Jednoduchý obvod merača ESR

Príspevok pojednáva o jednoduchom obvode merača ESR, ktorý je možné použiť na identifikáciu chybných kondenzátorov v elektronickom obvode bez ich praktického vybratia z dosky plošných spojov. O nápad požiadal Manual Sofian

Technické špecifikácie

Máte schému o merači ESR. Technici mi odporúčajú najskôr skontrolovať elektrolytický roztok vždy, keď prídem k mŕtvymu okruhu, ale neviem, ako to zmerať.

Vopred dakujem za odpoved.

Čo je ESR

ESR, čo predstavuje ekvivalentný sériový odpor, je zanedbateľne malá hodnota odporu, ktorá sa zvyčajne stáva súčasťou všetkých kondenzátorov a induktorov a objavuje sa v sérii s ich skutočnými jednotkovými hodnotami, najmä v elektrolytických kondenzátoroch by však hodnota ESR mohla stúpať na abnormálne úrovne, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú celkovú kvalitu a odozvu zapojeného obvodu.

Vyvíjajúce sa ESR v konkrétnom kondenzátore sa môže postupne zvyšovať od niekoľkých miliohmov až po 10 ohmov, čo vážne ovplyvňuje odozvu obvodu.

Vyššie vysvetlené ESR však nemusí nevyhnutne znamenať, že by to malo vplyv aj na kapacitu kondenzátora, v skutočnosti by hodnota kapacity mohla zostať nedotknutá a dobrá, napriek tomu by sa výkon kondenzátora zhoršil.

Je to kvôli tomuto scenáru, že bežný kapacitný merač úplne nedokáže detekovať zlý kondenzátor ovplyvnený vysokou hodnotou ESR a technik zistí, že kondenzátory sú v poriadku z hľadiska svojej kapacitnej hodnoty, čo zase sťažuje riešenie problémov.

Tam, kde sú merače normálnej kapacity a ohmmetre úplne neúčinné pri meraní alebo detekcii abnormálneho ESR v chybných kondenzátoroch, je elektromer ESR mimoriadne vhodný na identifikáciu takýchto zavádzajúcich zariadení.

Rozdiel medzi ESR a kapacitou

V podstate povedané, hodnota ESR kondenzátora (v ohmoch) naznačuje, aký dobrý je kondenzátor.

Čím nižšia je hodnota, tým vyšší je pracovný výkon kondenzátora.

Test ESR nám poskytuje rýchle varovanie pred poruchou kondenzátora a je oveľa užitočnejší v porovnaní s testom kapacity.

Pri vyšetrení pomocou štandardného kapacitného merača môže v skutočnosti vykazovať OKAY niekoľko chybných elektrolytík.

V poslednej dobe sme hovorili s mnohými jednotlivcami, ktorí nepodporujú význam ESR a v akom presnom vnímaní je kapacitne jedinečný.

Preto si myslím, že stojí za to poskytnúť klip z technologickej novinky v renomovanom časopise, ktorého autorom je Doug Jones, prezident spoločnosti Independence Electronics Inc. Účinne sa zaoberá záujmom ESR. „ESR je aktívny prirodzený odpor kondenzátora proti striedavému signálu.

Vyšší ESR môže viesť k časovo konštantným komplikáciám, zahrievaniu kondenzátora, zvýšeniu zaťaženia obvodu, celkovej poruche systému atď.

Aké problémy môže spôsobiť ESR?

Spínaný napájací zdroj s vysokými kondenzátormi ESR sa nemusí optimálne rozbehnúť alebo sa nemusí rozbehnúť vôbec.

Televízna obrazovka by mohla byť zošikmená zo strán / zhora / zdola kvôli vysokému kondenzátoru ESR. Môže to tiež viesť k predčasným poruchám diód a tranzistorov.

Všetky tieto a mnohé ďalšie problémy sú zvyčajne indukované kondenzátormi so správnou kapacitou, ale s veľkým ESR, ktoré nemožno zistiť ako statický údaj, a preto ich nemožno merať pomocou štandardného kapacitného merača alebo jednosmerného ohmmetra.

