Jednoduchý obvod měřiče ESR

Příspěvek pojednává o jednoduchém obvodu měřiče ESR, který lze použít k identifikaci špatných kondenzátorů v elektronickém obvodu, aniž byste je prakticky odstranili z desky plošných spojů. Nápad požadoval Manual Sofian

Technické specifikace

Máte schéma o měřiči ESR. Technici mi doporučují nejprve zkontrolovat elektrolytický roztok pokaždé, když přijdu s mrtvým okruhem, ale nevím, jak to měřit.

Za vaši odpověď předem děkuji.

Co je ESR

ESR, což je zkratka pro ekvivalentní sériový odpor, je zanedbatelně malá hodnota odporu, která se normálně stává součástí všech kondenzátorů a induktorů a objevuje se v sérii s jejich skutečnými jednotkovými hodnotami, zejména u elektrolytických kondenzátorů by však hodnota ESR mohla stoupat na abnormální úrovně nepříznivě ovlivňující celkovou kvalitu a odezvu zapojeného obvodu.

Vyvíjející se ESR v konkrétním kondenzátoru se může postupně zvyšovat od několika miliohmů až po 10 ohmů, což výrazně ovlivňuje odezvu obvodu.

Výše vysvětlené ESR však nemusí nutně znamenat, že by to také ovlivnilo kapacitu kondenzátoru, ve skutečnosti by hodnota kapacity mohla zůstat neporušená a dobrá, přesto by se výkon kondenzátoru zhoršoval.

Je to kvůli tomuto scénáři, že běžný kapacitní měřič zcela nedokáže detekovat špatný kondenzátor ovlivněný vysokou hodnotou ESR a technik zjistí, že kondenzátory jsou v pořádku, pokud jde o jeho kapacitní hodnotu, což zase extrémně ztěžuje řešení problémů.

Tam, kde se běžné kapacitní měřiče a ohmové měřiče stávají zcela neúčinnými při měření nebo detekci abnormálních ESR vadných kondenzátorů, je pro identifikaci takových zavádějících zařízení mimořádně užitečný měřič ESR.

Rozdíl mezi ESR a kapacitou

V podstatě řečeno, hodnota ESR kondenzátoru (v ohmech) naznačuje, jak dobrý je kondenzátor.

Čím nižší je hodnota, tím vyšší je pracovní výkon kondenzátoru.

Test ESR nám poskytuje rychlé varování před selháním kondenzátoru a je mnohem užitečnější ve srovnání s testem kapacity.

Ve skutečnosti může několik vadných elektrolytů vykazovat OKAY při zkoumání pomocí standardního kapacitního měřiče.

V poslední době jsme mluvili s mnoha jednotlivci, kteří nepodporují význam ESR a přesně v tom, jak je vnímán z kapacitního hlediska.

Proto si myslím, že stojí za to poskytnout klip z technologické novinky v renomovaném časopise, jehož autorem je Doug Jones, prezident Independence Electronics Inc. Efektivně řeší obavy ESR. „ESR je aktivní přirozený odpor kondenzátoru proti střídavému signálu.

Vyšší ESR může vést k časově konstantním komplikacím, zahřátí kondenzátoru, zvýšení zatížení obvodu, celkové poruše systému atd.

Jaké problémy může způsobit ESR?

Spínaný napájecí zdroj s vysokými kondenzátory ESR se nemusí optimálně spustit nebo se nemusí spustit vůbec.

Televizní obrazovka mohla být nakloněna ze stran / shora / zdola kvůli vysokému kondenzátoru ESR. Může také vést k předčasným poruchám diod a tranzistorů.

Všechny tyto a mnoho dalších problémů jsou obvykle indukovány kondenzátory se správnou kapacitou, ale s velkým ESR, které nelze detekovat jako statický údaj, a proto je nelze měřit pomocí standardního kapacitního měřiče nebo stejnosměrného ohmmetru.

ESR se objeví, pouze když je ke kondenzátoru připojen střídavý proud nebo když dielektrický náboj kondenzátoru neustále přepíná stavy.

Lze to považovat za celkový střídavý odpor kondenzátoru ve fázi ve spojení s stejnosměrným odporem vodičů kondenzátoru, stejnosměrným odporem propojení s dielektrikem kondenzátoru, deskovým odporem kondenzátoru a fázovým střídavým proudem dielektrického materiálu. odpor při konkrétní frekvenci a teplotě.

Všechny prvky, které způsobují tvorbu ESR, lze považovat za rezistor v sérii s kondenzátorem. Tento rezistor ve skutečnosti neexistuje jako fyzická entita, a proto okamžité měření přes „rezistor ESR“ prostě není možné. Pokud je naopak přístup, který pomáhá korigovat výsledky kapacitní reaktance, přístupný a uvažující o tom, že všechny odpory jsou ve fázi, lze ESR určit a otestovat pomocí základního elektronového vzorce E = I x R!

