fF en pF meten/vergelijken

Op 5 januari 2012 18:49:48 schreef fred101:
De stroom is recht evenredig met de capaciteit. Wil dat zeggen dat ik door de i/v opamp versterking juist te regelen een aflezing in fF kan krijgen ? Of kan dat alleen met de methode van Eat, dus een weerstand ipv een opamp.

Je kunt zowel de terugkoppeling van de versterker, de bronspanning en/of frequentie aanpassen om tot een mooie capaciteit/spanning verhouding te komen.
Ik weet niet wie Eat is en ken zijn methode dus niet. (Of bedoel je hiermee Rd12tf ? Hij geeft ook een schema met alleen een weerstand.) Maar door een actieve I/U converter te gebruiken bereik je de laagste ingangsweerstand en je hebt tegelijkertijd ook versterking. Hoe lager de ingangsweerstand hoe kleiner de invloed van parasitaire capaciteiten. Bij gebruik van een opamp moet de bandbreedte voldoende hoog zijn, soms is een simpel discreet versterkertje voldoende.

Ik las ooit eens een erg summiere beschrijving van deze methode van deze capaciteitsbepaling waar deze was toegepast bij een capacitieve nivosensor. Hier moest met een zeer grote nauwkeurigheid het branstofnivo in een ondergrondse tank gemeten worden. De sensor was enkele meters lang en verdeeld in honderden kleine capacitieve sensor vlakjes. Van elk vlakje moest nauwkeurig de capaciteit bepaald worden.

fred101

Golden Member

Eat is inderdaad rd12tf. Ik ga morgen jou idee proberen. Opamps heb ik hier genoeg.
Ik heb nog een tiental Ctjes onder 10 pF gemeten met de 10 MHz oscillator. Toen zitten rekenen en middelen en nu heb ik een factor waarmee ik in ieder geval binnen 300 fF goed zit. Duidelijk is wel dat de oscillator erg goed en stabiel moet zijn. Na een paar uur was de drift nog maar een 20 Hz. Nu gebeurd er wat vreemds. Als ik er 1 pF bij zet dan springt hij gelijk om en blijft stabiel staan. Hij springt daarna ook snel terug naar de oude frequentie. Maar gebruik ik 10 pF dan springt hij terug en dan duurt het minuten voor hij stabiliseert. Haal ik de C weg dan blijft hij op een lagere frequentie lopen als hoort. Die begint dan weer heel langzaam op te lopen om na een minuut of tien weer terug te zijn. Net of de condensator ( oude bruine mica) een soort memory heeft.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Kun je eens kijken naar de gelijkstroomwaarden (roosterstroom) of amplitude?
Mogelijk dat met 10pF erbij de oscillator harder oscilleert. En hoe meer begrenzing, hoe meer de frequentie onder de 'correcte waarde' daalt.
Na het weer losmaken van de 10pF duurt het dan weer even voordat de oude instelling hersteld is, zodat je iets onder de oude frequentie doorgaat voordat die weer terug is.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

FET, ik wacht even tot het boek er is voor ik de kast weer open gooi. Ik gebruik geen buis maar een wunderhorn met twee metal can HF torren (het ding werkt nog boven 1 GHz)

Ik heb gisteren mbv een HP sinus generator, en een Keithley 196 als uA meter, een test gedaan. Ik heb maar even een van de 9 "bekende" C 's als referentie genomen ( elke test die ik met die 9 en noteer ik, staat al op mijn site)
En ik moet zeggen dat dit buiten gewoon goed werkt. Geen rare afwijkende zaken en het gaat nog snel en makkelijk ook. Ik ga dit met opamps probren want anders mis ik het voordeel van een lage meter impedantie.
Jim Williams heeft in een app note een super lage vervorming oscillator beschreven . Dat is wel nodig. Als de amplitude of frequentie verloopt klopt je aflezing niet meer.

Volgens mij heeft deze methode nog een voordeel. Als je de frequentie heel precies weet moet je ook gewone weerstanden kunnen meten. Als ik een weerstand met Xc=R er in zet moet je zo volgens mij kunnen calibreren. Of gooit de fase verschuiving stroom/spanning roet in het eten ?

