Yksinkertainen ESR-mittaripiiri

Viestissä käsitellään yksinkertaista ESR-mittaripiiriä, jota voidaan käyttää huonojen kondensaattorien tunnistamiseen elektronisessa piirissä poistamatta niitä käytännössä piirilevystä. Idean pyysi Manual Sofian

Tekniset tiedot

Onko sinulla kaaviota ESR-mittarista. Teknikot suosittelevat minua tarkistamaan elektrolyysi ensin joka kerta, kun keksin kuolleen piirin, mutta en tiedä miten mitata sitä.

Kiitos etukäteen vastauksestasi.

Mikä on ESR

ESR, joka tarkoittaa vastaavaa sarjan resistanssia, on mitättömän pieni vastusarvo, josta tulee normaalisti osa kaikkia kondensaattoreita ja induktoreita ja joka ilmestyy sarjana niiden todellisten yksikköarvojen kanssa, mutta erityisesti elektrolyyttikondensaattoreissa ESR-arvo voi ikääntymisen vuoksi kasvaa epänormaalille tasolle, joka vaikuttaa haitallisesti kyseisen piirin yleiseen laatuun ja vasteeseen.

Kehittyvä ESR tietyssä kondensaattorissa voi vähitellen nousta muutamasta milliohmista jopa 10 ohmiin, mikä vaikuttaa piirin vasteeseen vakavasti.

Edellä selitetty ESR ei kuitenkaan välttämättä tarkoita sitä, että myös kondensaattorin kapasitanssi vaikuttaisi, itse asiassa kapasitanssiarvo voisi pysyä ehjänä ja hyvänä, mutta kondensaattorin suorituskyky heikkenisi.

Tämä johtuu tästä skenaariosta, normaali kapasitanssimittari ei täysin havaitse huonoa kondensaattoria, jolla on suuri ESR-arvo, ja teknikko löytää kondensaattorit olevan kunnossa kapasitanssiarvonsa suhteen, mikä puolestaan ​​tekee vianetsinnästä erittäin vaikeaa.

Kun normaaleista kapasitanssimittareista ja ohmimittareista tulee täysin tehottomia epänormaalin ESR: n mittaamisessa tai havaitsemisessa viallisissa kondensaattoreissa, ESR-mittarista tulee erittäin kätevä tällaisten harhaanjohtavien laitteiden tunnistamiseksi.

Ero ESR: n ja kapasitanssin välillä

Pohjimmiltaan kondensaattorin ESR-arvo (ohmina) osoittaa kuinka hyvä kondensaattori on ..

Mitä pienempi arvo, sitä korkeampi kondensaattorin työskentelyteho.

ESR-testi antaa meille nopean varoituksen kondensaattorin toimintahäiriöistä, ja siitä on paljon enemmän hyötyä verrattuna kapasitanssitestiin.

Itse asiassa useilla viallisilla elektrolyytteillä saattaa olla OKAY, kun niitä tutkitaan tavallisella kapasitanssimittarilla.

Viime aikoina olemme puhuneet monille ihmisille, jotka eivät tue ESR: n merkitystä ja missä mielessä se on ainutlaatuinen kapasitanssista.

Siksi mielestäni on syytä tarjota katsaus tekniikan uutisista maineikkaaseen aikakauslehtiin, jonka on kirjoittanut Independence Electronics Inc: n presidentti Doug Jones. 'ESR on kondensaattorin aktiivinen luonnollinen vastus AC-signaalia vastaan.

Suurempi ESR voi johtaa aikavakioihin komplikaatioihin, kondensaattorin lämpenemiseen, piirin kuormituksen lisääntymiseen, järjestelmän yleiseen vikaantumiseen jne.

Mitä ongelmia ESR voi aiheuttaa?

Kytkentätilan virtalähde suurilla ESR-kondensaattoreilla ei välttämättä käynnisty optimaalisesti tai yksinkertaisesti ei käynnisty lainkaan.

TV-näyttö voi olla vinossa sivuilta / ylhäältä / alhaalta korkean ESR-kondensaattorin vuoksi. Se voi myös johtaa ennenaikaiseen diodi- ja transistori-vikaan.