AKTUALIZACE jednodušší alternativy

Níže uvedený obvod založený na operačním zesilovači vypadá bezpochyby složitě, proto jsem po nějakém přemýšlení mohl přijít s tímto jednoduchým nápadem pro rychlé posouzení ESR jakéhokoli kondenzátoru.

K tomu však budete muset nejprve vypočítat kolik odporu má ideální kondenzátor v ideálním případě pomocí následujícího vzorce:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kde Xc = reaktance (odpor v ohmech),
• pi = 22/7
• f = frekvence (pro tuto aplikaci použijte 100 Hz)
• C = hodnota kondenzátoru ve Faradech

Hodnota Xc vám poskytne ekvivalentní odpor (ideální hodnotu) kondenzátoru.

Dále najděte proud pomocí Ohmova zákona:

I = V / R, zde V bude 12 x 1,41 = 16,92 V, R bude nahrazeno Xc, jak je dosaženo z výše uvedeného vzorce.

Jakmile najdete ideální proudovou kapacitu kondenzátoru, můžete pomocí následujícího praktického obvodu porovnat výsledek s výše vypočítanou hodnotou.

K tomu budete potřebovat následující materiály:

• 0-12V / 220V transformátor
• 4 diody 1N4007
• 0-1 ampérový měřič FSD s pohyblivou cívkou nebo jakýkoli standardní ampérmetr

Výše uvedený obvod poskytne přímé čtení o tom, kolik proudu je kondenzátor schopen přes něj dodávat.

Poznamenejte si proud měřený z výše uvedeného nastavení a proud dosažený ze vzorce.

Nakonec znovu použijte Ohmův zákon k vyhodnocení odporů ze dvou aktuálních (I) odečtů.

R = V / I, kde napětí V bude 12 x 1,41 = 16,92, „I“ bude podle údajů.

Rychlé získání ideální hodnoty kondenzátoru

Ve výše uvedeném příkladu, pokud nechcete projít výpočty, můžete použít následující referenční hodnotu pro získání ideální reaktance kondenzátoru pro srovnání.

Podle vzorce je ideální reaktance kondenzátoru 1 uF kolem 1600 Ohmů při 100 Hz. Tuto hodnotu můžeme vzít jako měřítko a vyhodnotit hodnotu libovolného požadovaného kondenzátoru pomocí jednoduchého inverzního křížového násobení, jak je znázorněno níže.

Předpokládejme, že chceme získat ideální hodnotu kondenzátoru 10uF, jednoduše by to bylo:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohmů

Nyní můžeme tento výsledek porovnat s výsledkem získaným řešením proudu ampérmetru v Ohmově zákoně. Rozdíl nám řekne o účinném ESR kondenzátoru.

POZNÁMKA: Napětí a frekvence použité ve vzorci a praktické metodě musí být stejné.

Použití operačního zesilovače pro výrobu jednoduchého měřiče ESR

Měřič ESR lze použít ke stanovení zdraví pochybného kondenzátoru při odstraňování problémů se starým elektronickým obvodem nebo jednotkou.

Dobrou věcí na těchto měřicích přístrojích je navíc to, že je lze použít k měření ESR kondenzátoru, aniž by bylo nutné vyjímat nebo izolovat kondenzátor od desky plošných spojů, což uživateli usnadňuje práci.

Následující obrázek ukazuje jednoduchý obvod měřiče ESR, který lze sestavit a použít pro navrhovaná měření.

Kruhový diagram

Jak to funguje

Obvod lze chápat následujícím způsobem:

TR1 spolu s připojeným tranzistorem NPN tvoří jednoduchý blokovací oscilátor spouštěný zpětnou vazbou, který osciluje na velmi vysoké frekvenci.

Oscilace indukují úměrnou velikost napětí na sekundárních 5 závitech transformátoru a toto indukované vysokofrekvenční napětí se aplikuje na příslušný kondenzátor.

Operační zesilovač lze také vidět připojený k výše uvedenému nízkonapěťovému vysokofrekvenčnímu napájení a je konfigurován jako proudový zesilovač.

Bez ESR nebo v případě nového dobrého kondenzátoru je měřič nastaven tak, aby indikoval vychýlení celé stupnice indikující minimální ESR přes kondenzátor, který pro různé kondenzátory, které mají různé úrovně ESR, proporcionálně klesá k nule.

Nižší ESR způsobí vývoj relativně vyššího proudu napříč invertujícím snímacím vstupem operační zesilovače, který je odpovídajícím způsobem zobrazen v měřiči s vyšším stupněm vychýlení a naopak.

