电容ESR表（二） 电容ESR表的设计、制作、调试

确定电路之后，下一步是选用合适的运放。笔者将手头的运放装上电路，进行线性度的检查。用2.7kΩ的电阻代替表头电路，向运放输入100kHz不同电压的信号，用数字万用表测量电阻两端的DC电压，得到了表4的结果。

可以看出LF412和LF353的表现较差，NE5532则可以与GBW达75MHz的高速运放AD827媲美。用示波器观察信号波形，也是如此结果（参见图21）。笔者查阅运放手册发现，GBW高于10MHz的高速双运放，不是难于购买、价钱高昂，就是静态电流过大，几乎没有低于10mA的。 NE5532的静态电流仅7mA，比AD827小30%。NE5532是曾被称为音响运放之皇的NE5534的双运放版，以音频和低噪声应用最为著名。在这个工作频率达100kHz的场合中，它的表现如此优异，令我刮目相看。难怪当年美国BB公司推出迄今仍是业界最高性能的R-2R音响用DAC芯片 PCM63时，舍弃众多的新一代高性能运放，选择了NE5534用于应用电路的评估演示，并写进Datasheet里。笔者一共试验过两种NE5532，一种是原厂SIG公司的，另一种是到本地电子商店新购的TI公司制品。试验证明，两者在ESR表中的表现没有差别，静态功耗也接近一致。

图22 DA-16式表头驱动电路

图23 表头驱动电路的计算分析图

四、自动关机电路

笔者曾考虑直接使用如图24的自动关机电路。此电路较为成熟，被国内很多型号的数字万用表采用。但由于其电路不够简洁，又需使用双刀双掷开关，装制安排较麻烦，故决定采用分立元件电路，为此重新进行了设计试验。

最初的设计如图25所示。电路十分简单，可以实现所需的延时关机。在图25（a）与图25（b）电路中，因为电容充满电的电压相同，对于相同的定时电容C，两个电路的定时时间在理论上是一样的。经试验，采用47μF定时电容的图25（a）电路，定时关机时间约15分钟，采用100μF定时电容的图25（b）电路约为40分钟。

但笔者试验发现，这种简易式电路有一个严重缺陷，就是定时末段的关机特性过软。具体表现为：在关机前长达数分钟的时间内，输出的电源电压已甚低，不足以让 ESR表电路正常工作，但此时还不能切断电源，LED仍发光指示。这样，就容易给ESR表的使用带来误判。针对这一问题，笔者增设三极管和电阻各一只，以此引入正反馈来加快末段的关机进程，使关机特性变硬。同时，为了保证电源开关断开后，电池与电路没有硬连接，还将电路的定时方式由电容放电改为电容充电，最后就得到图17所示的自动关机电路。

由于定时时间长，定时电阻需取高阻值的10MΩ。因此，图17的自动关机电路对定时电容的漏电特性要求较高，漏电阻须在20MΩ以上，否则，VT1就不能关断，ESR表也就不能自动关机。笔者用手头不同型号的电解电容作过试验验证，试验的方法是：在图17的定时电路中，用1kΩ电阻代替ESR表电路，作为自动关机电路的负载。并拆下（或不装上）VT2。合上电源开关S1，用镊子临时短路R14两端，然后松开——这样就让定时电容C5完成了充电。观察 LED，若LED仍发光，表明电容漏电过大，若LED熄灭，则表明电容符合要求。试验证实，只有小部分电容或标明是低漏电特性的电容符合该电路的漏电要求，仅占试验总量的31%。详见表5。

                  表3 表头驱动电路的计算

         R1      运放闭环     Rf    运放输出电流If

                  增益Gv                  
         R1=5Rm    31倍    180Ω      220μA
         R1=Rm     11倍    133Ω      300μA
         R1=0.5Rm 8.5倍    100Ω      400μA
         R1=0.2Rm   7倍     60Ω      700μA
         R1=0.1Rm 6.5倍     33Ω     1200μA

                      表4  四种运放用于表头驱动电路的线性度检查

     IC型号    输入AC电压    10mV(-30dB)  31.6mV(-20dB)  100mV(-10dB)  316mV(0dB)

     LF412/
     LF353  实际DC电压输出      15mV          75mV         270mV       890mV
             理想DC电压输出    28.2mV       89.2mV         282mV       890mV
                相对误差       46.7%         15.7%         4.1%         0%
     AD827   实际DC电压输出    28mV          90mV         290mV        920mV
             理想DC电压输出    29.1mV        92.0mV        291mV       920mV
                相对误差        3.8%          2.2%         0.4%         0%
     NE5532   实际DC电压输出    28mV          90mV         288mV       917mV
              理想DC电压输出    29.0mV       91.7mV        290mV       917mV
                相对误差        3.5%          1.9%         0.8%         0%

    注：以输入316mV时的实际DC电压输出作为基准

                            表5 电容漏电特性试验结果

                   符合漏电要求的电容                不符合漏电要求的电容
           1.松下的FC电容100μF/25V（体积较小）      1.三洋OSCON固体电解100μF/20V

           2.日本化工的KME电容100μF/35V（体积中）   2.泪滴形的固体钽电解22μF/16V

           3.ELNA的Starget电容22μF/100V（体积大）   3.Spargue的503D电容47μF/16V

           4.标识为SSL的LL电容10μF/63V（体积小）    4.Nichicon的Muse电容33μF/16V

                                                   5.Nichicon的SE电容100μF/10V

        *注：LL表明其为低漏电（low leakage）电容     6.ELNA的Cerifire电容10μF/16V
                                                   7.标识为HUAHONG的电容33μF/25V
                                                   8.标识为HUAHONG的电容10μF/50V
                                                   9.标识有IC和RM的电容150μF/16V     

回过头来看，对电容漏电要求高这一缺点，其实是设计时取舍折衷后的结果。如果改以图25所示的这种电容放电式定时电路为蓝本，则没有这一缺点，但电池与电路有硬连接。如果再进一步，将开关改为图24所示的方式，则可以消除电池与电路的硬连接，但需使用双刀双掷开关。三种电路方式均有得有失。