fF en pF meten/vergelijken

Ik ben er niet zo gek op als dingen zomaar negatief gemaakt moeten worden om iets te laten uitkomen.
Toen mijn nicht leerde voor accountant heeft ze eens een enorme uitbrander gekregen toen ze een bedrag 1 cent teveel naar boven afrondde, omdat het dan precies klopte met een andere boekstaat. De enorme fout die ze begin was dat het niet om die 0,6 cent ging - het ging om een heel andere rekening met een andere rekeninghouder; het bedrag was toevallig, op die 0,6 cent na, hetzelfde.

In jouw geval kan het betekenen dat je rekenmethode niet goed is, en alleen nu toevallig goed uitkomt - als je de boel negatief neemt.
Kan je rekenmachine niet complex rekenen? In Excel gaat het ook prima, maar dan moet je de COMPLEX functies hebben. Die zitten in het Analysis Toolpack, wat je volgens mij al hebt geïnstalleerd. Ze beginnen allemaal met "C.", behalve COMPLEX zelf, waarmee je complexe getallen maakt zoals COMPLEX(6.65, -65.4).

@Fred,
http://www.milmega.co.uk/downloads/rfcalc70.exe
Bruikbare RF calculator.

@fred , om op je oorspronkelijke vraag terug te komen. Er bestaat een vrij merkwaardige LCR meetbrug (als die naam hier van toepassing is, hij sluit dicht aan bij de Vectorimpedance meter)die je zeker het onderzoeken zal waardt vinden ; de Wayne & Kerr type B221. Deze brug onderscheidt zich van vele andere bruggen vanwege het gbruik van een verhoudingstrafo (ratiotransformer) Dankzij deze laatste kun je extreem kleine capaciteiten moeiteloos meten, ondanks meetsnoeren.(enfin , hij meet van héél klein tot héél groot, dit zowel voor C als voor L en al hun belangrijke eigenschappen)) Het toestel is gedateerd, maar je vindt de gebruiksaanwijzing en het schema op het net. Er zitten twee populaire magische ogen in, ik vrees dat voor die ogen de meeste exemplaren gesloopt zijn.

groeten

Kris

Eat, bedankt, handige calculator en hij werkt onder wine.
Kris, ik ga er naar zoeken, magische ogen heb ik wel maar een modern equivalent zal ook wel lukken.

Inderdaad is alles al eens bedacht, mij idee om capaciteit te meten bestaat helaas ( nou ja helaas, het is dus geen stom idee) ook al. Dat heet een fixed thresshold feedback coulomb meter en oa Keithley maakt ze. I = dQ/dt en Q is CV. Door de vaste thesshold varieert dt en als je die weet ( counter) kun je dus C berekenen.

Nooit gedacht dat capaciteit meten moeilijker is dan zoiets als ESR. Maar wel interessante materie. Gezien de reagerende mensen ( je wet van te voren wel wie reageren ) zijn condensators voor veel COers blijkbaar net zo eng als spoelen ( of niet interessant) in een boek over meten wat ik heb staat bv na heel veel over spoelen een kort stukje over condensators, oa omdat meten ervan zo simpel is. Ook veel algemen electronica boeken zien ze als redelijk ideaal, verliesvrij en simpel te meten en besteden de meeste paginas aan spoelen.

Ik ga in iedergeval de methode uit Terman proberen. Het voordeel tov de gewone resonantie methode is dat je geen gedefinieerde spoel nodig hebt en dan direct op je counter de waarde kan "aflezen" in ieder geval zonder complexe berekeningen ( wel met een accurate 50 pF maar die waarde is met de vna goed te meten)
Calibreren kan ik met een philips ( zo'n enorme luchtvarco in houten kast) of hp decade standaard condensator.
Het mooiste is denk ik de oscillator op een pcbtje ( afgeschermd) met spoel wat ik zo in de philips of de HP kan prikken en hem zo precies op 10 MHz zetten om bv capaciteit van een coax meetkabel te compenseren, en het tempco van dat ding is verwaarloosbaar. Ik heb wel gemerkt dat onder de 10 pF eigenlijk de boel al afgeschermd moet worden.

Fred, om ook te reageren: in de elektronica voor gevorderden is niets ideaal.
Ik kan condensatoren meten met 25kHz en met een resolutie van 0,01pF.

@fred, moet je ondertussen niet een gethermostatteerde kamer hebben (met anti-EMI-behang) die het hele jaar door op dezelfde temperatuur blijft?