ESR sa zobrazuje iba vtedy, keď je ku kondenzátoru pripojený striedavý prúd alebo keď dielektrický náboj kondenzátora neustále prepína stavy.

To sa dá chápať ako celkový fázový odpor kondenzátora vo fáze, v kombinácii s jednosmerným odporom vývodov kondenzátora, jednosmerným odporom prepojenia s dielektrikom kondenzátora, doskovým odporom kondenzátora a fázovým striedavým prúdom dielektrického materiálu. odpor v konkrétnej frekvencii a teplote.

Všetky prvky, ktoré spôsobujú tvorbu ESR, je možné považovať za rezistor zapojený do série s kondenzátorom. Tento rezistor v skutočnosti neexistuje ako fyzická entita, a preto okamžité meranie cez „rezistor ESR“ nie je možné. Ak je naopak prístup, ktorý pomáha opraviť výsledky kapacitnej reaktancie, prístupný a uvažuje sa o tom, že všetky odpory sú vo fáze, možno ESR určiť a otestovať pomocou základného elektronického vzorca E = I x R!

AKTUALIZÁCIA jednoduchšej alternatívy

Nižšie uvedený obvod založený na operačnom zosilňovači vyzerá nepochybne zložito, takže po určitom premýšľaní by som mohol prísť s týmto jednoduchým nápadom na rýchle posúdenie ESR ktoréhokoľvek kondenzátora.

Avšak kvôli tomu budete musieť najskôr vypočítať koľko odporu má konkrétny kondenzátor v ideálnom prípade pomocou nasledujúceho vzorca:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kde Xc = reaktancia (odpor v ohmoch),
• pi = 22/7
• f = frekvencia (pre túto aplikáciu vezmite 100 Hz)
• C = hodnota kondenzátora vo Faradoch

Hodnota Xc vám poskytne ekvivalentný odpor (ideálna hodnota) kondenzátora.

Ďalej vyhľadajte prúd pomocou Ohmovho zákona:

I = V / R, tu V bude 12 x 1,41 = 16,92 V, R bude nahradené Xc, ako je to dosiahnuté z vyššie uvedeného vzorca.

Keď nájdete ideálne prúdové hodnotenie kondenzátora, môžete pomocou nasledujúceho praktického obvodu porovnať výsledok s vyššie vypočítanou hodnotou.

K tomu budete potrebovať nasledujúce materiály:

• Transformátor 0-12V / 220V
• 4 diódy 1N4007
• Merač pohyblivej cievky 0-1 ampér FSD alebo akýkoľvek štandardný ampérmeter

Vyššie uvedený obvod poskytne priame čítanie o tom, koľko prúdu je kondenzátor schopný cez neho dodať.

Poznačte si prúd nameraný z vyššie uvedeného nastavenia a prúd dosiahnutý zo vzorca.

Na záver opäť použite Ohmov zákon na vyhodnotenie odporov z dvoch súčasných (I) údajov.

R = V / I, kde napätie V bude 12 x 1,41 = 16,92, „I“ bude podľa nameraných hodnôt.

Rýchle získanie ideálnej hodnoty kondenzátora

Ak vo vyššie uvedenom príklade nechcete prechádzať výpočtami, môžete na porovnanie použiť nasledujúcu referenčnú hodnotu na získanie ideálnej reaktancie kondenzátora.

Podľa vzorca je ideálna reaktancia kondenzátora 1 uF okolo 1600 Ohmov pri 100 Hz. Túto hodnotu môžeme vziať ako meradlo a vyhodnotiť hodnotu ľubovoľného požadovaného kondenzátora pomocou jednoduchého inverzného krížového znásobenia, ako je uvedené nižšie.

Predpokladajme, že chceme získať ideálnu hodnotu kondenzátora 10uF, jednoducho by to bolo:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohmov

Teraz môžeme tento výsledok porovnať s výsledkom získaným riešením prúdu ampérmetra v Ohmovom zákone. Rozdiel nám povie, čo sa týka efektívneho ESR kondenzátora.