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat instellingsverhaal geldt voor elke oscillator, omdat iedere oscillator uiteindelijk op de een of andere manier moet begrenzen. Grappig is dat elke vorm van begrenzing leidt tot een iets lagere frequentie, nooit tot een iets hogere.

Bedoel je met 'deze methode' de rechtstreekse meting zoals Freddy die voorstelt? Volgens mij kun je daar inderdaad met een R calibreren, omdat dan dezelfde overwegingen gelden: links maakt de parasitaire C niet uit, en rechts is de invloed klein door de kleine ingangsweerstand van de meter.
Zolang dat laatste zo is, maakt het niet uit of Z een R of een X is. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Met een R calibreren heeft ook een voordeel: je kan nu twee metingen doen, één met wisselspanning en een ander met gelijkspanning, je kan nu een inschatting maken van de parasitaire Cees en Els en zo beoordelen of je in plaats van 159,2 kHz ook 1592 kHz kan gebruiken.

fred101

Golden Member

Ik bedoel idd de methode van Freddy, het voordeel is dan dat ik beschik over weerstand transfer standaards van ESI. Dus als ik de boel daarmee calibreer en afregel moet ik een nog hogere precisie bereiken. Alleen maakt het voor een weerstand niet uit als de frequentie 100 Hz zakt. Voor een condensator wel. Aangezien die frequentie vast en stabiel moet zijn is een kristal oscillator ideaal. Maar mijn laagste kristal is 100 KHz. Aamn de andere kant is een hoge frequentie weer prettiger omdat er dan meer stroom loopt maar dan wordt de stroom/spanning meting weer moeilijker en ESL en skineffect van pootjes gaat een rol spelen.

Stel ik maak een condensator van twee aluminium of koperen plaatjes van bv 2x2 cm op een dusdanige afstand dat ik een ronde waarde krijg en monteer deze mbv een teflon afstandhouder tov elkaar in een ruime afgeschermde behuizing . Hoe goed zou die waarde kloppen met de theorie ? Zijn dat echt precieze formules of versimpelde varianten om bij benadering bruikbaar te zijn.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Fred, je moet niet moeilijker denken dan noodzakelijk. Zo stabiel hoeft de frequentie ook weer niet te zijn. Een afwijking van 1% betekend een meetfout van 1%. Zelfs een simpele wienbrug oscillator voldoet hier aan. Spanningsstabiliteit is mooi, maar je kunt de oscillator spanning ook meten en betrekken in je berekening. En ik vraag me af of een beetje vervorming nou zoveel invloed heeft op het meetresultaat.

Ik heb een test gedaan met een OP37 (63 MHz opamp) met 100kΩ//1pF terugkoppeling, maar de resultaten vielen toch tegen. Een simpel transistor versterkertje voldoet net zo goed.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Hoe goed zou die waarde kloppen met de theorie ? Zijn dat echt precieze formules of versimpelde varianten om bij benadering bruikbaar te zijn.

Hangt dat niet ook van de formule in kwestie af?
We kennen allemaal C= ε A/d, maar die houdt geen rekening met het randeffect.
Er zijn ook precieze formules, modelletje 'halve bladzijde kriebelwerk'. Daar word je óók niet vrolijk van.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

een blz vol formules klinkt niet echt aantrekkelijk. Ik heb er wat aan gerekend en hoe groter je de platen maakt hoe minder de meetfoutkans. Een honderste mm op 10 cm is niet zo erg als op 2 cm maar het worden dan wel weer een soort antennes. Leuke materie.

Freddy, moeilijk is my middle name ;-)
1 % is best veel. Niet als allround meetapparaat maar niet voor wat ik nu probeer, kijken hoe precies ik kan komen. Ik heb de vna meting nog weten te optimaliseren en haal daar nu 1fF resolutie en ook reproduceerbaar. Dat hou ik nu even als uitgangspunt. Zo heb ik ook twee spoelen gemeten tot op 0,1 nH. Die ga ik samen meten op resonantie als controlle.

Is een discreet gebouwde opamp niet een optie ?
Een oscillator met lage vervorming heeft toch naast weinig harmonische vervorming ook geen am en geen fm dus die is stabiel of valt dat buiten de noemer vervorming ?
Maar ik gebruik gewoon mijn R&S ipv een oscillator bouwen dat is net zo handig.