Net mijn marconi TF1717 meetbrug opgewarmd, die heeft 100,00 pF als laagste schaal en 0,01 pF als laagste aflezing. Alleen is die antiek, buizen powered en ik heb hem zelfs nooit open gehad. Ik heb net mijn Philips 100-1100 pF, ( na restauratie gecalibreerd met een condensator die Bob van Donselaar voor mij heeft gemeten en ik toen nog met een resonantie meting heb gecontroleerd dmv van een banaan naar coax adapter naar zijn recept.)
En daarna de HP 100 pF tot 1 uF ( welke ik al errder mbv de VNA heb nagemeten) aan die marconie gehangen en 100 pF op beide apparaten is excact 100 pF op de meetbrug. Niet gek voor zo'n oud beestje. Hij kan naast 1 en 10 KHz ook nog dmv een externe oscillator worden gevoed en van DC bias worden voorzien. Ik gebruikte hem in het begin als C meter maar de rest wat hij kon was toen abracadabra , hij stond nu bij het reserve spul maar ik denk dat ik hem toch maar weer een mooi plekje geef want hij kan toch wel erg veel. Zelf kernsaturatie en Elco DC lekkage kan hij meten. Ook een heel acurate D en Q meting.

Rene, dan neem ik de volgende keer die HP standaard mee om na te meten. Waarnee meet jij dat ? En hoe vergelijkt hij zich met jou voltcraft ( die vindt mijn standaard condensators 112 pF)

Alex, zou niet verkeerd zijn, ik heb nu wel een extra radiatortje staan maar dat is voor mijzelf

FET, jou methode met die multimeter in serie is grappig maar toen ik er aan rekende is er wel its waar je rekening mee moet houden. Veel multimeters zijn 1 MOhm of 10 MOhm in AC. Een 1 nF is al ongeveer 3 M, en een 10 pF zo'n 300 Mohm. Bij 230V valt er dus veel spanning over de condensator. Bij 10 pF al zo'n 220Vrms, dus Vt is nog veel hoger. Veel ceramische Ctjes zijn 50V ( en ik weet nooit of dat nu Vt of VDC is) dus je moet goed uitkijken of de Ctjes er tegen kunnen.

Jij zult dit wel weten maar als beginnende knutselaars zonder LCR meter denken, dit is handig en in hun onschuld een 10 pf 50 V Ctje er tussen hangen en hun meter blijkt ook nog de 1M niet te halen ( de China meuk) dan is er een redelijke kans dat het Ctje boem doet en je keramische schilfers in je oog krijgt.

Ook belangrijk, die dit niet met gewone meetpennen, gebruik bv een kroonsteentje of goede klemmen zodat je niet met je vingers aan de condensator kunt komen. Daar staat erg veel spanning over. Veiliger zou zijn om twee trafos met de rug tegen elkaar te zetten, dus 230-12V en dan de 12V kanten aan elkaar. Dan komt er weer 230 V uit en heb je een soort scheidingstrafo. Als het kleine trafotjes zijn kan er bij en fout ook niet veel stroom gaan lopen.

Fred, een HM8018.
http://www.hameg.com/138.0.html?L=1

Voor de frequentie van 1kHz zit de Voltcraft ongeveer binnen 5%.
Ik zal eens wat testen.

Dat is niet veel geld voor zo'n meter, aan de specs te zien meet hij ook de fase.

Een 100pF geeft op de Voltcraft bij 120Hz 104pF en bij 1kHz 103pF.
De HM8018 geeft 102,1pF en een fase van -90 (100Hz) en -89,75 (25kHz).

Er is ook nog de HM8118.

Iets minder leuke prijs.
Ik denk dat mijn voltcraft dan iets minder goed is . Onder de 10 pF is hij ook niet stabiel of ik moet de meetsnoertjes er af halen en hem calibreren voor die meetstrips. Alleen zitten die zo diep en ver uit elkaar dat kleine Ctjes daar niet tussen gaan. Doet de jouwe bij een spoel ook wat de mijne doet, eerst ongeveer de dubbele waarde angeven en dan na een paar seconde naar de "juiste" waarde te springen. Overigens maakte hij van een 2,8 uH referentie spoel ( ooit voor de grote spoel test gemaakt) 3,2 uH tewijl de Marconie er 2,78 uzh van maakt. Dus ik vertrouw die VC niet meer. In het verleden liep hij gelijk met de Marconi en waren kleine Ctjes volgens mij ook geen probleem.

Hmm, een 10MHz vrijlopende oscillator maken. Even een ding vergeten (ik had er nog een liggen met tienslag pot fijnasfstemming van een 10MHz zendertje. Die is best stabiel dacht ik, maar plus/min 125Hz wieberen is hier niet stabiel genoeg. Aangezien ik even vergeten was dat 1pF al een 100Hz verschuiving geeft. (oja hij is met een 100pF mica C dus de aflezing is niet 1 op 1 maar het is maar als experiment. Werkt het dan is het zo veranderd en dan zo stabielm mogelijk. Er moet ook en counter buffer achter, nu trekt de counter zelfs via een 3pF Ctje en 10:1 ongeaarde probe de oscillator nog een paar honder Hz weg.

[Bericht gewijzigd door fred101 op woensdag 4 januari 2012 14:41:19 (30%)]

Vergeet niet de prijs van het chassis mee te tellen bij die HM8018, dat is 235 euro extra!

Op 4 januari 2012 13:32:18 schreef Rd12tf:
Vergeet niet de prijs van het chassis mee te tellen bij die HM8018, dat is 235 euro extra!

Oeps, dat had ik even niet gezien. Ik had net Hameg aan de telefoon dat mijn scoop LA uitbreiding binnen was en hem bijna al besteld . Dat is jammer

[Bericht gewijzigd door fred101 op woensdag 4 januari 2012 14:42:39 (29%)]

dat dacht ik al, als je geen chassis hebt ben je toch beter af met de HM8118.
ter info, Ik schaftte me er vorig jaar een aan en het apparaat voldoet ruimschoots aan alle verwachtingen. Ik gebruik dus niet altijd ouwen brol
Er bestaan ook nuttige toebehoren;
HZ188 laat je toe smd goed in te klemmen voor metingen.
HZ186 voor het besnuffelen van transformatoren.

Ik heb de 10MHz oscillator vanavond afgemaakt. In een kastje gedaan, aansluitingen gemaakt en een bufferversterker voor scoop of counter.

Ik heb wel andere condensatorwaarden gebruikt maar voor het idee maakt het niks uit. Nu had ik een heel goede spoel en met 5 uH moest mijn hele constructie te ver om. Moet alleen nu even een kleine x3,3 vermenigvuldiging doen. De oscillator is niet eens super, met kastje open drift hij zo'n 200-300 Hz. Ik heb een tienslagspot voorop waar ik hem ongeveer 400Hz mee kan bijdraaien. Klinkt heftig maar zelfs 10fF geeft al veel meer deviatie dus als je tevreden bent met 10fF resolutie is deze oscillator al meer dan goed.

Ik noteer de stand van de counter, stop een Ctje in het voetje, noteer weer de stand, trek hem eruit en controlleer de stand weer. Doe je dat een aantal keer en pak het gemiddelde dan kan je inderdaad bizar kleine waarden meten. Een 1,75 pF of 1,8 geeft al een behoorlijk verschil in frequentie. Tot op 0,1 pF meten is in ieder geval kinderspel. Als ik stabielere oscillator kan maken is het denk ik idd mogelijk 1fF of kleiner te meten. En dat konden ze in de jaren 30-40 dus al met zulke simpele middelen !!

Denken jullie niet iets te moeilijk? Er bestaat een erg simpele schakeling die de invloed van de parasitaire capaciteiten bijna volledig wegneemt. Belangrijk hierbij is de µA meter met een zeer lage inwendige weerstand:

Het bovenste schema geeft het principe weer. Links staat een signaalbron (10 V, 100 kHz) die in serie is aangesloten op de te meten condensator Cx en een amperemeter. Er wordt dus de condensatorstroom gemeten als gevolg van de aangeboden spanning en de reactantie van de condensator.

Als er een parasitaire capaciteit aan de linker kant aanwezig is, heeft deze geen invloed op de aangeboden spanning. Alleen de signaalgenerator zal iets zwaarder belast worden. Aan de andere kant staat de stroommeter. Omdat deze een zeer lage inwendige impedantie heeft zal hierover nauwelijks spanning zal staan (in het voorbeeld 10 mV). Een parasitaire capaciteit die over de amperemeter staat heeft slechts een zeer geringe invloed: Omdat de spanning zo laag is zal er slechts een zeer miniem stroompje kunnen vloeien die vele malen kleiner is dan de testcondensatorstroom, ook al is de parasitaire capaciteit enkele malen groter dan de testcondensator.

Links onder, misschien ten overvloede, een I/U converter die een zeer kleine ingangsimpedatie heeft.
Rechts onder een quick and dirty testschakeling die ik gebruikt heb om het principe te testen. De meetbron was 10 Vpp bij 100 kHz. Bij twee ongeveer parallel lopende draden van ca 2 cm lang en een onderlinge afstand van zeg 1,5 mm (geen idee wat de capaciteit is) mat ik 545 mVpp.

Zelf heb ik ook wel eens nagedacht over een meter.
Of dit is wat jullie willen weet ik niet, maar ik dacht ik deel het eventjes.

Het idee is om een wisselspanning te maken en daar een R en C op aan te sluiten.
Vervolgens is het meten van de spanningsval over de C en de R, dat weer omrekenen zodat je de XC krijgt.
Dit kan je dan weer omrekenen naar de C.
Afhankelijk van de grote van de C moet de frequentie worden veranderd, om een mooi meetresultaat te krijgen.
Het mooiste zou een oscillator zijn die je een factor 10 kan instellen.
Ik hoop dat jullie snappen wat ik bedoel.

Dan had ik nog als idee om een occilator te maken waarvan het te meten component de frequentie bepaalt.
Dan nog eventjes de frequentie meten met een piccie en klaar is kees of piet of wie er dan ook maar mee bezig is.

[Bericht gewijzigd door hardbass op donderdag 5 januari 2012 15:37:00 (14%)]

Dan had ik nog als idee om een occilator te maken waarvan het te meten component de frequentie bepaalt.
Dan nog eventjes de frequentie meten met een piccie en klaar is kees of piet of wie er dan ook maar mee bezig is

Zo werken 99,9% van de diy L/C meters met pic / avr

Haha, dan was het waarschijnlijk nog niet eens zoon stom idee.

En mijn eerste methode?

@Freddy,
Zeer elegante en eenvoudige meetmethode en omdat de spanning over het meetobject en de meetfrequentie als constant veronderstelt mogen worden, is de stroom recht evenredig met de capaciteit.
De parasitaire parallel capaciteit van de meetobjecthouder kan eenvoudig 'ge-nulled' worden met een offset spanning na de gelijkrichter.
Deze methode heeft voor mij de voorkeur. Aan de voorwaarden, een laagimpedante wisselspanningsbron en idem stroommeter, is redelijk eenvoudig te voldoen.

/edit

Deze doet 10µV/fF
Als I/V omzetter gebruik ik een 1k weerstand, dat is een compromis tussen de laagst meetbare capaciteit en maximum bereik (100p).
Indien gewenst kan de oscillator frequentie nog een factor 10 omhoog.
Als I/V omzetter kan een moving coil voorversterker gebruikt worden, deze zijn zeer laag impedant en voegen weinig ruis toe.

Freddy, dat is inderdaad een mooie methode. Dat was ook een van mijn eerste ontwerpjes maar het leek zo simpel dat ik er maar van uit ging dat het wel niks zou zijn zonder coulombmeter om precies de lading/stroom te kunnen meten. Waarom hebben we anders vectoriaal metende C meters nodig dacht ik.

Dit ga ik ook eens proberen. Het enige nadeel was dat je met een laagohmige analoge meter de hele schaal moet calibreren. ( tenzij je een coulomb meter hebt) Maar door je i/v omzetter kun je met nu een veel meer lineaire digitale meter meten.
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.

Eat, ik snap alleen jou offset spanning na de gelijkrichter niet, welke gelijkrichter ?

Ik kan als eerste test natuurlijk gewoon een functiegenerator ( handig om de frequentie aan te passen) een weerstand ( ik heb ook nog een HP DC tot 400 KHz meetversterker, instelbaar van 0 tot 1000x versteking), en een benchmeter pakken. ( ik heb ook wel een pA meter maar alleen voor DC)

Eigenlijk vond ik die methode van stroom meten van Bob Pease erg gaaf. Maar ik begreep helemaal niet hoe ik dat kon toepassen voor C metingen.

