Обикновена ESR измервателна схема

Постът обсъжда проста схема на ESR измервателния уред, която може да се използва за идентифициране на лоши кондензатори в електронна верига, без да ги отстранява практически от платката. Идеята е поискана от Manual Sofian

Технически спецификации

Имате ли схема за ESR метър. Техниците ми препоръчват да проверявам електролита първо всеки път, когато изляза с мъртва верига, но не знам как да я измервам.

Благодаря Ви предварително за отговора.

Какво е ESR

ESR, което означава съпротивление на еквивалентна серия, е пренебрежимо малка стойност на съпротивлението, която обикновено става част от всички кондензатори и индуктори и се появява последователно с действителните им единични стойности, но в електролитните кондензатори, особено поради стареенето, стойността на ESR може да продължи до ненормални нива, влияещи неблагоприятно върху цялостното качество и реакция на засегнатата верига.

Развиващият се ESR в определен кондензатор може постепенно да се увеличи от няколко милиона ома до 10 ома, което влияе сериозно на реакцията на веригата.

Обясненото по-горе ESR обаче не означава непременно, че капацитетът на кондензатора също ще бъде засегнат, всъщност стойността на капацитета може да остане непокътната и добра, но производителността на кондензатора да се влоши.

Поради този сценарий нормалният капацитетен измервател изцяло не открива лош кондензатор, засегнат с висока стойност на ESR, и техник установява, че кондензаторите са в ред по отношение на неговата стойност на капацитета, което от своя страна прави отстраняването на неизправности изключително трудно.

Когато нормалните капацитетни измервателни уреди и измервателите на ома стават напълно неефективни при измерване или откриване на необичайни ESR в дефектни кондензатори, ESR измервателният уред става изключително удобен за идентифициране на такива подвеждащи устройства.

Разлика между ESR и капацитета

По принцип, ESR стойността на кондензатора (в ома) показва колко добър е кондензаторът ..

Колкото по-ниска е стойността, толкова по-висока е работната производителност на кондензатора.

ESR тестът ни предоставя бързо предупреждение за неизправност на кондензатора и е много по-полезен в сравнение с тест за капацитет.

Всъщност няколко дефектни електролити може да покажат OKAY, когато се изследват с помощта на стандартен измервателен капацитет.

Напоследък говорихме с много хора, които не подкрепят значението на СУЕ и точно в какво възприятие той е уникален от капацитета.

Ето защо мисля, че си струва да предоставим клип от технологични новини на известно списание, чийто автор е Дъг Джоунс, президент на Independence Electronics Inc. Той се справя ефективно със загрижеността на ESR. „ESR е активното естествено съпротивление на кондензатор срещу променлив сигнал.

По-високият ESR може да доведе до постоянни във времето усложнения, затопляне на кондензатора, увеличаване на натоварването на веригата, цялостен отказ на системата и т.н.

Какви проблеми може да причини ESR?

Захранването в режим на превключване с кондензатори с висок ESR може да не успее да стартира оптимално или просто изобщо да не стартира.

Екранът на телевизора може да бъде изкривен отстрани / отгоре / отдолу поради висок ESR кондензатор. Това също може да доведе до преждевременни откази на диоди и транзистори.

Всички тези и много други проблеми обикновено се предизвикват от кондензатори с подходящ капацитет, но голям ESR, които не могат да бъдат открити като статична фигура и поради тази причина не могат да бъдат измерени чрез стандартен капацитетен измервателен уред или DC омметър.

ESR се появява само когато променлив ток е свързан към кондензатор или когато диелектричният заряд на кондензатора постоянно превключва състояния.

Това може да се разглежда като общото междуфазно съпротивление на кондензатора, комбинирано с постояннотоковото съпротивление на кондензаторните проводници, постояннотоковото съпротивление на взаимовръзката с кондензаторния диелектрик, пластинкото съпротивление на кондензатора и дифазното напрежение съпротивление при определена честота и температура.

Всички елементи, които причиняват образуването на ESR, могат да се разглеждат като резистор последователно с кондензатор. Този резистор всъщност не съществува като физическо лице, поради което незабавното измерване на „ESR резистора“ просто не е осъществимо. Ако, от друга страна, е достъпен подход, който помага да се коригират резултатите от капацитивното съпротивление и се обмисля, че всички съпротивления са във фаза, ESR може да се определи и тества, използвайки основната формула на електрониката E = I x R!