Ik heb een tek opamp plugin, helaas defect . Ik denk dat ik daar een moderne variant in bouw, deze is dusdanig defect dat het de scoop molt dus reparatie is lastig. Maar twee moderne opamps er in en de buizen eruit incl spanningen maakt het veilig. Een universele differentiator, comprator ect is best handig.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

@fred "moeilijk" 101 ;)
1 fF resolutie is wat anders dan 1 fF nauwkeurigheid. En als je het hebt over reproduceerbaarheid dan heb je het over precisie, en ook dat is wat anders dan nauwkeurigheid.

Ik weet dat meten leuk en leerzaam is, maar je moet jezelf wel afvragen wat nog zinvol is. Twee draadjes een millimeter korte of langer, dichter of verder van elkaar, een soldering net iets anders van vorm, en je zit er al zo een tig fF naast. Ik begrijp dat je de capaciteit van het component eerst wil meten en dan in een schakeling wilt solderen. Alleen al doordat een schakeling een heel andere omgeving is dan de meetopstelling en dan ook extra capaciteiten naar omliggende componenten ziet, zal de capaciteit al heel anders zijn.

Je kunt dus wel een capaciteit heel nauwkeurig onder gecontroleerde omstandigheden willen meten, maar ik vraag me af in hoeverre dat zinvol is.

Niet om je te ontmoedigen, maar gewoon eens om bij stil te staan.

fred101

Golden Member

Hi Freddy,

Het is net anderom, ik maak een filter in een copy van het filter compartiment. ( met vna, controlle metingen, embedding, SP2 metingen, error correctie, de hele santekraam) ben ik tevreden dan gaat het voorzichtig uit elkaar en meet ik de componenten op. De filters moeten meerdere keren. Als ik kaal 1,25 pF meet en dan een tweede erbij zoek die ook 1,25 is ( en de echte tracable waarde is dan niet van belang) met de zelfde pootlengte op de zelfde manier geplaatst scheelt dat een hoop soldeerwerk.

Precisie, accuratie, nauwkeurigheid gebruik ik door elkaar, maar daar zit ik dus fout blijkbaar
Resolutie is iets anders, dat weet ik. Het santal cijfetjes dat je ziet maar ze hoeven niet te kloppen.
Tracability speelt ook een rol, accuratie/precisie is relatief, het is tov van "iets" bv een secundaire standaard of bv nist-tracable. Dus relatieve en absolute ........( de juiste nederlandse kreet weet ik dus niet)
Reproduceerbaar wil zeggen dat ik de zelfde resultaten krijg als ik de meting meerdere keren doe. Dus als ik 1,245 pF meet bij 20 graden, en ik zet hem volgende week op de zelfde manier bij 20 graden in de DUT houder, en ik calibreer de DUT houder op nieuw, ik dan ook weer 1,245 pf meet. ( dat lukt niet maar ik haal nu wel 1,24x)
Mijn resolutie is dus 1 fF, mijn acuratie 10 fF. Zeg ik het zo goed ?
Mijn tracability tov mijn bejaarde standaards is hoog. De absolute accuratie tov een tracable standaard ( bv bij NIST) is een ander verhaal maar voor mij als amateur is dit al een aardig resultaat. En het is leuk dat z'on antieke Marconi meetbug blijkbaar nog erg goed werkt.
Mijn test Ctje is nu op de VNA uiteindelijk vast gesteld op 10,746 pF. Dat zou redelijk in de buurt van de werkelijkheid moeten zitten want de VNA slaagt voor de T-check.. De Marconi maakt er 10,745 van.

Het is voor mij leuk en leerzaam, een uitdaging, hoe ver kan ik komen, en bezigheids therapie na twee verkeersongelukken. Ik wil het naadje van de kous weten, of nog liever de grondstof van het garen van het naadje van de kous ;-) en van dit soort discussies leer ik erg veel. Ik denk dat ik net zo gedreven/getikt ben als een Widlar of Williams, alleen mis ik helaas hun genialiteit. ( begrijp me goed, ik kan nog niet in de schaduw staan van die mannen, maar die gingen ook graag over-fanatiek tot de grenzen van het mogelijke, alleen lagen hun grenzen op een heel ander nivo)