POZNÁMKA: Napätie a frekvencia použité vo vzorci a v praktickej metóde musia byť rovnaké.

Používanie operačného zosilňovača na výrobu jednoduchého merača ESR

Merač ESR sa môže použiť na zistenie zdravia pochybného kondenzátora pri riešení problémov so starým elektronickým obvodom alebo jednotkou.

Dobré na týchto meracích prístrojoch je navyše to, že sa dajú použiť na meranie ESR kondenzátora bez potreby odstránenia alebo izolácie kondenzátora od dosky plošných spojov, čo užívateľovi uľahčí prácu.

Nasledujúci obrázok zobrazuje jednoduchý obvod merača ESR, ktorý je možné zostaviť a použiť na navrhované merania.

Schéma zapojenia

Ako to funguje

Obvod je možné chápať nasledujúcim spôsobom:

TR1 spolu s pripojeným tranzistorom NPN tvoria jednoduchý blokujúci oscilátor spustený spätnou väzbou, ktorý kmitá pri veľmi vysokej frekvencii.

Oscilácie indukujú proporcionálnu veľkosť napätia na 5 sekundách sekundárneho transformátora transformátora a toto indukované vysokofrekvenčné napätie sa privádza na príslušný kondenzátor.

Operačný zosilňovač je tiež pripojený k vyššie uvedenému nízkonapäťovému vysokofrekvenčnému napájaniu a je nakonfigurovaný ako prúdový zosilňovač.

Bez ESR alebo v prípade nového dobrého kondenzátora je merač nastavený tak, aby indikoval vychýlenie celej stupnice indikujúce minimálne ESR na kondenzátore, ktoré proporcionálne klesá k nule pre rôzne kondenzátory, ktoré majú rozdielne úrovne ESR.

Nižšie ESR spôsobuje, že sa na vstupe invertujúceho snímania operačného zosilňovača vyvíja relatívne vyšší prúd, ktorý sa príslušne zobrazuje v merači s vyšším stupňom vychýlenia a naopak.

Horný tranzistor BC547 je zavedený ako spoločný stupeň regulátora napätia kolektora, aby sa mohol prevádzkovať stupeň oscilátora s dolným 1,5 V tak, aby sa ostatné elektronické zariadenie v doske plošných spojov okolo testovaného kondenzátora udržiavalo pod nulovým napätím od testovacej frekvencie od merač ESR.

Proces kalibrácie glukomera je jednoduchý. Udržiavaním skratovaných testovacích vodičov sa nastaví predvoľba 100 000 blízko merača uA, kým sa na číselníku meracieho prístroja nedosiahne úplné vychýlenie stupnice.

Potom bolo možné v merači overiť rôzne kondenzátory s vysokými hodnotami ESR s príslušne nižšími stupňami vychýlenia, ako je vysvetlené v predchádzajúcej časti tohto článku.

Transformátor je postavený na ľubovoľnom feritovom krúžku pomocou ľubovoľného tenkého magnetického drôtu so zobrazeným počtom závitov.

Ďalší jednoduchý tester ESR s jednou LED

Obvod poskytuje záporný odpor na ukončenie ESR kondenzátora, ktorý je testovaný, a vytvára tak nepretržitú sériovú rezonanciu cez pevný induktor. Na nasledujúcom obrázku je znázornená schéma zapojenia merača esr. Negatívny odpor je generovaný IC 1b: Cx označuje testovaný kondenzátor a L1 je umiestnený ako pevný induktor.

Základné pracovné

Pot VR1 umožňuje doladiť negatívny odpor. Ak chcete otestovať, jednoducho otáčajte VR1, kým sa oscilácia nezastaví. Keď je to hotové, hodnotu ESR je možné skontrolovať zo stupnice pripevnenej za číselníkom VR1.

