Hi ha models de multímetres que permeten la mesura de capacitats. També hi ha instruments que permeten mesurar resistències, inductàncies i capacitats, com per exemple el de la fig. 1.
Si no es disposa de cap instrument per poder fer-ho, a continuació s'explica un mètode de laboratori que utilitza un generador de funcions, un oscil·loscopi i un multímetre que permeti mesurar resistències. Tot i disposar d'un instrument de mesura de capacitats, aquest mètode de laboratori pot servir per comparar els valors obtinguts pels dos procediments. A la vegada, aquest mètode serveix d'exercici per practicar amb l'oscil·loscopi.
Sempre que les freqüències de treball no siguin molt elevades, els dielèctrics dels condensadors no polaritzats emprats en circuits electrònics presenten pèrdues molt reduïdes, llavors, a efectes pràctics, aquests tipus de condensadors es poden considerar com elements ideals. L'esquemàtic del circuit a utilitzar s'indica a la fig. 2.
C és el condensador a mesurar i R = R1 + R2 unes resistències els valors reals de les quals s'han mesurat prèviament. L'assaig es fa en règim permanent sinusoïdal -rps. El diagrama fasorial del circuit s'indica a la fig. 3 on Vo = RI i VC = XCI , amb XC = 1/ωC la magnitud de la reactància del condensador.
El mètode consisteix en escollir un valor adequat per a R -que ja veurem com es fa- i després s'ajusta el valor de la freqüència f de manera que el l'avanç θ del corrent I respecte de la tensió de la tensió aplicada Vi sigui de 45o , amb la qual cosa es complirà Vo = VC , és a dir :
i separant C d'aquesta expressió:
Observeu que la impedància d'entrada de l'oscil·loscopi Zosc i la capacitat del cable coaxial Ccoax que el connecta al circuit sota mesura, són paràmetres paràsits que, plegats, donen lloc a una impedància paràsita Zpar que queda en paral·lel amb la resistència R , llavors, caldrà verificar que aquesta Zpar no falsegi les mesures.
El circuit equivalent de la Zosc està format per un condensador de baixa capacitat -usualment entre 20 i 25 pF- en paral·lel amb una resistència de valor elevat -usualment 1 MΩ . El cable coaxial té una capacitat d'uns 100 pF per metre de longitud, llavors, suposant que el cable tingui 1 m de longitud i la capacitat d'entrada de l'oscil·loscipi sigui de 25 pF , la resistència R tindrà connectada en paral·lel una capacitat d'uns 125 pF i una resistència de 1 MΩ , i s'haurà de comprovar en cada mesura que la presència d'aquesta Zpar es pugui menystenir per validar el valor de C obtingut de la (2).
Si la freqüència a la qual es treballa es prou alta de manera que no es pugui menystenir Zpar , llavors es fa la mesura del desfasament prenent només una part de R , és a dir, R2 (raoneu-ho).
Relació de components:
Les resistències són de 0,25 W de dissipació.
C : condensadors de valors nominals : 1 μF (no polaritzat), 100 nF, 10 nF, 1 nF i 100 pF .
R1 : 1 kΩ i 10 kΩ .
R2 : 100 Ω .
La planificació del muntatge s'indica a la fig. 4 i a la fig. 5, una fotografia .
Procediment:
• Separant f de (2) i emprant els valors nominals de R i de C , tindrem un valor aproximat de la freqüència a emprar:
• Per al condensador d'1 μF (nominal), i R = R1 + R2 = 1 kΩ + 0,1 kΩ = 1,1 kΩ (nominal) , la freqüència s'haurà d'ajustar al voltant de:
• Ara cal comprovar que es compleixi Zpar >> R . La magnitud de la reactància paràsita corresponent a la capacitat de 125 pF que hem valorat abans, val :
i com que la resistència d'entrada de l'oscil·loscopi Rpar = 1 MΩ >> 1,1 kΩ , també compleix la condició desitjada, podrem donar per vàlid el valor que obtinguem de (2), i continuem.
• Abans d'inserir les resistències en el circuit, mesurem el valor real de R amb el multímetre.
• A l'oscil·loscopi cal tenir cura que els canals estiguin en alterna, que posant-los a terra (GD) els traços apareguin ben centrats i, si cal, reajusteu la rotació del traç per a que aquests estiguin ben horitzontals.
• Inseriu les resistències en el circuit i ajusteu la freqüència al voltant del valor anterior. A l'oscil·loscopi, manipuleu la base de temps, el trigger mode i la X-position a la vegada que al generador de funcions es reajusten l'amplitud i la freqüència del senyal, fins aconseguir a la pantalla una imatge dels senyals tal com s'indica a la fig. 6, on es pugui veure, amb la màxima resolució que permet l'oscil·loscopi, que la tensió vo(t) = R·i(t) està avançat 45o respecte de la tensió aplicada vi(t) . Aquests ajustos requereixen molta cura i, en conseqüència, paciència.
• Amb el valor de la freqüència finalment reajustada i el valor mesurat de R , apliqueu (2) per trobar el valor real de C.
Repetiu el procediment per als condensadors de valors nominals de 100 nF i 10 nF on es veurà que es compleix també la condició prèvia Zpar >> R .
A l'aplicar el procediment al condensador de 1 nF de valor nominal es veurà que la condició Zpar >> R es compleix més sobradament si l'oscil·loscopi es connecta en bors de R2 .
A l'aplicar el procediment al condensador de 100 pF de valor nominal es veurà que la freqüència a emprar es superior a 1 MHz . Si es substitueix la resistència d'1 kΩ per la de 10 kΩ de valor nominal, la freqüència a emprar es reduirà 10 vegades -raoneu-ho. Mesureu el nou valor real de R i feu la resta de mesures.
Suggeriment : mesureu els valor reals d'altres condensadors de valors intermedis als emprats i, fins i tot, inferiors a 100 pF i raoneu la fiabilitat i les limitacions del mètode per a capacitats molt petites.
Observació: al principi d'aquesta pràctica s'ha dit que les pèrdues en el dielèctric dels condensadors emprats es poden menystenir si els assajos es fan a freqüències prou petites. A més, això és així, perquè la resistència equivalent de pèrdues en sèrie és molt petita en front de les resistències R1 i R2 emprades en l'assaig, per la qual cosa, i a efectes pràctics, els valors experimentals obtinguts de les capacitats no es veuen afectats pel fet de no haver tingut en consideració dites pèrdues -raoneu-ho.
