Обычно инженерам доступны генераторы сигналов и функций, а также частотомеры и осциллографы, но у них может не быть измерителя емкости или индуктивности. Используя испытательную установку, показанную на Рисунке 1, можно измерить емкость или индуктивность с помощью функционального генератора, мультиметра, частотомера и осциллографа.

Рисунок 1.	С помощью этой испытательной установки можно измерять емкость и индуктивность.

Установка используется для измерения амплитуды двух сигналов. Затем можно рассчитать емкость или индуктивность без измерения фазовых углов. Отношение входного напряжения к выходному можно выразить как

(1)

и привести формулу к стандартному виду:

(2)

Решение уравнения относительно X_C дает:

(3)

Используя соотношение

(4)

получаем основное выражение для емкости:

(5)

Если использовать удобное соотношение |V_IN/V_OUT| = 2, то

(6)

Чтобы измерить емкость конденсатора, измерьте входное напряжение, а затем перестраивайте частоту генератора сигналов так, чтобы выходное напряжение стало равно половине входного напряжения. Вообще говоря, устанавливать отношение V_IN/V_OUT, равным 2:1, не нужно. Можно просто измерить входное и выходное напряжение и использовать одно из основных уравнений для вычисления значения емкости или индуктивности, но соотношение, близкое к 2:1, является самым удобным выбором.

Для достижения наилучших результатов можно использовать частотомер для измерения частоты и цифровой мультиметр для измерения сопротивления. Большинство современных осциллографов может измерять сигналы, не нагружая схемы. Исключение составляет емкость щупов. Емкость обычно указывается непосредственно на щупах. Используя предыдущую формулу, рассчитайте значение емкости конденсатора. Вычтите из результата емкость щупа и вы получите точное значение измеряемой емкости.

Приблизительное значение измеряемой емкости обычно известно, поэтому можно выбрать начальные значения сопротивления R и частоты f, используя следующие формулы:

(7)

(8)

(9)

Используя аналогичную процедуру, можно измерить индуктивность. В этом случае

(10)

Основное выражение для индуктивности имеет вид

(11)

Если установить отношение V_IN/V_OUT = 2, то

(12)

(13)

(14)

и

(15)

В качестве примера измерения емкости предположим, что C приблизительно равна 1000 пФ, а частота f равна 1 МГц. Расчет будет следующий:

(16)

Используйте в установке на Рисунке 1 резистор 301 Ом или любое удобное значение в диапазоне примерно от 250 Ом до 500 Ом. Перестраивайте частоту до тех пор, пока соотношение измеренных входного и выходного напряжений не будет равно 2:1. Если получившаяся частота равна 912 Гц, измеренное сопротивление R равно 304 Ом и емкость щупа равна 10 пФ, то емкость составит

(17)

минус емкость щупа 10 пФ. Окончательный результат – 984.3 пФ.

Значения R и f не критичны; их следует выбирать, исходя из минимизации паразитных эффектов. Схема должна работать с сопротивлениями от 300 до 3000 Ом и частотами от 100 кГц до 1 МГц.

Окончание