АКТУАЛИЗИРАНЕ на по-проста алтернатива

Схемата, базирана на операционния усилвател, дадена по-долу, изглежда сложна, без съмнение, затова след известно обмисляне мога да измисля тази проста идея за бързо оценяване на ESR на всеки кондензатор.

За това обаче първо ще трябва изчисли колко съпротивление притежава конкретният кондензатор в идеалния случай, като се използва следната формула:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• където Xc = реактивно съпротивление (съпротивление в ома),
• pi = 22/7
• f = честота (вземете 100 Hz за това приложение)
• C = стойност на кондензатора във Фарад

Стойността Xc ще ви даде еквивалентното съпротивление (идеална стойност) на кондензатора.

След това намерете тока чрез закона на Ом:

I = V / R, тук V ще бъде 12 x 1,41 = 16,92V, R ще бъде заменен с Xc, както е постигнато от горната формула.

След като намерите идеалния ток на кондензатора, можете да използвате следната практическа схема, за да сравните резултата с горната изчислена стойност.

За това ще ви трябват следните материали:

• 0-12V / 220V трансформатор
• 4 диода 1N4007
• 0-1 ампер FSD движеща се бобина или всеки стандартен амперметър

Горната схема ще осигури директно отчитане на това колко ток може да достави кондензаторът през нея.

Запишете тока, измерен от горната настройка, и тока, постигнат от формулата.

И накрая, използвайте отново закона на Ом, за да оцените съпротивленията от двете текущи показания (I).

R = V / I, където напрежението V ще бъде 12 x 1,41 = 16,92, „I“ ще бъде според показанията.

Бързо получаване на идеална стойност на кондензатор

В горния пример, ако не искате да преминавате през изчисленията, можете да използвате следната стойност за сравнение, за да получите идеалното съпротивление на кондензатор.

Според формулата идеалното реактивно съпротивление на кондензатор 1 uF е около 1600 Ома при 100 Hz. Можем да приемем тази стойност като критерий и да изчислим стойността на всеки желан кондензатор чрез просто обратно кръстосано умножение, както е показано по-долу.

Да предположим, че искаме да получим идеалната стойност на 10uF кондензатор, просто това би било:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ома

Сега можем да сравним този резултат с резултата, получен чрез решаване на тока на амперметъра в закона на Омс. Разликата ще ни каже по отношение на ефективния ESR на кондензатора.

ЗАБЕЛЕЖКА: Напрежението и честотата, използвани във формулата и практическия метод, трябва да бъдат идентични.

Използване на Op усилвател за направата на прост ESR измервател

ESR измервател може да се използва за определяне на изправността на съмнителен кондензатор при отстраняване на неизправности в стара електронна схема или блок.

Освен това хубавото на тези измервателни уреди е, че той може да се използва за измерване на ESR на кондензатор, без да е необходимо премахване или изолиране на кондензатора от платката, което прави нещата доста лесни за потребителя.

Следващата фигура показва проста схема на ESR измервателния уред, която може да бъде изградена и използвана за предложените измервания.

Електрическа схема

Как работи

Веригата може да се разбира по следния начин:

TR1 заедно с прикрепения NPN транзистор образуват обикновен блокиращ осцилатор с обратна връзка, който се колебае при някаква много висока честота.

Трептенията индуцират пропорционална величина на напрежението през 5-те завъртания на трансформатора и това индуцирано високочестотно напрежение се прилага през въпросния кондензатор.

Opamp може да се види и прикрепен към горното високочестотно захранване с ниско напрежение и е конфигуриран като усилвател на ток.

Без ESR или в случай на нов добър кондензатор, измервателният уред е настроен да показва деформация в пълна скала, показваща минимален ESR през кондензатора, който пропорционално намалява към нула за различни кондензатори с различно количество ESR нива.

По-ниската ESR води до развитие на относително по-висок ток през инвертиращия сензорен вход на операционния усилвател, който съответно се показва в измервателния уред с по-висока степен на отклонение и обратно.

Горният транзистор BC547 е въведен като обща степен на регулатора на напрежението на колектора, за да се управлява осцилаторната степен с по-ниска 1,5 V, така че другото електронно устройство в платката около тествания кондензатор да се поддържа под нулево напрежение от изпитвателната честота ESR метър.