Popis obvodu

Ak chýba negatívny odpor, L1 a Cx fungujú ako sériový rezonančný obvod, ktorý je potlačený odporom L1 a ESR Cx. Tento obvod ESR začne kmitať, akonáhle je napájaný cez napäťový spúšťač. IC1 a funguje ako oscilátor na generovanie štvorcového vlnového signálu s nízkou frekvenciou v Hz. Tento konkrétny výstup je diferencovaný, aby vytvoril napäťové hroty (impulzy), ktoré spúšťajú pripojený rezonančný obvod.

Len čo majú ESR kondenzátora spolu s odporom R1 tendenciu byť ukončené záporným odporom, vyzváňací kmit sa zmení na konštantný. Týmto sa následne rozsvieti LED D1. Len čo sa oscilácia zastaví kvôli poklesu záporného odporu, LED dióda zhasne.

Zistenie skratovaného kondenzátora

V prípade, že je na Cx zistený skratovaný kondenzátor, LED dióda svieti so zvýšeným jasom. Počas obdobia, keď rezonančný obvod kmitá, sa LED rozsvieti iba prostredníctvom kladných pol cyklov priebehu: čo spôsobí, že sa rozsvieti iba na 50% jeho celkového jasu. IC 1 d dodáva polovičné napájacie napätie, ktoré sa používa ako referencia pre IC1b.

S1 sa môže použiť na nastavenie zosilnenia ICIb, ktoré zase mení záporný odpor pre umožnenie širokých rozsahov merania ESR v rozsahu 0-1, 0-10 a 0-100 Ω.

Zoznam položiek

L1 Konštrukcia

Induktor L1 sa vyrába vinutím priamo okolo vnútorných 4 stĺpov krytu, ktoré sa môžu použiť na zaskrutkovanie rohov plošných spojov.

Počet závitov môže byť 42 pomocou 30 smaltovaného medeného drôtu SWG. Vytvorte L1, až kým nebudete mať na koncoch vinutia odpor 3,2 Ohm alebo hodnotu indukčnosti okolo 90uH.

Hrúbka drôtu nie je rozhodujúca, ale hodnoty odporu a indukčnosti musia byť uvedené vyššie.

Výsledky testu

S podrobnosťami vinutia, ako sú popísané vyššie, by kondenzátor 1 000uF testovaný v slotoch Cx mal generovať frekvenciu 70 Hz. Kondenzátor 1 pF môže spôsobiť zvýšenie tejto frekvencie na približne 10 kHz.

Pri skúmaní obvodu som zapojil kryštálové slúchadlo cez 100 nF kondenzátor pri R19, aby som otestoval frekvenčné úrovne. Cvakanie frekvencie štvorcových vĺn bolo pekne počuť, zatiaľ čo VR1 sa nastavovala ďaleko od miesta, ktoré spôsobilo zastavenie oscilácií. Keď sa VR1 nastavoval na kritický bod, začal som počuť čistý zvuk sínusovej vlny nízkeho napätia.

Ako kalibrovať

Vezmite vysoko kvalitný kondenzátor 1 000 µF s menovitým napätím minimálne 25 V a vložte ho do bodov Cx. Postupne obmieňajte VR1, kým nenájdete LED úplne vypnutú. Označte tento konkrétny bod za číselníkom stupnice hrnca ako 0,1 Ω.

Ďalej pripojte známy odpor do série s existujúcim testovaným Cx, ktorý spôsobí rozsvietenie LED, teraz opäť upravujte VR1, až kým LED nesvieti.

V tomto okamihu označte stupnicu stupnice VR1 novou hodnotou celkového odporu. Môže byť celkom výhodné pracovať s prírastkami 0,1 Ω v rozsahu 1 Ω a s vhodne väčšími prírastkami v ďalších dvoch rozsahoch.

Interpretácia výsledkov

Nasledujúci graf demonštruje štandardné hodnoty ESR podľa záznamov výrobcov a zohľadňuje skutočnosť, že ESR vypočítané pri 10 kHz je zvyčajne 1/3 hodnoty testovanej pri 1 kHz. Hodnoty ESR s kondenzátormi štandardnej kvality 10 V možno zistiť až 4-krát vyššie ako hodnoty s typmi 63V s nízkym ESR.