Ook al ben ik self-made amateur, ik denk dat ik ondertussen redelijk bekend ben met parasitaire effecten , component gedrag en netwerk analyse. De ontwerper van mijn VNA heeft me toevallig gisteren gevraagd om weer een vervolg op mijn tutorial reeks te maken. Dit keer iets over custom traces en en die heb ik toevallig hier ook toegepast, dus dit is ook weer inspiratie ( ik heb al een hele reeks geschreven ( zie www.pa4tim.nl en dan rechts bij netwerknalyse zoeken. Een stuk of 7 pdf's over bv weerstanden, condensators, antennes ect, ze slaan zo goed aan dat ik zelfs wekelijks " fanmail" er over krijg uit de hele wereld, best grappig) ik bestuudeer component gedrag voor mijn plezier, veel experimenten, zoals dit topic hebben als doel daar meer van te leren. Ik heb ook veel van jou site geleerd en veel experimenten na gedaan maar Ik zal nooit zo goed worden als bv jij of FET, maar dat wil niet zeggen dat ik het niet wil ik proberen. Bijna alles wat ik bouw ontwerp ik tegenoordig zelf en in de meeste gevallen werkt het ook nog. Zijn wel redelijk simpele dingen maar ik ben ook pas en jaar of 4 bezig. En voor mij moeten theorie en praktijk met elkaar kloppen. Wat zinloos lijkt is het niet altijd. Mijn meting om met TDR defecte kerstlampjes te zoeken is gebruikt bij een lezing op een duitse universiteit :-) )

Shit, wat een verhaal weer, ik moet eens leren inkorten.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Tja, verhalen schrijven kun je, maar het maakt wel een hoop duidelijk. Ik twijfelde ook niet aan jou kunde, maar ik zie wel vaker dat mensen een beetje doorschieten zonder dat er een noodzaak voor is.
Bedankt voor de complimenten, maar doe jezelf niet tekort. Ik ben zelf ook een amateur en beschouw het niet gevolgd hebben van een relevante opleiding als een voordeel. Niet gehinderd door indoctrinatie van heersende denkbeelden kijk je toch vaker anders tegen de materie aan wat tot verrassende inzichten kan leiden.

Ik had nog diverse stroom meet schakelingen geprobeerd, maar geen van allen presteerde beter dan de quick and dirty één transistor trap die ik eerder had gepost. Een kleine verbetering was nog een tweede transistor in serie met geaarde basis om het effect van van de miller capaciteit te verkleinen.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Dus relatieve en absolute ........( de juiste nederlandse kreet weet ik dus niet)

'Relatief' en 'absoluut' worden als afgeleide leenwoorden gewoon in het Nederlands gebruikt.
Vanzelfsprekend zijn er Nederlandse woorden voor: relatief = betrekkelijk; absoluut = volstrekt.

Betrekkelijk komt van 'betrekking' (relatie), dus met betrekking tot iets anders; betrokken op iets anders.
Volstrekt kennen we nog wel vaag in uitdrukkingen als 'absolute nonsens': volstrekte onzin, en 100% alcohol heet volstrekte alcohol (lastig houdbaar, want het trekt onmiddellijk weer water uit de lucht aan).

Ik heb nog eens in de oude geschriften gezocht naar condensatormetingen. In een hoofdstukje over het bepalen van de diëlectrische constante van stoffen komt het probleem van het randverschijnsel (fringe effect) voor. Het wordt daar opgelost, althans sterk verkleind, met een 'guard ring' om de ene plaat.
Er is dan bijna geen 'uitpuilend' veld meer; alle veldlijnen gaan òf naar de andere plaat, òf naar de guard ring.
Toch heb ik nu nog het idee dat je het probleem daarmee alleen maar verplaatst. We zoeken dus nog even door.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Na van alles en nog wat met discreet gebouwde versterkertjes geprobeerd te hebben toch maar weer de OP37 gepakt. De versterking een factor 10 omlaag gebracht en ... Gaat net, op het randje. Een tweede opamp krikt de boel wat meer op:
http://meettechniek.info/extern/licv.gif
Helaas had ik geen tweede OP37, maar met een niet te grote versterking lukt het ook met een TL071. Bij een te meten stroom van 10 µA is de spanning op de ingang 2 mV, dus een ingangsimpedantie van 200 Ω. De uitgangsspanning is hierbij ongeveer 500 mV.
Bij deze versterking is 100 kHz echt op het randje. Zou je als tweede opamp ook een OP37 inzetten dan kan deze versterking wat worden opgekrikt en de meetfrequentie worden verlaagd tot 50 kHz. De ingangsspanning wordt dan ook de helft lager: 1 mV.

