DIY一个温漂小的标准电容.doc

DIY一个温漂小的标准电容一直想做一个“标准电容”，可以用来校准一下LCR表的电容档，或者比较两台电桥等电容测量仪器的误差，期望该“标准电容”有较高的精度和稳定性，精度比较好办，用精度高的电桥标定一下就可以了，关键是温漂和长期的稳定性。去年做过一个是用网上购买的0.5%精度114040pF的聚苯乙烯电容10个并联，并联的好处一个是在没有高精度电桥标定的情况下利用统计原理提高电容的精度；再一个就是把容量提高到1uF到2uF之间，很多LCR表、低端电桥的最大读数首位是1，让电容的容量值首位是1可以做大限度利用这些被校准仪器的分辨率；其次几个uF的容量值，测量时不像pF级电容那样容易受干扰影响，这个容量值区间的电容也更适合电桥的基本频点1K来测量，低频100Hz、高频10KHz等频点测量也无不妥。上这个“标准电容”的照片：这个电容用以前的QS18A传统电桥测量读数约1.145uF，也没有发现什么问题，前段时间入了一台100K 0.1%精度的数字电桥后，就发现问题了，那就是温漂太大，环境温度在3-5度内波动时，读数就能在1.1437-1.1450uF范围内变化，这个样子是没法来比较数字电桥精度的。当然其它CBB、MKP电容的温漂可能还要大，这个5位分辨率的数字电桥让我对电容的温漂有了初步的认识，那就是电容的温漂普遍比常见金属膜电阻的温漂更大。通过对手头薄膜电容的测量发现，这些电容有的是正温漂，有的是负温漂，比如常见的红WIMA MKP4是负温漂，温漂还不小，常用到音箱分频器上的透明RIFA方块电容就是正温漂了，温漂还相对小一些，能不能通过这些电容的串并联合理搭配来一定程度上抵消温漂从而让温漂变得很小呢？于是就下手制作第二个“标准电容”了，开始是让2.2uF红WIMA跟2.0uF RIFA并联，结果因为红WIMA的温漂要比RIFA大很多，结果温漂还是不小，再说并联后容量在4-5uF之间，也违背了之前的让最终容量值首位是1的初衷。让这两只电容串联就可以让容量值首位是1，但是无法改变红WIMA温漂更大的问题。后来解决的办法是经过多次试验，先找出一个1.5uF并且也是正温漂的CBB电容跟红WIMA并联后，再跟透明RIFA串联，红WIMA并联后容量变为3.7uF左右，跟2.0uF的RIFA再串联，RIFA温漂相对最终总温漂的权重就大于WIMA的温漂了，这个问题就算解决了。最终做好的“标准电容”的照片，外壳用的是手头的一个塑料盒，在用铜箔密封电容前先用透明胶带隔离了一下。2.JPG (91 KB, 下载次数: 0)下载附件 保存到相册 2011-9-16 10:55 上传电容外面用铜箔密封屏蔽，如果有必要的话可以另外加一个接地端子，用导线把接地端子和铜箔连接起来，后来用电桥实际测量时发现读数很稳，我就没有加这个接地。铜箔底下加了一些704硅胶，干燥后就固定到塑料壳上了再用电桥标定一下，用记号笔写到外壳上。分别用100hZ和1KHz两个频点做了标定，标定温度是24度，1K频点时稳定在1.1924uF上，后面加了个5是因为26-27度时末尾数偶尔会跳到5上。最后总结一下这个电容的温漂情况，在环境温度21-26.5度之间时，电桥测量值一直在1.1924uF上纹丝不动，开机一整天也没发现跳数（这也说明电桥的稳定性是很好的），跟以前用聚苯乙烯电容做那个比有很大的改善。我试过把电容放入冰箱的冷藏室降温到7度左右时，读数会下降到1.1921uF，放入冷冻室降温到0度以下时，读数在1.1917uF左右，据此估测该“标准电容”的温漂在20多个PPM。本来想把温漂也写到外壳上，后来觉得在温度变化几度后读数都不一定有变化，这个温度变化的范围跟读数变化的范围上并没有拿准，再说这个温漂值是不是线性变化的也没有拿准，就没有标到上面去，对温漂自己大概有个数就行了。如果有更大的耐心投入更多的精力来试验搭配这些电容的串并联，按说还可以把温漂降得更低，不过也太难掌握了。关于该电容的老化性能，暂时还没有去追踪掌握，估计也很困难。电容标定值的误差问题取决于手里的电桥，我的电桥型号AV2781，标称精度0.1%，标定前刚用JS筛选出的0.005%精度AE方块做了校准，该电桥是采用20R、200R、2K、20K四个标准电阻闭壳校准的，当然JS的HP3456自身精度是不是在0.005%以上，就不得而知了，呵呵，不过即使达不到0.005%，用来校准我的电桥还是足够的，在这里谢过JS！不是机飘，不是源飘，是心在漂。喊了条件标准语，有劳卖家也给个答复达不到那个精度吧，那个聚苯乙烯电容在24度时用电桥测量是1.1443uF，跟单个电容的标称值*10相比误差约0.4%。10个并联，在没有仪器标定的情况下，理论上容量更接近标称值*10。电容本身不一定是线性的。不同的电压下，容量不会完全相同。所以我觉得，精度适可而止。我也认为电容的温漂不太可能是线性的，所以不想继续分析它具体的温漂值，包括老化值也是。这些电容在测试电平从0.1到1V之间调节时，读数基本不变，但是