Процесът на калибриране на измервателния уред е лесен. Поддържането на късо съединение на тестовите проводници заедно с предварително зададената 100k близо до uA измервателния уред се регулира, докато се постигне пълно отклонение на скалата на циферблата на измервателния уред.

След това в измервателния уред могат да бъдат проверени различни кондензатори с високи стойности на ESR със съответно по-ниски степени на деформация, както е обяснено в предишния раздел на тази статия.

Трансформаторът е изграден върху всеки феритен пръстен, като се използва всеки тънък магнитен проводник с показания брой завъртания.

Още един прост ESR тестер с един светодиод

Веригата осигурява отрицателно съпротивление за прекратяване на ESR на кондензатора, който е в процес на изпитване, създавайки непрекъснат сериен резонанс през фиксиран индуктор. Фигурата по-долу показва електрическата схема на измервателния уред. Отрицателното съпротивление се генерира от IC 1b: Cx показва тествания кондензатор и L1 е позициониран като фиксиран индуктор.

Основна работа

Пот VR1 улеснява отрицателното съпротивление, което трябва да бъде променено. За да тествате, просто продължете да въртите VR1, докато трептенето просто спре. След като това бъде направено, стойността на ESR може да се провери от скала, прикрепена зад циферблата VR1.

Описание на веригата

При липса на отрицателно съпротивление L1 и Cx работят като последователна резонансна верига, която се потиска от съпротивлението на L1 и ESR на Cx. Тази ESR верига ще започне да се колебае веднага щом се задейства през спусъка на напрежението. IC1 функционира като генератор за генериране на изходен сигнал с квадратна вълна с някаква ниска честота в Hz. Този конкретен изход се диференцира, за да се създадат скокове на напрежението (импулси), които задействат прикрепената резонансна верига.

Веднага след като ESR на кондензатора, заедно със съпротивлението на R1, са склонни да бъдат прекратени с отрицателното съпротивление, звънещото трептене се превръща в постоянно трептене. Това впоследствие включва светодиода D1. Веднага след като трептенето е спряно поради спада на отрицателното съпротивление, светодиодът се изключва.

Откриване на къс кондензатор

В случай, че при Cx се открие късо съединение, светодиодът светва с повишена яркост. По време на периода, в който резонансната верига се колебае, светодиодът се включва само през половин цикъла с положителни ръбове на формата на вълната: което го кара да свети само с 50% от общата си яркост. IC 1 d доставя напрежение с половин захранване, което се използва като еталон за IC1b.

S1 може да се използва за регулиране на усилването на ICIb, което от своя страна променя отрицателното съпротивление, за да даде възможност за широки обхвати на измерване на ESR, между 0-1, 0-10 и 0-100 Ω.

Списък с части

L1 Строителство

Индукторът L1 е направен чрез навиване директно около вътрешните 4 стълба на заграждението, които могат да се използват за завинтване на ъглите на печатната платка.

Броят на завъртанията може да бъде 42, като се използват 30 SWG супер емайлирани медни проводници. Създайте L1, докато имате 3.2 Ohm съпротивление през краищата на намотката или около 90uH стойност на индуктивността.

Дебелината на проводника не е от решаващо значение, но стойностите на съпротивлението и индуктивността трябва да бъдат както е посочено по-горе.

Резултати от тестовете

С подробностите за навиването, както е описано по-горе, кондензатор 1,000uF, тестван в слотовете Cx, трябва да генерира честота от 70 Hz. 1 pF кондензатор може да доведе до увеличаване на тази честота до около 10 kHz.

Докато разглеждах веригата, закачих кристална слушалка през кондензатор 100 nF при R19, за да тествам честотните нива. Щракването на квадратна честота на вълната се чуваше добре, докато VR1 беше регулиран далеч от местоположението, което доведе до спиране на трептенията. Тъй като VR1 се настройваше към критичната си точка, можех да започна да чувам чистия звук на честотата на синусоида с ниско напрежение.

Как да калибрирам

Вземете висококачествен кондензатор 1,000µF с напрежение минимум 25 V и го поставете в точките Cx. Постепенно променяйте VR1, докато не откриете, че светодиодът е напълно изключен. Маркирайте тази конкретна точка зад циферблата на скалата на пота като 0,1 Ω.

