Keramische SMD-Kondensatoren sind nicht beschriftet. Die Kapazitätsmessung mit Multimetern im pF-Bereich ist ungenau, weil die Kabelkapazität dazukommt. Deshalb wurde ein spezielles Messgerät gebaut. Es hat eine spezielle SMD-Halterung, um kapazitive Einflüsse im pF-Bereich auszuschließen. Die üblichen Anschluss-Pinzetten werden nicht gebraucht.


Die Messmethode beruht auf der Frequenzmessung eines Testoszillators mit einem 555. Die Periodendauer ist dabei proportional zur Kapazität, also der Kehrwert der Frequenz, der von vielen  Frequenzzählern direkt  angezeigt wird.

Die Messung wurde mit vorhandenen SMDs überprüft, die meist eine geringe Toleranz haben und im Mittel den genauen Kapazitätswert zeigen. Die Mittelwertbildung vieler Messwerte sollte mit diesem Aufbau wiederhohlbare Messungen ergeben. Es wurden aus dem SMD-Vorrat aus allen Werten mehrere SMDs gemessen, und dabei gab es das erste Ergebnis, wobei zwei Kondensatoren schon falsch eingeordnet waren.


In den Datenblättern zum 555 stellt wird eine gerade Kennlinie zwischen Periodendauer und Kapazität angegeben. Die Auswertung wurde in eine Tabellenkalkulation eingegeben. Mit eine Polynom 2. Grades kann man von der Messfrequenz auf den Kapazitätswert des SMD zurückrechnen. Für den Aufbau wurde eine parallele Kapazität von etwa 8,8 pF  ermittelt. Weil jeder Oszillator eine etwas unterschiedliche Leerlauffrequenz hat und von der Last des Frequenzzählers abhängig ist, muss jede Schaltung für sich eingemessen werden. Kerko-Messungen können nun zwischen ab 10 pF und 150 pF durchgeführt werden.

    

Mechanischer Aufbau

Schon einmal früher hatte ich einen Versuchsaufbau gemacht, um SMDs zu halten, ohne dass sie wegspringen. Das Bauteil wird durch eine M2,5 Messingmutter gehalten, M3 geht für SMD der Bauform 0603 bis 1206 auch. Messung kontaktiert besser als Kupfer oder Lot. Die Mutter wurde auf einer Hartpapierleiterplatte aufgelötet und mit einer Trennscheibe in zwei Hälften geteilt. Diese Hälften wurden auf die beiden Leiterplatten umgelötet.    

Die Wippe ist 54 mm x 8 mm mit einem Loch bei 20 mm für die M2,5 Schraube und aus festeren Material einer FR4 Leiterplatte. Die Zugfeder ist aus einem alten SMD Container, eine Feder aus einem Kugelschreiber war zu schwach. Für die Wippenbetätigung dient ein roter WIMA Folienkondensator.


Schaltung

Mit dem CMOS 555 lässt sich ein Oszillator mit Kapazitäten im pF-Bereich aufbauen, und er benötigt einen geringen Strom. Die Frequenz mit dem Widerstand R100 am Ausgang PIN3 wurde so gewählt das von Leerlauf bis 150p Kapazitäten gemessen werden kann. Für eine gute Wiederholbarkeit der Messung muss die Versorgungsspannung stabilisiert werden.


Die Frequenz ist auch von der Last am Ausgang abhängig und der Widerstand R101 sollte dieses verhindern.  Am Ausgang PIN3 steht ein Rechtecksignal zur Verfügung, aber hinter R101 nicht mehr. Es muss hier noch eine Trennstufe folgen, z.B. mit einem weiteren 555.  Am Ausgang hinter R101 wird immer derselbe Frequenzzähler angeschlossen, da es hier eine Rückwirkung auf die Frequenz gibt.



Spanungsversorgung

Es wurde eine niedrige Versorgungspannung von 3 V gewählt, um eine größeren Eingangsbereich verschiedene Spannungsquellen zu haben. Da kein 3V Linearregler IC gerade vorhanden war, wurde der Spannungsregler diskret aufgebaut. Es wird eine Referenzspannung mit REF300 erzeugt und die Transistoren T301 und T302 vergleichen diese mit der Ausgangsspannung und steuern den Längstransistor T300 an. Die "R2 Typen BC846BR und BC856BR sind ungewöhnlich. "R" steht für Reverse, wo das SOT23 Gehäuse umgedreht, also auf dem Rücken aufgelötet wird. Der Hersteller CentralSemi hat diese Sonderform des Gehäuses.


Durch den Tausch von Basis und Emitter vereinfacht sich die Leitungsführung des Layout sehr stark. Die Schottkydiode D300 ist der Verpolungsschutz. Es kann hier fast jede Diode genommen werden. Um eine gute Widerholbarkeit der Frequenz zu haben sollte ein IC gewählt werden, sodass die Spannungsstabilität größer ist. Im Betrieb des Linearreglers ist die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung und diesen Betriebszustand schaltet den Transistor T200  durch. Der Basiswiderstand R301 begrenzt den Strom parallel zum Längstransistor T300 und muss daher kleiner als der Strom durch den Spannungsteiler R306 bis R307 sein. Bei dieser Schaltung ist die Folge ein kleiner Basisstrom und benötigt den Transistor mit der höchsten Stromverstärkung, also den Typ C. Der Transistor T201 liegt an der Referenzspannung, und mit R203 am Emitter wird der LED Strom konstant gehalten. Mit der Spannung über R203 in Reihe zur LED Spannung und der Basis-Emitterspannung von T200 kann nur die rote LED mit etwa 1,6V eingesetzt werden.