fred101

Golden Member

Leuk experiment, bedankt voor het schema. Ik heb even niks kunnen doen. Mijn kookplaat ging kapot dus ik ben met noodgedwongen even met grotere stromen bezig (en vandaag ook nog aan een GM5656 voor iemand). Maar ik heb tussendoor mijn O-plugin voor de 547 gemaakt en wat schetst mijn verbazing, in het manual staat een applicatie voor het meten van capaciteit. Lijkt erg op mijn idee.
http://www.uploadarchief.net/files/download/o_cmeting_k.jpeg

Ik heb het boek van Terman binnen. Daar staan echt leuke dingen in. Wat konden ze toen al veel meten op een simpele manier ! Zoals bv de capaciteit van een spoel. Toevallig heb ik dat van de week ervaren. Ik had mijn 100pF standaard C gekoppeld aan een met de VNA gemeten spoel. Daarna met een meetzender en scoop de 3dB punten en resonantie gezocht (inductief in en uitgekoppeld) maar toen ik het terug rekende zou mijn condensator 120 ipv 100pF moeten zijn. Dat was dus parasitaire spoel (en de rest) capaciteit.

Wat hij doet met C meten, is de LC kring inductief koppelen , zou dat zorgen dat de oscillator sneller terug komt ?
Hij gebruikt twee oscillators. Een adviseert hij als Xtal oscillator. Hij zet dan de tweede iets in frequentie naast de ander zodat je een audiofrequentie hoort in een ontvanger en zo dat ze niet kunnen syncen. Maar tegenwoordig met een counter is dat niet nodig. Morgen hoop ik de opamp experimenten te kunnen doen.
Ik ben binnenkort ook de eigenaar van een philips galvanometer voor hele kleine stroompjes.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
fred101

Golden Member

Vandaag een adapter voor de opamp plugin gemaakt. Ik gebruik de zaagtand van de scoop om de condensator op te laden de andere kant van de condensator hangt op de inverterende ingang. De feedback weerstand is nu nog even de interne 1 MOhm en de uitgang spanning is De laadstroom maal de feedback weerstand.
Bij een weerstand ipv een condensator krijg je een curvetracer achtige trace. Met horizontaal V en I de verticale afleing. Het schema is eigenlijk bedoeld om hele kleine stroom te meten. De plugin is de bottleneck want de lekstroom van de opamp is al 300 pA maar om het idee te testen werkt het prima. Bij een condensator zie je een horizontale lijn met in het begin de RC tijd als je met de tijdbasis speelt. 1 mS/div, een Rf van 10 M en 0-100V zaagtand geeft al een mooie resolutie.

Ik heb net uitgerekend welke instellingen hoeveel pF/div geven en dan zal ik wat foto's maken.
Dit is eigenlijk het omgekeerde idee van mijn CF converter. Daar gebruik ik een vaste stroom en het resultaat is een zaagtand met vaste delta spanning en een variabele delta tijd, dus frequentie. In de 547 plugin gebruik ik een vaste delta V en vaste delta t en dat geeft dus een vaste stroom.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
fred101

Golden Member

http://www.pa4tim.nl/?p=2929
Hier een verslag met meetwaarden en foto's van de opstellingen.
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2012/01/ffresultaat.png
4 zelfgemaakte condensators vergeleken.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat zijn leuke metingen, en de resultaten vallen niet eens tegen. Het is interessant eens naar de spreiding tussen de metingen te kijken.

code:


    C(th) pF  stdv pF  stdv %
1   11.89450    0.25    2.1
2   28.65270    0.47    1.7
3   74.17890    4.28    5.8
4    7.08320    0.43    6.1

Waarom de laatste twee zoveel meer strooiden dan de eerste twee is een goede vraag. Het kan toeval zijn, maar het kan ook dat sommige constructies meer verschil laten zien dan andere. Vooral bij 4 kan ik me dat voorstellen, maar 3 is niet zoveel anders gevormd dan 1 en 2.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Dat viel mij ook op. Ik had juist bij die grote de minste afwijking verwacht omdat bv een afmetingfout van 0,05 mm minder hard doorwerkt dan bij de kleinste.
Maar een 5% fout in capaciteit bij 1 pF is 50 fF, bij 100 pF is het 5 pF. Dat lijkt veel meer.
Probleem van de C(th) is dat het materiaal de grote onbekende is. K kan alles tussen grofweg 4.3 en 5 zijn.
Ook is de frequentie niet gelijk.