Horní tranzistor BC547 je zaveden jako společný stupeň regulátoru napětí kolektoru, aby bylo možné provozovat stupeň oscilátoru se spodním 1,5 V tak, aby ostatní elektronické zařízení v desce s obvodem kolem zkoušeného kondenzátoru bylo udržováno pod nulovým napětím z testovací frekvence od měřič ESR.

Proces kalibrace měřiče je snadný. Udržováním zkratovaných zkušebních vodičů se 100k předvolba poblíž měřicího přístroje uA upravuje, dokud se na číselníku měřicího přístroje nedosáhne úplné výchylky stupnice.

Poté bylo možné v měřiči ověřit různé kondenzátory s vysokými hodnotami ESR s odpovídajícími nižšími stupni vychýlení, jak je vysvětleno v předchozí části tohoto článku.

Transformátor je postaven na jakémkoli feritovém prstenci pomocí jakéhokoli tenkého magnetického drátu se zobrazeným počtem závitů.

Další jednoduchý tester ESR s jednou LED

Obvod poskytuje záporný odpor k ukončení ESR kondenzátoru, který je testován, čímž vytváří kontinuální sériovou rezonanci přes pevný induktor. Na následujícím obrázku je schéma zapojení měřiče esr. Záporný odpor je generován IC 1b: Cx indikuje testovaný kondenzátor a L1 je umístěn jako pevný induktor.

Základní práce

Pot VR1 usnadňuje vylepšení negativního odporu. Chcete-li otestovat, jednoduše otáčejte VR1, dokud se oscilace nezastaví. Jakmile je to provedeno, hodnotu ESR lze zkontrolovat na stupnici připojené za číselníkem VR1.

Popis obvodu

Při absenci záporného odporu fungují L1 a Cx jako sériový rezonanční obvod, který je potlačen odporem L1 a ESR Cx. Tento obvod ESR začne kmitat, jakmile je napájen napěťovým spouštěčem. IC1 a funguje jako oscilátor pro generování výstupu obdélníkového signálu s nízkou frekvencí v Hz. Tento konkrétní výstup je diferencován, aby vytvořil napěťové špičky (impulsy), které spouštějí připojený rezonanční obvod.

Jakmile má ESR kondenzátoru spolu s odporem R1 tendenci být ukončeny záporným odporem, vyzváněcí oscilace se změní na konstantní oscilaci. Tím se následně rozsvítí LED D1. Jakmile je oscilace zastavena kvůli poklesu záporného odporu, způsobí zhasnutí LED.

Detekce zkratovaného kondenzátoru

V případě, že je na Cx detekován zkratovaný kondenzátor, LED se rozsvítí se zvýšeným jasem. Během doby, kdy rezonanční obvod kmitá, se LED rozsvítí pouze prostřednictvím pozitivních hranových polovičních cyklů průběhu: což způsobí, že se rozsvítí pouze na 50% jeho celkového jasu. IC 1 d dodává poloviční napájecí napětí, které se používá jako reference pro IC1b.

S1 lze použít pro nastavení zisku ICIb, což zase změní záporný odpor pro umožnění širokých rozsahů měření ESR, mezi 0-1, 0-10 a 0-100 Ω.

Seznam dílů

Konstrukce L1

Induktor L1 je vyroben navinutím přímo kolem vnitřních 4 sloupků pouzdra, které lze použít k zašroubování rohů desek plošných spojů.

Počet závitů může být 42, za použití 30 SWG super smaltovaného měděného drátu. Vytvořte L1, dokud nebudete mít na koncích vinutí odpor 3,2 Ohm nebo hodnotu indukčnosti kolem 90uH.

Tloušťka drátu není rozhodující, ale hodnoty odporu a indukčnosti musí být uvedeny výše.

Výsledky testů

S výše popsanými podrobnostmi vinutí by měl kondenzátor 1 000uF testovaný v Cx slotech generovat frekvenci 70 Hz. Kondenzátor 1 pF může způsobit zvýšení této frekvence na přibližně 10 kHz.

Při zkoumání obvodu jsem připojil křišťálové sluchátko přes kondenzátor 100 nF na R19, abych otestoval úrovně frekvence. Klepání na frekvenci čtvercových vln bylo pěkně slyšet, zatímco VR1 byl upraven daleko od místa, které způsobilo zastavení oscilací. Když se VR1 nastavoval ke svému kritickému bodu, mohl jsem začít slyšet čistý zvuk nízko napěťové sinusové frekvence.