Kaikki nämä ja monet muut ongelmat aiheuttavat yleensä kondensaattorit, joilla on asianmukainen kapasitanssi, mutta suuri ESR, joita ei voida havaita staattisina lukuina ja joita ei siksi voida mitata vakiokapasitanssimittarilla tai DC-ohmimittarilla.

ESR näkyy vain, kun vaihtovirta on kytketty kondensaattoriin tai kun kondensaattorin dielektrinen varaus vaihtaa jatkuvasti tiloja.

Tätä voidaan pitää kondensaattorin kokonaisvaihe-AC-vastuksena yhdistettynä kondensaattorijohtimien DC-vastukseen, kondensaattorin dielektrisen liitännän DC-vastukseen, kondensaattorin levyvastukseen ja dielektrisen materiaalin vaiheen AC-vastukseen vastus tietyllä taajuudella ja lämpötilassa.

Kaikkia elementtejä, jotka aiheuttavat ESR: n muodostumisen, voidaan pitää sarjavastuksena kondensaattorin kanssa. Tätä vastusta ei todellakaan ole fyysisenä kokonaisuutena, joten välitön mittaus 'ESR-vastuksen' yli ei ole vain mahdollista. Jos toisaalta lähestymistapa, joka auttaa korjaamaan kapasitiivisen reaktanssin tuloksia, on käytettävissä, ja kun otetaan huomioon, että kaikki resistanssit ovat vaiheessa, ESR voitaisiin määrittää ja testata käyttäen perustekniikan kaavaa E = I x R!

Yksinkertaisemman vaihtoehdon päivittäminen

Alla annettu op-amp-pohjainen piiri näyttää epäilemättä monimutkaiselta, joten jonkin verran ajatellessani voisin keksiä tämän yksinkertaisen idean minkä tahansa kondensaattorin ESR: n arvioimiseksi nopeasti.

Tätä varten sinun on kuitenkin ensin laskea kuinka suuri vastus tietyllä kondensaattorilla on ihanteellisesti, käyttämällä seuraavaa kaavaa:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• missä Xc = reaktanssi (vastus ohmoina),
• pi = 22/7
• f = taajuus (ota 100 Hz tälle sovellukselle)
• C = kondensaattorin arvo Faradissa

Xc-arvo antaa sinulle vastaavan kondensaattorin vastuksen (ihanteellisen arvon).

Seuraavaksi etsi virta Ohmin lain kautta:

I = V / R, tässä V on 12 x 1,41 = 16,92 V, R korvataan Xc: llä edellä olevan kaavan mukaisesti.

Kun löydät ihanteellisen kondensaattorin nimellisarvon, voit sitten käyttää seuraavaa käytännön piiriä tuloksen vertaamiseksi yllä laskettuun arvoon.

Tätä varten tarvitset seuraavat materiaalit:

• 0-12 V / 220 V muuntaja
• 4 diodia 1N4007
• 0-1 ampeerin FSD-liikkuva kelamittari tai mikä tahansa vakiomittari

Yllä oleva piiri tarjoaa suoran lukeman siitä, kuinka paljon virtaa kondensaattori pystyy toimittamaan sen läpi.

Merkitse muistiin yllä olevasta asetuksesta mitattu virta ja kaavalla saavutettu virta.

Käytä lopuksi uudelleen Ohmin lakia arvioidaksesi kahden nykyisen (I) lukeman vastukset.

R = V / I, jossa jännite V on 12 x 1,41 = 16,92, 'I' on lukemien mukainen.

Kondensaattorin ihanteellisen arvon saaminen nopeasti

Yllä olevassa esimerkissä, jos et halua käydä läpi laskutoimituksia, voit käyttää vertailuun seuraavaa vertailuarvoa kondensaattorin ihanteellisen reaktanssin saamiseksi.

Kaavan mukaan 1 uF-kondensaattorin ihanteellinen reaktanssi on noin 1600 ohmia 100 Hz: ssä. Voimme ottaa tämän arvon mittapuuksi ja arvioida minkä tahansa halutun kondensaattorin arvon yksinkertaisen käänteisen ristikertolaskun avulla, kuten alla on esitetty.

