R&S®HM8118: Medidas de condensadores e inductores

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Su misión

Las resistencias, los condensadores y los inductores son los componentes más básicos de los circuitos electrónicos. Es necesario garantizar que funcionan de forma correcta y con la debida precisión. por lo tanto, deben medirse de forma exhaustiva durante el proceso de diseño del circuito. Para ello se emplean generalmente medidores LCR, que se han convertido en instrumentos indispensables en el laboratorio y en la producción. Esta ficha de aplicación explica cómo realizar medidas básicas en condensadores e inductores con resultados exactos y fiables.

Principio de la medida de impedancia
Principio de la medida de impedancia
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Solución Rohde & Schwarz

Principios básicos de medida

El puente LCR R&S®HM8118 no es un instrumento típico basado en un puente de Wien, Maxwell o Thomson. Al contrario que otros puentes LCR, utiliza una señal de estímulo de CA para medir la impedancia Z y el ángulo de fase Φ.

Debe tenerse en cuenta al realizar las medidas que las propiedades de los componentes eléctricos (p. ej. condensadores) varían en función de determinados parámetros, específicamente de frecuencia. Otros factores que afectan al comportamiento de los componentes son el envejecimiento, la temperatura, una tensión de polarización adicional y estrés eléctrico.

El circuito equivalente de cada dispositivo bajo prueba contiene elementos inductivos, óhmicos y capacitivos. Por ejemplo, un condensador tiene elementos parásitos inductivos y óhmicos, y un inductor, elementos parásitos óhmicos y capacitivos. Esto significa que nunca podrá alcanzarse un ángulo de fase Φ ideal (90° = puramente inductivo, 0° = puramente óhmico, –90° = puramente capacitivo). Los elementos parásitos provocan una autorresonancia a determinada frecuencia para cualquier tipo de componente.

También es importante señalar que, debido a los elementos parásitos, toda medida tendrá un cierto grado de imprecisión, lo que genera un error de medida sistemático.

Adaptador de fijación R&S®HZ181 de 4 terminales
Adaptador de fijación R&S®HZ181 de 4 terminales
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Configuración de medida

Debe tenerse siempre en cuenta que la configuración de medida puede influir de forma decisiva en los resultados. Por ejemplo, con condensadores en el rango de los picofaradios, la posición de las pinzas tiene un efecto considerable en la medida. Esto se demuestra fácilmente con el siguiente experimento, utilizando las pinzas Kelvin estándar suministradas con la unidad:

  • En primer lugar, pulse [RECALL] [9] para restablecer en el instrumento los ajustes de fábrica y ejecute una calibración SHORT cortocircuitando las pinzas y pulsando el botón [SHORT]
  • En segundo lugar, coloque las pinzas con una distancia de como mínimo 20 cm entre sí y pulse [OPEN] para realizar la calibración OPEN. A continuación, cambie al modo C-D y sujete las pinzas acercando sus puntas pero sin que lleguen a tocarse, y compruebe el resultado de medida. Mostrará un valor alrededor de 3 pF, incluso si no se han conectado componentes adicionales y aunque solo ha cambiado la posición de las pinzas.

El experimento demuestra lo importante que es elegir el adaptador de test correcto para su aplicación. El adaptador R&S®HZ181 de 4 terminales es una buena elección para componentes cableados y evita los problemas relacionados con la distancia.

Calibración de la estructura de medida

Para alcanzar un resultado y precisión óptimos es recomendable calibrar el instrumento en todas las frecuencias disponibles (de 20 Hz hasta 200 kHz en 69 pasos) cuando se van a medir dispositivos desconocidos. Tras elegir la configuración de medida adecuada y mantener un tiempo de calentamiento del instrumento de, como mínimo, 30 minutos, siga los siguientes pasos para llevar a cabo la calibración:

