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【導(dǎo)讀】電容正常運(yùn)作時(shí)是毫無(wú)問(wèn)題的，但有時(shí)會(huì)遇上電源故障或無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。如果這個(gè)問(wèn)題是噪聲，那么有個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法，只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無(wú)法解決，究竟是哪出錯(cuò)了呢？

電容正常運(yùn)作時(shí)是毫無(wú)問(wèn)題的，但有時(shí)會(huì)遇上電源故障或無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。如果這個(gè)問(wèn)題是噪聲，那么有個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法，只需加入更多的電容即可。但如果這樣也無(wú)法解決，究竟是哪出錯(cuò)了呢？

問(wèn)題的根源就在于我們理所當(dāng)然地將電容看為了理想設(shè)備，但它們并非如此。這些非預(yù)期的結(jié)果都是因?yàn)閮?nèi)部電阻，或者稱為等效串聯(lián)電阻（ESR）。因?yàn)槠鋬?nèi)部構(gòu)造的材料，電容擁有有限的內(nèi)部阻值。同樣的還有等效電感（ESL）。

不同種類的電容有著不同的 ESR 范圍。比如電解電容一般比陶瓷電容的 ESR 要高。如今許多應(yīng)用中，得到電容的等效電阻也成了重要的設(shè)計(jì)因素之一。本次我們將用 555 定時(shí)器和三極管來(lái)測(cè)量電容的 ESR。

電容 ESR 測(cè)量

ESR 測(cè)量看起來(lái)很簡(jiǎn)單，施加恒定電流并測(cè)量設(shè)備的壓降可以計(jì)算出阻值。

如果我們將恒定電流施加到電容上呢？電壓線性增加，最后定值到輸入電壓，這樣的值對(duì)計(jì)算 ESR 是毫無(wú)用處的。

這時(shí)候我們要想一下我們?cè)趯W(xué)校里聽(tīng)到的一句話 -“電容隔直流通交流”

簡(jiǎn)化后我們可以將電容理解為高頻下的短路，其容性部分從電路中切斷，而剩下的電壓則施加在內(nèi)部電阻上。

這一方法的優(yōu)勢(shì)在于如果我們知道信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，就不需要了解電流值為多少，因?yàn)?ESR 和信號(hào)源內(nèi)阻組成了分壓器，其阻值比例及電壓比例，知道其中三個(gè)參數(shù)就可以知道剩下的一個(gè)參數(shù)。

我們用示波器來(lái)測(cè)量輸入和電容上的波形。

所需元器件

示波器端

555 定時(shí)器——CMOS 和三極管的都可以，但高頻的話建議用 CMOS。

100kΩ電位計(jì)——用于調(diào)整頻率

1nF 電容——控制時(shí)間

10uF 陶瓷電容——去耦

功率級(jí)：

BC548 NPN 三極管

BC558 PNP 三極管

在選擇三極管的時(shí)候需要注意——任何高增益的小信號(hào)三極管并能承受大電流（50mA 以上）都可以。

560Ω電阻

47Ω輸出電阻——可以選取 10Ω到 100Ω范圍內(nèi)的電阻

電路圖

ESR 測(cè)量電路可以被分為兩個(gè)部分，555 定時(shí)器和輸出級(jí)。

1.555 定時(shí)器

555 定時(shí)器是一個(gè)傳統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，可以產(chǎn)生幾百 kHz 的方波。這個(gè)頻率下，近乎所有電容都等同于短路。而 100kΩ的電位計(jì)可以讓我們?cè)陔娙萆系玫奖M可能低的電壓值。

2. 功率級(jí)

我們可以將電容直接與 555 定時(shí)器相連，但那樣的話我們就必須知道精確的輸出阻抗。

為了解決這一問(wèn)題，這里我們采用一個(gè)推挽輸出級(jí)與一個(gè)串聯(lián)電阻。該電阻來(lái)提供輸出阻抗。以下是這個(gè) ESR 測(cè)量電路的實(shí)物圖。

電容 ESR 的計(jì)算

從分壓器等式我們可以得到以下等式：

ESR = (VCAP ? ROUTPUT) / (VOUTPUT – VCAP)

其中 ESR 為電容內(nèi)阻，VCAP 為電容間的信號(hào)電壓（于 CAP+點(diǎn)測(cè)得），ROUTPUT 為功率級(jí)的輸出電阻（47Ω），VOUTPUT 為 A 點(diǎn)測(cè)得的輸出信號(hào)電壓。

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