Oletetaan, että haluamme saada 10uF-kondensaattorin ihanteellisen arvon, yksinkertaisesti se olisi:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohmia

Nyt voimme verrata tätä tulosta tulokseen, joka saadaan ratkaisemalla ampeerimittarin virta Ohmin laissa. Ero kertoo meille kondensaattorin tehokkaasta ESR: stä.

HUOMAUTUS: Kaavassa ja käytännön menetelmässä käytetyn jännitteen ja taajuuden on oltava samat.

Op-vahvistimen käyttäminen yksinkertaisen ESR-mittarin valmistamiseen

ESR-mittaria voidaan käyttää epäilyttävän kondensaattorin terveyden määrittämiseen vanhan elektronisen piirin tai yksikön vianmäärityksessä.

Lisäksi näiden mittauslaitteiden hyvä asia on se, että niitä voidaan käyttää kondensaattorin ESR: n mittaamiseen tarvitsematta poistaa tai eristää kondensaattoria piirilevystä, mikä tekee asioista käyttäjän kannalta melko helppoa.

Seuraava kuva esittää yksinkertaisen ESR-mittaripiirin, joka voidaan rakentaa ja käyttää ehdotettuihin mittauksiin.

Piirikaavio

Kuinka se toimii

Piiri voidaan ymmärtää seuraavalla tavalla:

TR1 yhdessä liitetyn NPN-transistorin kanssa muodostaa yksinkertaisen takaisinkytkennän laukaisevan estooskillaattorin, joka värähtelee erittäin korkealla taajuudella.

Värähtelyt aiheuttavat suhteellisen jännitteen suuruuden muuntajan 5 kierrosta toissijaisen yli, ja tätä indusoitua suurtaajuusjännitettä käytetään kyseisen kondensaattorin poikki.

Opamp voidaan nähdä myös kiinnitettynä yllä olevaan matalajännitteiseen suurtaajuussyöttöön ja se on konfiguroitu virtavahvistimeksi.

Ilman ESR: ää tai jos kyseessä on uusi hyvä kondensaattori, mittari asetetaan osoittamaan täyden asteikon taipuma, joka osoittaa pienimmän ESR: n kondensaattorin poikki, joka laskee suhteessa nollaan eri kondensaattoreille, joilla on erilaiset ESR-tasot.

Pienempi ESR aiheuttaa suhteellisen korkeamman virran kehittymisen opampin käänteisen tunnistustulon yli, joka näkyy vastaavasti mittarissa suuremmalla taipumalla ja päinvastoin.

Ylempi BC547-transistori tuodaan yhteisenä kollektorijännitteen säätövaiheena oskillaattorivaiheen käyttämiseksi alemmalla 1,5 V: lla siten, että testattavan kondensaattorin ympärillä oleva piirilevyn toinen elektroninen laite pidetään nolla stressissä testitaajuudesta alkaen ESR-mittari.

Mittarin kalibrointi on helppoa. Kun mittausjohdot pidetään oikosulussa, 100 k: n esiasetusta lähellä uA-mittaria säädetään, kunnes mittakiekko saavuttaa täyden asteikon taipuman.

Tämän jälkeen mittarissa voidaan tarkistaa erilaiset kondensaattorit, joilla on korkea ESR-arvo, vastaavasti pienemmillä taipumisasteilla, kuten tämän artikkelin edellisessä osassa selitetään.

Muuntaja on rakennettu minkä tahansa ferriittirenkaan päälle käyttäen mitä tahansa ohutta magneettilangaa, jolla on esitetty kierrosluku.

Toinen yksinkertainen ESR-testeri yhdellä LEDillä

Piiri tarjoaa negatiivisen vastuksen testattavan kondensaattorin ESR: n lopettamiseksi, mikä luo jatkuvan sarjaresonanssin kiinteän induktorin kautta. Alla olevassa kuvassa on esr-mittarin kytkentäkaavio. IC 1b tuottaa negatiivisen vastuksen: Cx osoittaa testattavaa kondensaattoria ja L1 on kiinteä induktori.

Perustyö

Potti VR1 helpottaa negatiivisen vastuksen säätämistä. Testaa vain kääntämällä VR1: tä, kunnes värähtely vain lakkaa. Kun tämä on tehty, ESR-arvo voidaan tarkistaa VR1-valitsimen taakse kiinnitetystä asteikosta.