De plugin methode werkt met DC, de marconi op 1 en 10 KHz, de VNA en shift methode werkt op 10 MHz en bij de resonantie methode zat ik nog hoger. Bij de shift methode is de 80 pF denk ik ook een te grote afwijking voor de oscillator, ik moest daar de counter trigger zelf bijregelen want anders ging hij op de harmonische counten. Bij de kleintjes maakt de omgeving naar verhouding meer verschil.

Ik heb nog wat documenten gevonden over schaalbare coaxiale condensators. Helaas is de wiskunde te complex voor mij om maten uit te rekenen, maar op die manier schijn je condensators te kunnen maken waarbij theorie klopt met praktijk.
Als ik een stuk pijp pak met telflon afsluitschijven en daar in het midden een andere pijp inschuif kan ik heel precies de maten meten. Alleen moeten er aansluitingen aan die direct aan een meter kunnen worden gehangen dus bnc of twee banaanbussen voldoende ver uit elkaar. En dan maken ze de middlste schuifbaar waardoor je , door de lengte te meten, precies de C verandering kunt bepalen. Alleen heb ik nog niet kunnen achterhalen hoe ze dat doen. Ze werken ook met meerdere buizen.

Volgens mij moet ik van een stukje coax met een bnc eraan ook vrij precies de waarde kunnen bepalen. Door berekenen en VNA meting. Bv 10 pF. Het gaat om de methode. Als ik 10 pF heel precies kanmten lukt het met deze methode ook met 1 pF. Nu is er steeds het probleem van de onbekende variabelen. Theoretisch zou de VNA het beste zijn maar het probleem daar is dat deze Ctjes fysiek aan de grote kant zijn. Dus de capaciteit tov de duthouder. Coaxiaal is dat proleem er niet.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Hé, jij zou eens moeten googelen op de 'grote' Ivor Catt. In de jaren tachtig mocht ik zijn artikelen in Wireless World graag lezen. Niet dat ik met hem 'meeging', maar hij kon het zo leuk zeggen. Vooral zijn theorie over condensatoren is erg interessant, en ook niet dom.

Probleem van de C(th) is dat het materiaal de grote onbekende is. K kan alles tussen grofweg 4.3 en 5 zijn.

Ja, maar dat zou de spreiding in de metingen onderling niet verklaren. Stel, de condensator zou theoretisch 10pF moeten zijn, maar hij is 11pF, en iedere meting vertelt je dat, dan zou toch de spreiding klein zijn.

Ook is de frequentie niet gelijk.

Misschien is het wèl zo dat verschillende diëlectrica 'verschillende' verschillen tonen bij verschillende frequenties; ik bedoel dat de frequentie bij de ene soort dan meer uitmaakt dan bij de andere.

e: ik googelde zèlf eens naar Catt, en wat blijkt: hij (of althans links naar hem) zitten inmiddels óveral. Niet te missen dus!

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Ik bedoelde dat de relatieve dielectrische constante van FR-4 frequentie afhankelijk is.(nu moet dat bij 1KHz-10MHz niet zo veel uitmaken lijkt me maar er zitten ook nog pootjes aan die dingen enz. Eigenlijk moet je, dacht ik in een faraday cup meten. Als ik bv bij die methode van Terman dichter bij kom verloopt de frequentie (ik denk dat zuster Buitenhuis dan binnenshuis is)

Ik heb een pijp van zo'n 20 cm/ 33mm dik (binnen) voorzien van twee pe of nylon eindproppen met 15 mm gaten er daar een 15mm stuk koperen pijp door. Fout dus. De capaciteit ter hoogte van die proppen is veel te hoog en omdat ik niet weet wat de kunststof is weet ik dus ook niet de capaciteit. Ik maak hem morgen anders. De proppen worden dan vervangen door doppen
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2012/01/coaxcap.png zie tekening

edit: ik ga googlen
Edit 2: ik vind zo veel dat ik niet weet waar ik wat vind over condensators.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Zoek eens op "ivor catt capacitor transmission line". De bovenste zal je al veel vertellen.
Catt beschouwt een condensator anders dan wij doen, en hij erkent het bestaan van 'lading' niet zoals de gewone theorie die beschrijft.

