如果想估算電容器的質量或識別其電介質類型，則只要測量出其 DA 即可。在選擇具有適當 DA 的電容器時，這種簡單的電路可以幫助避免耗時的標準過程。甚至可以很容易地利用它來區(qū)分聚丙烯（PP）電容器和聚苯乙烯（PS）電容器（它們的 DA 值很接近），而無需把它們拆開來看其中的電介質。
有幾種方法可以用來估計或測量 DA 值。對于經典的直接測量法來說，是先將被測電容器（CUT）充電（“浸潤”），然后短暫放電。電容器在等待一段時間后所恢復的電壓，就是介電吸收電壓（DAV）。這個過程中所有階段的持續(xù)時間在標準中進行了準確定義，但是這個過程非常耗時。另一種方法是估計 DA 導致 RC 積分器工作的失真。還可以估計 DA 在 RC 網絡的純正弦信號上所引起的失真。嚴格來說，后兩種方法的主要區(qū)別在于所涉及的測量過程不同。
下面的電路與經典測量技術的要求一致。它們可以保持與經典方法類似的計時——后者相當大（大約一個小時）——但是可以將計時縮短到幾秒鐘或者更短。
圖 1 中的電路包含兩個簧片繼電器（S1、S2），用于控制 CUT 的充電和放電。它還包含一個采樣保持電路（簧片繼電器 S3 和電容器 C1），用于對電容器 C1 上的 DAV 進行采樣。圖示所有的繼電器觸點均處于非激勵狀態(tài)。
圖 1：這個電路可以通過適當控制簧片繼電器開關的時序來測量被測電容器的介電吸收。
電阻 R1 和 R2 用來限制 CUT 和 C1 的充放電電流。它們的額定值應能夠承受充電電壓 E。電阻 R3 可選。如果在 CUT 斷開時（即 CUT = 0），繼電器 S2 外殼上的漏電大到足以產生非零讀數(shù)，則可以把它加上去。
采樣保持電路用來增加 CUT 輸出脈沖的持續(xù)時間，這樣就可以更輕松地對它進行檢查。但是，由于采樣會產生系統(tǒng)誤差，因此需要將讀數(shù)乘以(1+C1/CUT)來對其進行校正。電容器 C1 應具有低漏電和低吸收，大多數(shù) PP、PS 或 NP0 陶瓷電容器都應能符合這一要求。
圖 2 中的計數(shù)器用來控制開關的時序。也可以使用微控制器來控制時序，但是選擇這個電路可避免進行任何編程。
圖 2：采用定時器激勵繼電器的驅動器，可以控制圖 1 電路中的開關。
定時電路由一個振蕩器和一個紋波進位二進制計數(shù)器（CD4060B）組成，并與兩個 4023 與非門一起為開關提供控制序列（圖 3）。4023 的第三個門未在電路中使用，任何未使用的輸入都應連接到邏輯電平。
圖 3：圖 2 電路所產生的時序。
Q1/Q2 和 Q1/Q3 這兩對晶體管分別用于實現(xiàn)“A+B’”和“A·B’”邏輯電路。這樣有助于減少元器件總數(shù)，并使這一部分電路保持無電阻狀態(tài)。具體來說，之所以使用 Q3，是因為繼電器（與所有其他開關一樣）的釋放比驅動要慢。晶體管 Q1 和 Q4 應具有足夠的增益來控制簧片繼電器；在大多數(shù)情況下，2N3906、BC560 或 BC327 可以符合要求。
電源電壓 V 值應足以滿足繼電器要求，同時不超過 CMOS 邏輯（“B”級為 20V）和 MOSFET 柵源額定值的極限?；善^電器 S1（SPDT）和 S2/S3（均為 SPST-NO）的線圈電壓應當比+V 低 1 至 2V。繼電器端子之間的漏電也應該低——當線圈至觸點電阻的范圍只有數(shù)十 MΩ時會出現(xiàn)問題。
測試周期取決于振蕩器頻率以及使用了 4060 的哪四個輸出——這些輸出應嚴格連續(xù)，因此不能使用輸出 Q12 至 Q14。對于所示的 CD4060B，在 V=10V 時，時鐘周期（T）為：
T = 2.2 × R4 × C3
因此，T 約為 7ms，從而測試周期長度=0.007×1024，或約為 7s。