Piirin kuvaus

Negatiivisen vastuksen puuttuessa L1 ja Cx toimivat kuten sarjaresonanssipiiri, jonka L1: n vastus ja Cx: n ESR tukahduttavat. Tämä ESR-piiri alkaa heilua heti, kun se saa virran jännitteen liipaisimen kautta. IC1a toimii kuten oskillaattori neliöaaltosignaalilähdön muodostamiseksi jossain matalalla taajuudella Hz: ssä. Tämä erityinen lähtö erotetaan siten, että syntyy jännitepiikit (impulssit), jotka laukaisevat liitetyn resonanssipiirin.

Heti kun kondensaattorin ESR ja R1: n vastus pyrkivät lopettamaan negatiivisen vastuksen kanssa, soittoäänen värähtely muuttuu jatkuvaksi värähtelyksi. Tämä kytkee sitten LEDin D1 päälle. Heti kun värähtely pysähtyy negatiivisen vastuksen laskun vuoksi, LED-valo sammuu.

Oikosuljetun kondensaattorin havaitseminen

Jos oikosuljettu kondensaattori havaitaan Cx: ssä, LED palaa kirkkaammalla tavalla. Resonanssipiirin värähtelyjakson aikana LED syttyy vain aaltomuodon positiivisten reunojen puolisyklien kautta: mikä saa sen syttymään vain 50%: lla kokonaiskirkkaudesta. IC 1 d syöttää puolisyöttöjännitteen, jota käytetään viitteenä IC1b: lle.

S1: tä voidaan käyttää ICIb: n vahvistuksen säätämiseen, mikä puolestaan ​​muuttaa negatiivista resistanssia mahdollistamaan laajat ESR-mittausalueet 0-1, 0-10 ja 0-100 Ω välillä.

Osaluettelo

L1 Rakentaminen

Induktori L1 tehdään käämimällä suoraan kotelon 4 sisäisen pylvään ympärille, joita voidaan käyttää piirilevyn kulmien ruuvaamiseen.

Kierrosten määrä voi olla 42, käyttäen 30 SWG-superemaloitua kuparilangkaa. Luo L1, kunnes käämien päissä on 3,2 ohmin vastus tai noin 90 uH: n induktanssiarvo.

Langan paksuus ei ole ratkaiseva, mutta vastus- ja induktanssiarvojen on oltava edellä mainitut.

Testitulokset

Yllä kuvattujen käämitystietojen kanssa Cx-paikoissa testatun 1000uF-kondensaattorin tulisi tuottaa taajuus 70 Hz. 1 pF-kondensaattori voi aiheuttaa tämän taajuuden kasvun noin 10 kHz: iin.

Tarkastellessani virtapiiriä kiinnitin kristallikuulokkeen 100 nF: n kondensaattorin läpi R19: ssä taajuustasojen testaamiseksi. Neliöaaltotaajuuden napsautus oli mukavasti kuultavissa, kun VR1: tä säädettiin kaukana sijainnista, joka aiheutti värähtelyjen lakkaamisen. Kun VR1: tä oli sovitettu kohti kriittistä pistettään, voisin alkaa kuulla matalan jännitteen siniaaltotaajuuden puhtaan äänen.

Kuinka kalibroida

Ota korkealaatuinen 1 000µF kondensaattori, jonka jännite on vähintään 25 V, ja aseta se Cx-pisteisiin. Vaihda VR1: tä asteittain, kunnes LED on sammunut kokonaan. Merkitse tämä kohta potin asteikon valitsimen taakse 0,1 Ω.

Kiinnitä seuraavaksi sarjaan tunnettu vastus testattavan Cx: n kanssa, mikä saa LED-valon syttymään, säädä nyt VR1: tä, kunnes LED on juuri sammunut.

Merkitse tässä vaiheessa VR1-asteikko uudella kokonaisvastuksen arvolla. Voi olla melko edullista työskennellä 0,1Ω: n lisäyksillä 1Ω-alueella ja sopivasti suuremmilla lisäyksillä kahdella muulla alueella.

Tulosten tulkinta

Alla oleva kaavio osoittaa ESR-vakioarvot valmistajien tietojen mukaan ja ottaen huomioon, että taajuudella 10 kHz laskettu ESR on yleensä 1/3 testatusta taajuudella 1 kHz. ESR-arvot 10 V: n vakiolaatuisilla kondensaattoreilla voidaan todeta olevan 4 kertaa suurempia kuin matalan ESR: n 63 V -tyyppiset.