Een condensator beschouwt hij als een transmissielijn. Natuurlijk zouden we daar tegen protesteren, maar aan de andere kant verklaart hij op die manier wèl hoe het komt dat ouwe rotcondensatoren van gewikkeld folie/papier toch zo goed kunnen ontkoppelen.
Zoals hij dan zei (in 1980): als je het niet gelooft, méét het dan.

Hij was op zijn minst een interessante figuur. Later sloeg hij een beetje door, aan de ene kant zo lekker vaag en alternatief, aan de andere kant weer heel erg tegen rechten voor vrouwen en zo.. een rare snuiter.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Jammer dat zijn artikelen een opeenvolging van linken en verwijzingn zijn. Om te lezen ben ik nu aangewezen op mijn ipad en de linken naar de plaatjes werken niet. Eens kijken of ik het boek zelf kan vinden.
Wat ik van hem lees brengt me in verwarring. Het verteld me eigenlijk hoe ik denk dat het is, ik kon niks revolutionairs of raars vinden dus blijkbaar is mijn opvatting over condensaors dan niet in overeenstemming met de gevestigde wetenschap. Displacement current van Maxwell is bv nieuw voor mij en past niet in mijn eigen plaatje van een condensator.

Dus ik ben erg benieuwd naar Catts complete theorie. Ik zit namelijk nog steeds met wat dingen betreffende transmissielijnen waar ik me maar gewoon bij heb neerglegd. Als hij zegt dat een condensator een transmissielijn is, en een condensator geen zelfresonantie heeft betekent dat dus ook dat een transmissielijn geen zelfinductie heeft en tevens dat een transmisielijn een condensator is. Mijn idee is nog wat anders.
Elke stroomgeleider werkt een magnetisch veld op als er stroom doorloopt. De frequentie maakt niet uit. Ook bij DC alleen wisselt het veld dan niet.

Tussen twee punten met en spanningsverschil heerst een electrisch veld, ongeacht de frequentie.

Maar is dat zo ?
Neem twee geleider en span ze naast elkaar. Zet er spanning op en laat ze open aan de andre kant en er ontstaat een electrisch veld. Zou je een voltmeter aan het einde plaatsen dan meet je spanning maar zelfs de beste voltmeter sluit de kring zodat er wat stroom gaat lopen dus dat is geen test, we zeggen dat de ene draad negatief geladen is en de andere positief Dat betekent dat er een initiele stroom moet lopen totdat beide tov elkaar geladen zijn. Je zou ook kunnen stellen dat er niks gebeurt tot we het meten. ( klinkt een beetje als schrodingers kat verhaal als ik het zo terug lees) het electrisch veld is er niet, pas als we het meten. Maar als we de draden aan het uiteinde dicht bij elkaar brengen en de spanning opvoeren springt er een vonk over. Dat kan alleen als er dus stroom door de draad loopt. De vonk gaat door de lucht dus die vertegenwoordigd een weerstand. En als dat gebeurdt in dit geval moet dat dus altijd gebeuren. Er moet dus een initiele stroom lopen door de geleiders bij het aansluiten van de spanning. Hoeveel hangt af van de weerstand gevormd door het medium tusen de twee geleiders. Maar dat betekent eigenlijk dat er dan stroom moet blijven lopen. Dus twee open geleiders hebben voor DC een zekere impedantie tov elkaar maar dat mag je niet zeggen. Zodra beide geleiders zijn opgeladen zou de weerstand verdwijnen. Dat kan niet lijkt me. Hier zit dus iets wat niet met overeen stemt. Als er geen potentieel verschil is tussen de uiteinde van twee draden kan er geen vonk over springen, als er wel potentiaal verschil heerst loopt er dus een "minimale" stroom. ( ik heb het over DC).