時間 T 并不重要，可以通過選擇較低的 C1 值將其減少十倍（或更多）。在測試較低電容值的 CUT 器件時，這樣特別方便。
這些電路可用于對不太小的電容器（對于圖示的元件值低至 10nF）的 DA 進行估計。該電路可以測試的電容也有上限，因為如果 CUT 的電容太大，則可能沒有足夠的時間完全放電。
該電路提供的放電時間（t）是 CD4060 計數(shù)器輸出 Q7 的周期的一半。因為在大多數(shù)情況下，大多數(shù)電容器的 DA 都不小于 0.01%，所以可以估算出 CUT 所需的最小放電時間（t）為：t＞R1×CUT×ln(10000)，或大約為：t＞10×R1×CUT，其中，R1 是限流電阻的值。
因此，如果 t(Q7)為 70ms，則對于 35ms 的放電時間（t），以及 R1=300Ω，CUT 的上限為：CUT＜35×10-3/(10×300)，約為 12μF。
待測量的 DAV 大致與充電電壓 E 成正比，因此應使 E 足夠高，才能使 DAV 較為明顯。圖 1 的繼電器類型和電阻值也取決于 E 的值。
可以按照圖 1 所示的連接，使用任何大電阻（Ri＞10MΩ）電壓表直接測量 DAV 估計值。由于 DAV 可能很小，最好是使用分辨率不低于 4.5 位數(shù)的電壓表。然而，為了獲得穩(wěn)定的讀數(shù)，電壓表的時間常數(shù) C1×Ri 應遠大于周期持續(xù)時間（t）。在某些情況下，這可能會有問題，因此使用示波器可能比電壓表更好。在比較兩個相同電容的電容器時，示波器還可以提供更明顯的讀數(shù)。
圖 4：對三種具有相同數(shù)值的電容器進行代表性 DA 測量，其結果清楚地顯示了不同電介質類型的差異。
圖 4 給出了使用示波器代替電壓表，使用此電路進行 DA 測量的示例。圖中所示的結果來自三種電容相同（CUT=220nF）但介電常數(shù)不同的電容器——聚酯膜（PET/ 聚酯薄膜）、PP 和 PS。示波器設置為 10mV/ 格，測試電路的參數(shù)為：E=100V，C1=100nF。
對于 PE 電容器，DAV 輸出脈沖的幅度約為 85mV；對于 PP 電容器，這一幅度約為 18mV；對于 PS 電容器，其僅為 9mV。因此，電介質類型之間的區(qū)別非常明顯。
在考慮采樣誤差校正的情況下計算 DA 值（DAV/E）得到：
PET：(0.085/100)×(1+0.1/0.22)=0.0012 或 0.12%；
PP：(0.018/100)×(1+0.1/0.22)=0.0003 或 0.03%；
PS：(0.009/100)×(1+0.1/0.22)=0.00013 或 0.013%。
這一數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)手冊上的參考值非常吻合。
安全須知
上電后，測量過程連續(xù)重復。掉電后，CUT 將通過 S1 常閉觸點放電。但是，其放電時間取決于其電容，因此，如果電容和充電電壓 E 都足夠高，則在連接 CUT 和斷開 CUT 連接時一定要遵守安全規(guī)則。在執(zhí)行此操作之前，應先將電路關閉。另外，請注意電解 CUT 的極性。
最后的想法
使用一些已知容量和介電常數(shù)的電容器，可以輕松地對電路進行校準。同樣，改變振蕩器的頻率，即改變 C3 的值，也可以擴展電路可處理的合適電容范圍。將 C3 的值增加到 100nF（或更大），可以使工作過程更容易觀察到，從而有助于在出現(xiàn)問題時進行調試。最后，也可以使用 4040 芯片并為電路補充一個振蕩器來代替 4060。
—Peter Demchenko 在維爾紐斯大學學習數(shù)學，并從事軟件開發(fā)工作。
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