Siksi aina, kun matalan ESR-tyyppinen kondensaattori hajoaa tasolle, jossa sen ESR on paljon samanlainen kuin tyypillisen elektrolyyttikondensaattorin, sen sisäinen lämpenemisolosuhde nousee 4 kertaa korkeammaksi!

Jos testattu ESR-arvo on yli kaksinkertainen seuraavassa kuvassa esitettyyn arvoon, kondensaattoria ei voida olettaa enää parhaimmillaan.

ESR-arvot kondensaattoreille, joiden jänniteluokitukset poikkeavat alla ilmoitetuista, ovat kaavion sovellettavien viivojen välissä.

ESR-mittari IC 555: n avulla

Ei niin tyypillinen, mutta tämä yksinkertainen ESR-piiri on erittäin tarkka ja helppo rakentaa. Se käyttää hyvin tavallisia komponentteja, kuten IC 555, 5 V DC-lähde, muutama muu passiivinen osa.

Piiri on rakennettu CMOS IC 555: llä, jonka käyttökerroin on 50:50.
Toimintasykliä voitiin muuttaa vastuksen R2 ja r kautta.
Jopa pieni muutos r: n arvossa, joka vastaa kyseisen kondensaattorin ESR: ää, aiheuttaa merkittävän vaihtelun IC: n lähtötaajuudessa.

Lähtötaajuus on ratkaistu kaavalla:

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

Tässä kaavassa C edustaa kapasitanssia, R muodostuu (R1 + R2 + r), r tarkoittaa kondensaattorin C ESR: ää, kun k on sijoitettu kertoimeksi, joka on yhtä suuri kuin:

k = (R2 + r) / R.

Piirin oikean toiminnan varmistamiseksi kerroin k-arvo ei saa olla yli 0,333.

Jos se nostetaan tämän arvon yläpuolelle, IC 555: stä tulee hallitsematon värähtelymoodi erittäin suurella taajuudella, jota ohjataan yksinomaan sirun etenemisviiveellä.

Löydät eksponentiaalisen inkrasiikan IC: n lähtötaajuudella 10X vastauksena tekijän k kasvuun 0: sta 0,31: een.

Kun se kasvaa entisestään 0,31: stä 0,33: een, aiheuta lähtövirheen kasvu vielä 10-kertaiseksi.

Olettaen, että R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimaalinen ESR = 0 C: lle, k-tekijän tulisi olla noin 0,3188.

Oletetaan, että ESR-arvo on noin 100 ohmia, aiheuttaisi k-arvon nousun 3% arvolla 0,3286. Tämä pakottaa IC 555: n värähtelemään taajuudella, joka on 3 kertaa suurempi kuin alkuperäinen taajuus r = ESR = 0.

Tämä osoittaa, että kun r (ESR) kasvaa, IC-lähdön taajuus nousee eksponentiaalisesti.

Kuinka testata

Ensin sinun on kalibroitava piirivaste käyttämällä korkealaatuista kondensaattoria, jonka ESR on merkityksetön ja jonka kapasitanssiarvo on identtinen testattavan kanssa.

Lisäksi sinulla pitäisi olla kourallinen erilaisia ​​vastuksia, joiden tarkat arvot vaihtelevat välillä 1-150 ohmia.

Piirrä nyt kaavio lähtötaajuus vs. r kalibrointiarvoille,

Liitä seuraavaksi kondensaattori, joka on testattava ESR: n suhteen, ja aloita sen ESR-arvon analysointi vertaamalla vastaavaa IC 555 -taajuutta ja vastaavaa arvoa piirrettyyn kaavioon.

Optimaalisen resoluution varmistamiseksi alemmille ESR-arvoille, esimerkiksi alle 10 ohmia, ja taajuuserojen poistamiseksi on suositeltavaa lisätä sarjaan testattavan kondensaattorin kanssa 10 - 100 ohmin vastus.

Kun r-arvo on saatu kaaviosta, olet vain vähentänyt kiinteän vastuksen arvon tästä r ESR-arvon saamiseksi.