Als we twee draden pakken, of een stuk coax aangesloten op DC dan noemen we het een aansluitsnoer.
Als we twee platen pakken heet het ineens een condensator. Maar met twee platen parallel kun je een prima aansluitsnoer maken, alleen noemen we het dan bv stripline ipv condensator. O nee, dat mag niet bij DC, dat mag pas bij 0,00000000000.......01Hz. Met twee draden parallel kunnen we een prima condensator maken, we mogen het dan geen aansluitsnoer meer noemen, dan is het inens een gimmick condenstor.

Als er stroom loopt door en geleider ontstaat er een magneisch veld. Sluiten we een geleider aan op een bron naar een weerstand en een tweede terug naar de bron dan is er een potentiaal verschil tussen de twee draden naar de weerstand en er loopt permanent stroom, maar volgens bovenstaand verhaal liep dat er al. Naast een stationair electrisch veld hebben we nu ook een magnetisch veld.
Zetten we nu ipv DC hier AC op dan krijgen we te maken met zelfinductie tgv het wisselende magnetische veld. De twee geleiders hebben nu capaciteit tov elkaar en we noemen ze ook inductief. We noemen het nu ipv aasnsluitsnoer een transmisielijn. Het zijn echter nog steeds twee parallel geleiders met een belasting.

Halen we die belasting weg dan hebben we de situatie als bij DC. Nu heten twee parallele draden alleen een tranmissielijn en heeft het wel inens een impedantie. Ze hebben capaciteit tov elkaar en de draad vormt een spoel. Het geheel heeft een ohmse weerstand op zijn resonantie frequentie. Wat bij DC niet mag, mag hier wel.
Pakken we twee platen ipv draden noemen we het ineens een condensator. Ergens is er een schemergebied waar je overgaat van draad naar plaat en dan verandert dus het hele systeem. Een condensator zou geen poel zijn en geen transmisie lijn. Maar volgens de wet van Fred bevatten die platen een zekere mate van zelfinductie ( freds kat ;-) , sla die twee stukken rond draad van je transmissielijn plat, nu heb je twee platen, is het nu een transmisielijn of een condensator, waar is de spoel gebleven ? )

Maar dan gaat Catt de mist in, een condensator heeft geen zelfresonantie anders dan tgv ijn pootjes. Maar als een condensator een transmissielijn is, heeft een transmisie lijn dus ook geen resonantie.

Als je naar mijn condensatortjes kijkt, en naar de coaxiale dan zijn dat gewoon open stukken tranmissie lijn. Een stuk afgeknipt RG58 is ook een condensator.

Verwarrend, had ik het maar niet gelezen, bedankt FET ;-)

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
fred101

Golden Member

http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2012/01/coaxC.jpg
De nieuwe varco. Hij klopt nog steeds voor geen meter met de calculator maar hij is stevig en stabiel en min of meer 20 pF

http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2012/01/ffmeting2.png
Wat nieuwe resultaten en ik heb de frequentie shift methode verder getest. Door er via coax een Philips standaard varco aan te hangen en die te meten in de 100 en 150 pF stand kon ik de juiste Co waarde van de oscillator bepalen. De absolute waarde van die Philips met de kabel en pluggen weet ik niet maar wat ik wel weet is dat 50.0 pF meer op de schaal klopt. Hij is per 0,1pF instelbaar. Dus moet ik met de juiste Co ook 50pF verschil krijgen. En het grappige is dat wanneer ik dat toepas de metingen akelig dicht bij de VNA metingen komen.

Verder de Tek oplossing geprobeerd. Werkt goed , groot bereik, best precies en met een goede opbouw ook geschikt voor hele kleine capaciteit. Nu was het even met draadjes en krokodillen zonder compensatie en dan toch op een pF kloppend.

Als laatste heb ik het idee van Freddy uitgewerkt.
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2012/01/CmeterFreddy.png
(dit is alleen het principe)
Maar dan heel eigenwijs met een opamp, ook nog een quad opamp en op een breadboard. Ik meet bij 1KHz. De opamp blijft als spanningsvolger tot over de 100KHz goed dus ik heb reserve genoeg denk ik.
De resultaten zijn erg hoopgevend. Inderdaad geen probleem met paracsitaire Ctjes. Ik heb nog een opamp als buffer gebruikt om een nog lagere impedantie bij de DUT te krijgen. De definitieve krijgt nog een offset afregeling en een guard spanning (had toch 1 opamp over ;-) )
.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs