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Kapazitäten messen

Messung an Drehkondensatoren

Im HF-Labor wird oft ein Kapazitätsmessgerät für Drehkos und kleine Kondensatoren ab 1 pF benötigt. Ein solches Gerät kann man sich leicht selbst bauen. Hier wird ein Messvorsatz für die serielle PC-Schnittstelle vorgestellt. Die Frequenz eines Oszillators wird durch das Messobjekt verringert und am PC gemessen. Die passende Umrechnung ermöglicht dann die direkte Anzeige der Kapazität. Der Eingang verwendet eine kurze und kapazitätsarme Messspitze. Der Gegenpol wird mit einem Krokodilkabel an Masse geklemmt.

Der Präzisionstimer NE555 erhält seine Betriebsspannung direkt aus der seriellen Schnittstelle und erzeugt ohne ein Messobjekt C ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von ca. 3,5 kHz. Das Signal wird über den Eingang CTS der Schnittstelle ausgewertet.

Das VB-Programm Pikofarad.frm basiert auf einem Frequenzmessprogramm aus dem Lernpaket "Elektronik-Experimente am PC". Es verwendet die ELEXS.DLL zum Zugriff auf die serielle Schnittstelle. Die Messung bestimmt die Kapazität des Messobjekts C im Verhältnis zur Referenz Cref = 3300 pF. Das Messgerät kann durch Anpassung von Cref kalibriert werden.

Const Cref = 3300

Private Sub Timer1_Timer()
  freq = 0
  alt = CTS()
  REALTIME
  TIMEINIT
  While TIMEREAD < 1000
    neu = CTS()
    If neu > alt Then freq = freq + 1
    alt = neu
  Wend
  NORMALTIME
  Frequenz = freq
  If freq = 0 Then freq = 1
  If Nullpunkt < freq Then Nullpunkt = freq
  C = Cref * Nullpunkt / freq - Cref
  C = Int(C)
  Text1.Text = Str$(C) + " pF"
End Sub

Download des VB5/6-Projekts Pikofarad (Pikofarad.zip, incl. DLL und EXE, 39 k)

Anwendung: Messungen am RT100

Das Experimentiersystem RT100 verwendet den gleichen Drehkotyp wie die Kurzwellenradios mit und ohne Entdämpfung. Der Drehko wurde von AK MODUL-BUS aus China bezogen, wobei die Kapazitäten 80 pF und 240 pF angegeben waren. Einige Anwender haben jedoch festgestellt, dass der Drehko tatsächlich geringere Kapazitäten aufweist. Messungen mit dem Programm Pikofarad.exe zeigen, dass er etwa 160 pF + 80 pF hat. Inzwischen wurden zwei weitere Drehkos in China bestellt und in den Online-Shop aufgenommen. Einer hat nun wirklich 240 pF + 80 pF, der andere besitzt ein einzelnes Plattenpaket mit 500 pF. Die neuen Drehkos haben einen neuen Drehknopf mit weißem Zeigerpunkt. Der 500-pF-Drehko eignet sich besonders für Mittelwellenempfänger.

Das Handbuch zum RT100 wurde inzwischen überarbeitet. Alle Versuche sind mit dem tatsächlich eingebauten Drehko von 160 pF durchgeführt worden, sodass nur die Schaltpläne angepasst werden mussten. Der gleiche Drehko wird auch weiterhin eingesetzt, was vor allem bei Versuchen im Kurzwellenbereich Vorteile bringt. Eine Abstimmung des gesamten Mittelwellenbereichs zwischen 500 kHz und 1600 kHz ist dagegen auch mit einer größeren Drehkokapazität wegen der Kapazitäten der Platine nicht möglich, wie die folgenden Messungen zeigen:

Zuführung zum 80-pF-Drehko: 18 pF
Zuführung zum 240-pF-Drehko: 16 pF
Anschluss zu einem Pin der Röhre: 7 pF
Anfangskapazität jeder Drehkohälfte: ca. 5 pF

Die relativ großen Kapazitäten sind auf die Massefläche der Platine zurückzuführen, die sich günstig auf die geringe Empfindlichkeit gegenüber Brummeinstreuungen auswirkt. Zusammen erhält man bei Parallelschaltung beider Plattenpakete die kleinste Kapazität von 51 pF. Daraus ergibt sich ein Abstimmbereich von 51 pF bis 371 pF, also ein Verhältnis von 1 : 7,3. Damit erreicht man ein Frequenzverhältnis von 1 : 2,7 und kann z.B. von 500 kHz bis 1350 kHz abstimmen. Allerdings berücksichtigt die Abschätzung noch nicht die Eigenkapazität der Spule und die Eingangskapazität der Röhre. Tatsächlich sollte man daher das Mittelwellenband in zwei Bereiche aufteilen. Auf Kurzwelle dagegen wird meist nicht mehr als ein Frequenzverhältnis von 1 : 2 benötigt.

Drehkos im Online-Shop: www.ak-modul-bus.de/stat/passive_bauelemente.html

Messung mit der Soundkarte

Besonders für Laptops ohne RS232 bietet sich die Verwendung der Soundkarte zur Messung an. Herzlichen Dank an Michael Gaedtke, der das Programm C.Meter geschrieben hat. Auf seiner Homepage findet man weitere Anwendungen der Soundkarte wie z.B. die Messung von Induktivitäten: www.michaelgaedtke.de/SubMenu_Messen/L-Messung.htm

Download Cmeter.exe (Cmeter.zip, 208 KB)

Neue Version (29.8.06) mit BASS.DLL und mit Quelltext: www.michaelgaedtke.de/SubMenu_Messen/C-Messung.htm

Das Kapazitätsmessgerät benötigt nun eine andere Spannungsversorgung. Man kann eine 9-V-Batterie einsetzen oder z.B. auch +5 V vom USB des Rechners. Der NE555 liefert eine stabile Frequenz, die weitgehend unabhängig von der Betriebsspannung ist.

Das Programm Cmeter.exe verarbeitet Frequenzen bis über 10 kHz. Deshalb ist es möglich einen kleineren Referenzkondensator von z.B. 1 nF in der Schaltung zu verwenden. Damit steigert sich die Auflösung bis auf ca. 0,1 pF. Wichtig ist auch eine Pegelanpassung. Die folgende Schaltung zeigt die Anpassung mit einem Spannungsteiler. Hier wird der linke Kanal des Line-Eingangs verwendet.