  • Pulse [RECALL] [9] para restablecer los ajustes de fábrica en el instrumento. Para calibrar en todas las frecuencias, pulse [SELECT] [3], cambie a (Mode) con el botón giratorio y pulse el botón. A continuación, cambie de «SGL» a «All», pulse de nuevo el botón y salga del menú pulsando [ESC]
  • Ahora puede realizar una calibración SHORT cortocircuitando primero las pinzas y pulsando [SHORT]. La calibración SHORT se ejecuta en menos de 2 minutos
  • Seguidamente, abra las pinzas (si utiliza pinzas Kelvin, asegúrese de que están aproximadamente en la misma posición que va a utilizar para las medidas previstas) y pulse [OPEN] para realizar la calibración OPEN. Esto no lleva más de 2 minutos
Φ y Z respecto a la frecuencia para una bobina estándar con cable de cobre de 132 μH/esmaltado
Φ y Z respecto a la frecuencia para una bobina estándar con cable de cobre de 132 μH/esmaltado
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Medida de un inductor desconocido

Observación: Los inductores que contienen material de núcleo ferromagnético generalmente están especificados para una banda de frecuencias determinada. Si se mide un inductor con una frecuencia de medida fuera de esta banda, los resultados pueden diferir de la especificación del inductor. Esto deberá comprobarse de antemano. En primer lugar, active el indicador de nivel de la señal de medida:

  • Pulse [SELECT] [2]
  • Cambie a (Vm/Im) con el botón giratorio
  • Cambie el valor a «ON» y pulse de nuevo el botón giratorio
  • Salga del menú con [ESC]

Ahora, conecte el inductor desconocido a la estructura de medida y cambie a medida de Z/Φ pulsando [Z – Φ]. El ángulo de fase debería ser positivo.

A continuación, busque la mejor frecuencia de adquisición:

  • Pulse [FREQ]
  • Utilice el botón giratorio para cambiar la frecuencia manteniendo al mismo tiempo Φ lo más cerca posible a 90°
  • Pulse [L – R]

Se visualiza la inductancia junto con la resistencia en serie. Compruebe que la tensión no caiga demasiado (hasta el 35 % de la tensión nominal es aceptable – en este caso, la tensión nominal es 1 V; véase la sección «LEV» en la parte superior izquierda de la pantalla).

Ángulo de fase respecto a la frecuencia (270 μF)
Ángulo de fase respecto a la frecuencia (270 μF)
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Medida de un condensador desconocido

Observación: Los condensadores de oro no se pueden medir con el R&S®HM8118, ya que el material es demasiado inerte.

Active el indicador de nivel de la señal de medida y conecte el condensador desconocido a la estructura de medida.

Cambie a medida de Z/Φ pulsando [Z – Φ] (el ángulo de fase debería ser negativo). A continuación, busque la mejor frecuencia de adquisición:

  • Pulse [FREQ]
  • Utilice el botón giratorio para cambiar la frecuencia manteniendo al mismo tiempo Φ lo más cerca posible a –90°
  • Pulse [C – D]

Se visualiza la capacidad eléctrica junto con la resistencia en serie.

Compruebe que la tensión no caiga demasiado (hasta el 35 % de la tensión nominal es aceptable – en este caso, la tensión nominal es 1 V; véase la sección «LEV» en la parte superior izquierda de la pantalla).

Información adicional

Si la tensión cae por debajo del 35 % del valor nominal, active el modo de tensión constante. La calibración realizada anteriormente sigue siendo válida al cambiar a este modo.

Si está activo el modo de tensión constante (ON), la resistencia de fuente está preajustada a 25 Ω. La tensión aplicada al componente medido será casi constante para todos los componentes con una impedancia considerablemente mayor a 25 Ω. Esto puede mejorar los resultados sobre todo para valores de inductancia más bajos. Es importante tener en cuenta que la precisión se reduce en un factor de 2 cuando se utiliza este modo.

También es posible determinar las características del dispositivo examinado utilizando la frecuencia de operación prevista sin sintonización. Con este método se puede ejecutar la calibración solamente para dicha frecuencia, utilizando el modo «SGL» (menú del equipo «CORR» – «MODE: SGL»).

Referencias

  • Manual del usuario de R&S®HM8118
  • Preguntas frecuentes de R&S «Cómo poner en funcionamiento el HM8118 con una calibración específica»
  • Preguntas frecuentes de R&S «HM8118: Resultados de medida diferentes de la misma bobina»
  • Preguntas frecuentes de R&S «Cómo configurar el HM8118 para usar BIAS externo»