След това прикрепете известен резистор последователно със съществуващия тестван Cx, което ще доведе до светване на светодиода, сега отново регулирайте VR1, докато светодиодът просто не бъде изключен.

В този момент маркирайте скалата за набиране VR1 със свежата стойност на общото съпротивление. Може да е доста за предпочитане да се работи със стъпки от 0,1Ω в диапазона 1Ω и подходящо по-големи стъпки в другите два диапазона.

Тълкуване на резултатите

Графиката по-долу показва стандартни стойности на ESR, според записите на производителите и вземайки предвид факта, че ESR, изчислена при 10 kHz, обикновено е 1/3 от тази, тествана при 1 kHz. Стойностите на ESR с кондензатори със стандартно качество 10V могат да бъдат 4 пъти по-високи от тези с типове с ниско ESR 63V.

Следователно, всеки път, когато кондензатор с нисък ESR се разгради до ниво, при което неговият ESR е подобен на този на типичен електролитен кондензатор, неговите вътрешни условия за загряване ще се увеличат 4 пъти по-високи!

В случай че видите, че тестваната стойност на ESR е по-голяма от 2 пъти стойността, показана на следващата фигура, може да приемете, че кондензаторът вече не е в най-доброто си състояние.

Стойностите на ESR за кондензатори с номинални стойности на напрежение, различни от посочените по-долу, ще бъдат между приложимите редове на графиката.

ESR измервател с помощта на IC 555

Не толкова типично, но тази проста ESR схема е изключително точна и лесна за изграждане. Той използва съвсем обикновени компоненти като IC 555, 5V DC източник, няколко други пасивни части.

Веригата е изградена с помощта на CMOS IC 555, зададена с коефициент на запълване 50:50.
Работният цикъл може да бъде променен чрез резистора R2 и r.
Дори малка промяна в стойността на r, която съответства на ESR на въпросния кондензатор, причинява значителни промени в изходната честота на IC.

Изходната честота се решава по формулата:

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

В тази формула C представлява капацитета, R се формира от (R1 + R2 + r), r означава ESR на кондензатор C, докато k е позициониран като фактор, равен на:

k = (R2 + r)/R.

За да се гарантира, че веригата работи правилно, стойността на фактора k не трябва да бъде над 0,333.

Ако се увеличи над тази стойност, IC 555 ще се превърне в неконтролиран режим на трептене при изключително висока честота, която ще се контролира единствено от забавянето на разпространението на чипа.

Ще намерите експоненциално вграждане в изходната честота на IC с 10X, в отговор на увеличаване на фактора k от 0 до 0,31.

Тъй като се увеличава още повече от 0,31 на 0,33, накарайте изходната frquecny да се увеличи с още 10X величина.

Ако приемем, че R1 = 4k7, R2 = 2k2, минимален ESR = 0 за C, k коефициентът трябва да отпадне около 0,3188.

Сега, да предположим, че имаме стойност на ESR около 100 ома, би довело до увеличаване на стойността на k с 3% при 0,3286. Това сега принуждава IC 555 да трепти с честота, която е 3 пъти по-голяма в сравнение с първоначалната честота при r = ESR = 0.

Това показва, че с увеличаването на r (ESR) се предизвиква експоненциално нарастване на честотата на изхода на IC.

Как да тествате

Първо ще трябва да калибрирате реакцията на веригата, като използвате висококачествен кондензатор с незначително ESR и имащ стойност на капацитета, идентична с тази, която трябва да бъде тествана.

Също така трябва да имате шепа различни резистори с точни стойности, вариращи от 1 до 150 ома.

Сега начертайте графика на изходна честота срещу r за калибриращите стойности,

След това свържете кондензатора, който трябва да бъде тестван за ESR, и започнете да анализирате неговата ESR стойност, като сравните съответната честота IC 555 и съответната стойност в начертаната графика.

За да се осигури оптимална разделителна способност за по-ниски стойности на ESR, например под 10 ома, както и за да се отървете от честотните различия, препоръчително е да добавите резистор между 10 ома и 100 ома последователно с тествания кондензатор.

След като r стойността се получи от графиката, просто трябва да извадите фиксираната стойност на резистора от това r за да получите стойността на ESR.