Jak kalibrovat

Vezměte vysoce kvalitní kondenzátor 1 000µF s jmenovitým napětím minimálně 25 V a vložte jej do bodů Cx. Postupně měňte VR1, dokud nezjistíte, že LED úplně zhasla. Označte tento konkrétní bod za číselníkem stupnice hrnce jako 0,1 Ω.

Dále připojte známý rezistor v sérii s existujícím testovaným Cx, který způsobí rozsvícení LED, nyní znovu upravte VR1, dokud LED nesvítí.

V tomto okamžiku označte stupnici stupnice VR1 novou hodnotou celkového odporu. Může být docela výhodné pracovat s přírůstky 0,1 Ω v rozsahu 1 Ω a vhodně většími přírůstky v ostatních dvou rozsazích.

Interpretace výsledků

Níže uvedený graf ukazuje standardní hodnoty ESR podle záznamů výrobců a s přihlédnutím ke skutečnosti, že ESR vypočítané při 10 kHz je obecně 1/3 hodnoty testované při 1 kHz. Hodnoty ESR u kondenzátorů standardní kvality 10 V lze zjistit 4krát vyšší než u typů s nízkým ESR 63 V.

Proto kdykoli se kondenzátor s nízkým ESR degraduje na úroveň, kde je jeho ESR podobný jako u typického elektrolytického kondenzátoru, jeho vnitřní podmínky pro zahřátí se zvýší čtyřikrát!

V případě, že uvidíte, že testovaná hodnota ESR je větší než dvojnásobek hodnoty zobrazené na následujícím obrázku, můžete předpokládat, že kondenzátor již nebude v nejlepším stavu.

Hodnoty ESR pro kondenzátory, které mají rozdílné jmenovité napětí od těch, které jsou uvedeny níže, budou mezi příslušnými řádky v grafu.

Měřič ESR pomocí IC 555

Není to tak typické, přesto je tento jednoduchý obvod ESR extrémně přesný a snadno sestavitelný. Využívá velmi běžné součásti, jako je IC 555, zdroj 5V DC, několik dalších pasivních částí.

Obvod je postaven pomocí CMOS IC 555, nastaveného s činitelem 50:50.
Pracovní cyklus lze změnit pomocí odporu R2 a r.
I malá změna hodnoty r, která odpovídá ESR dotyčného kondenzátoru, způsobí významné kolísání výstupní frekvence IC.

Výstupní frekvence je řešena vzorcem:

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

V tomto vzorci C představuje kapacitu, R je tvořeno (R1 + R2 + r), r označuje ESR kondenzátoru C, zatímco k je umístěno jako faktor rovný:

k = (R2 + r) / R.

Aby byla zajištěna správná funkce obvodu, nesmí být hodnota faktoru k vyšší než 0,333.

Pokud se zvýší nad tuto hodnotu, stane se IC 555 nekontrolovaným oscilačním režimem při extrémně vysoké frekvenci, která bude řízena pouze zpožděním šíření čipu.

Exponenciální nárůst ve výstupní frekvenci IC najdete 10x, v reakci na zvýšení faktoru k z 0 na 0,31.

Jelikož se to ještě zvyšuje z 0,31 na 0,33, způsobí to, že se výstupní frquecny zvýší o další 10násobek.

Za předpokladu, že R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimální ESR = 0 pro C, by faktor k měl klesnout kolem 0,3188.

Předpokládejme, že máme hodnotu ESR kolem 100 ohmů, což by způsobilo zvýšení hodnoty k o 3% na 0,3286. To nyní nutí IC 555 oscilovat s frekvencí, která je třikrát větší ve srovnání s původní frekvencí při r = ESR = 0.

To ukazuje, že se zvyšujícím se r (ESR) dochází k exponenciálnímu nárůstu frekvence výstupu IC.

Jak testovat

Nejprve budete muset kalibrovat odezvu obvodu pomocí vysoce kvalitního kondenzátoru se zanedbatelným ESR a s hodnotou kapacity identickou s tou, kterou je třeba otestovat.

Měli byste také mít hrst nejrůznějších odporů s přesnými hodnotami v rozmezí od 1 do 150 ohmů.

Nyní nakreslete graf výstupní frekvence vs. r pro kalibrační hodnoty,

Dále připojte kondenzátor, který je třeba testovat na ESR, a začněte analyzovat jeho hodnotu ESR porovnáním odpovídající frekvence IC 555 a odpovídající hodnoty v grafu.

Pro zajištění optimálního rozlišení pro nižší hodnoty ESR, například pod 10 ohmů, a také pro odstranění frekvenčních rozdílů, se doporučuje přidat odpor mezi 10 ohmů a 100 ohmů v sérii s testovaným kondenzátorem.

Jakmile je hodnota r získána z grafu, stačí z ní odečíst pevnou hodnotu rezistoru r pro získání hodnoty ESR.