Het voordeel van de Terman methode is dat je alleen maar zeker hoeft te zijn van die ene 50 pF condensator en met een counter weet je dan de rest. Het boek is nu onderweg dus ik ben benieuwd naar het echte ontwerp. Ik heb een probleem in mijn versie ontdekt. Ik dacht slim te zijn en heb een varicap met groter bereik toegevoegd. Daardoor kon ik bv meetsnoeren of aansluitklemmen compenseren en altijd op 10 MHz uitkomen, maar dat werkt niet. Zodra je de capaciteit verandert, verandert ook de omreken factor. Dat had ik kunnen weten. Je kunt dus niet compeseren. Ik haal de stelmogelijkheid er dus weer uit. Uiteindelijk maakt het niks uit. Het gaat om de verschilfrequentie tgv toegevoegde capaciteit. Ik moet toch al rekenen. Wordt hij ook stabieler van. In zijn kastje is de drift nu al niet meer dan een 30 tot 40 Hz.

Ik heb er ook twee haakse krokodilklemmen in gestoken en door ze een mm naar elkaar toe te bewegen ( op 2 cm van elkaar) heb je zo 10 KHz verandering. Heel gevoelig.

Hardbass, jou idee is geschikt voor een gewone C meter. Daar ga je geen fF mee meten. Schemas voor gewone C meters zijn er genoeg. aF en fF meter is een andere tak van sport.

Het nadeel van alle methode met wisselspanning is dat de zelfinductie van pootjes en paracitaire capaciteit een rol gaan spelen ( als ik de test C dichter naar het kastje zet verandert de frequentie. Dus de gemeten capaciteit. Met mijn C/F converter ( die dus met DC werkt heb ik in theorie niks met ESL en parasitaire capaiteit te maken. Je meet alleen de lading. En dat kan volgens mij ook in situ. ( wel een kant van de C losgekoppeld) als je dan bv in een filter 1 pF meet met een gewone meter kan dat best 500 fF parasitair zijn. Je kan dus geen condensator matchen voor je hem in soldeerd. Nadeel is dat het ondanks het simpele schema waarschijnlijk niet makkelijk te bouwen zal zijn en je altijd moet rekenen. Nu is dat voor fF geen probleem. Dat is niet iets wat je aan de lopende band hoeft te doen.

Zucht. Doe je de moeite om meneer er op te wijzen dat je boven 1 GHz
gewoon op het verkeerde spoor zit als je met discrete componenten werkt die onhandelbaar klein worden.

Doet niet eens de moeite erop te reageren. En ja, als FET dan nog een fototje opstuurt van hoe het moet, dan kijkt hij even geinteresseerd op, maar blijft stug doordoen met zijn FemtoFaradjes.

Kijk Fred als je niet de moeite doet om te luisteren naar mensen die weten hoe het moet, maakt het niet uit hoeveel ton fossiele meetinstrumenten je boven je werktafel opstapelt, je blijft maar wat aanmodderen.

Met gedeeltelijk discrete smd componten heb ik nu een 2,2-4,2GHz VCO naar een ontwerp van S53MV. De bijbehorende filters worden geëtst en niet met smd gemaakt.
Maar er is een overgangsgebied waar beide methoden mogelijk zijn.

GD, ik heb al ervaring met microstrip filters en cavities, zowel met bouwen, berekenen, simuleren als afregelen. Maar tot 2 GHz zijn cavities redelijk fors en voor 400-1500 zijn microstrip filters ook wat groot. Vanaf ongeveer 800 MHz wilde ik eens stripline proberen.

Zucht, dan zal ik maar even mijzelf quoten.....

Je oordeel slaat nergens op ( ik heb trouwens ook al oscillators en filters gemaakt boven 1GHz met discrete componenten)

Stripline bestaat niet uit discrete componenten. ( en is ook iets anders als microstrip) Daarnaast staat dat los van dit topic. Ik hoef helemaal geen componenten te meten om die filters te maken, zelfs geen capaciteit. Mijn fossiele meetapparaat is een twee jaar oude digitale VNA met 12 term error correctie welke op zijn sloffen de R&S T-Check haalt. Compleet met diverse testsets, probes, couplers en duthouders.

Daarnaast gaat het om maar twee filters boven 1GHz maar 8 stuks er onder.

Waarom wil ik dan fF meten.
-Gewoon om er wat van te leren, en experimenteren, maar dat is blijkbaar not-done, gewoon de Grote Dikken volgen en vooral niks experimenteels of nadenken
- Ik wil de filters na constructie documenteren en niet eens voor mijzelf. Ik ben niet de enige die deze filters gaat gebruiken. Ze moeten ook nagebouwd worden dus leek het me wel zo behulpzaam om de waarden zo precies mogelijk te meten en op te schrijven.