Preto vždy, keď sa kondenzátor s nízkym ESR zníži na úroveň, na ktorej je ESR podobný typickému elektrolytickému kondenzátoru, jeho vnútorné podmienky na zahriatie sa zvýšia 4-krát vyššie!

V prípade, že uvidíte, že testovaná hodnota ESR je vyššia ako dvojnásobok hodnoty znázornenej na nasledujúcom obrázku, môžete predpokladať, že kondenzátor už nie je v najlepšom stave.

Hodnoty ESR pre kondenzátory s rozdielnymi hodnotami napätia od tých, ktoré sú uvedené nižšie, sa nachádzajú medzi príslušnými čiarami v grafe.

Merač ESR využívajúci IC 555

Nie je to tak typické, napriek tomu je tento jednoduchý obvod ESR mimoriadne presný a ľahko zostaviteľný. Používa veľmi bežné komponenty, ako napríklad IC 555, zdroj 5V DC a niekoľko ďalších pasívnych častí.

Obvod je zostavený pomocou CMOS IC 555, nastaveného s pracovným faktorom 50:50.
Pracovný cyklus by sa mohol zmeniť cez odpor R2 a r.
Už malá zmena v hodnote r, ktorá zodpovedá ESR príslušného kondenzátora, spôsobí významné kolísanie výstupnej frekvencie IC.

Výstupnú frekvenciu rieši vzorec:

f = 1 / 2CR1n (2 - 3k)

V tomto vzorci C predstavuje kapacitu, R je tvorené (R1 + R2 + r), r označuje ESR kondenzátora C, zatiaľ čo k je umiestnené ako faktor rovný:

k = (R2 + r) / R.

Aby sa zabezpečilo správne fungovanie obvodu, nesmie byť hodnota faktora k vyššia ako 0,333.

Ak sa zvýši nad túto hodnotu, stane sa IC 555 nekontrolovaným oscilačným režimom pri extrémne vysokej frekvencii, ktorá bude riadená výlučne oneskorením šírenia čipu.

Vo výstupnej frekvencii IC nájdete 10-násobný exponenciálny nárast, ako odpoveď na zvýšenie faktora k z 0 na 0,31.

Pretože je to ešte ďalší nárast z 0,31 na 0,33, spôsobte, že výstupná frquecny sa zvýši o ďalších 10-násobok.

Za predpokladu, že R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimálna ESR = 0 pre C, faktor k by mal klesnúť okolo 0,3188.

Predpokladajme, že teraz máme hodnotu ESR okolo 100 ohmov, čo by spôsobilo, že hodnota k vzrastie o 3% pri 0,3286. To teraz núti IC 555 oscilovať s frekvenciou, ktorá je 3-krát vyššia v porovnaní s pôvodnou frekvenciou pri r = ESR = 0.

To ukazuje, že keď sa r (ESR) zvyšuje, spôsobuje exponenciálny nárast frekvencie výstupu IC.

Ako testovať

Najskôr budete musieť kalibrovať odozvu obvodu pomocou vysoko kvalitného kondenzátora so zanedbateľným ESR a s hodnotou kapacity identickou s tou, ktorú je potrebné otestovať.

Mali by ste tiež mať niekoľko najrôznejších rezistorov s presnými hodnotami od 1 do 150 ohmov.

Teraz nakreslite graf výstupná frekvencia vs r pre kalibračné hodnoty,

Ďalej pripojte kondenzátor, ktorý je potrebné testovať na ESR, a začnite analyzovať jeho hodnotu ESR porovnaním zodpovedajúcej frekvencie IC 555 a zodpovedajúcej hodnoty v grafe.

Na zaistenie optimálneho rozlíšenia pre nižšie hodnoty ESR, napríklad pod 10 ohmov, a tiež na zbavenie sa frekvenčných rozdielov, sa odporúča pridať testovaný kondenzátor do série s odporom 10 až 100 ohmov.

Akonáhle je hodnota r získaná z grafu, stačí od nej odpočítať pevnú hodnotu rezistora r aby ste dostali hodnotu ESR.