Preprosto vezje merilnika ESR

Prispevek govori o preprostem vezju merilnika ESR, ki ga lahko uporabimo za prepoznavanje slabih kondenzatorjev v elektronskem vezju, ne da bi jih praktično odstranili z vezja. Idejo je zahteval Manual Sofian

Tehnične specifikacije

Ali imate shemo o merilniku ESR. Tehniki mi priporočajo, naj najprej preverim elektrolit, vsakič ko pridem do mrtvega tokokroga, vendar ne vem, kako ga izmeriti.

Vnaprej se vam zahvaljujem za odgovor.

Kaj je ESR

ESR, kar pomeni enakovredna serijska upornost, je zanemarljivo majhna vrednost upora, ki običajno postane del vseh kondenzatorjev in induktorjev in se pojavlja zaporedno z njihovimi dejanskimi vrednostmi na enoto, toda v elektrolitskih kondenzatorjih se lahko vrednost ESR še naprej povečuje do nenormalnih ravni, ki negativno vplivajo na splošno kakovost in odziv vpletenega vezja.

Razvijajoči se ESR v določenem kondenzatorju se lahko postopoma poveča od nekaj miliomov do 10 ohmov, kar močno vpliva na odziv vezja.

Vendar zgoraj razloženi ESR morda ne pomeni nujno, da bi to vplivalo tudi na kapacitivnost kondenzatorja, dejansko bi vrednost kapacitivnosti lahko ostala nedotaknjena in dobra, vendar bi se zmogljivost kondenzatorja poslabšala.

Zaradi tega scenarija običajni merilnik kapacitivnosti v celoti ne zazna slabega kondenzatorja, prizadeto z visoko vrednostjo ESR, in tehnik ugotovi, da so kondenzatorji v redu glede na svojo kapacitivno vrednost, kar posledično zelo otežuje odpravljanje težav.

Kadar običajni merilniki kapacitivnosti in merilniki Ohma postanejo popolnoma neučinkoviti pri merjenju ali odkrivanju nenormalnih ESR v okvarjenih kondenzatorjih, postane ESR merilnik izjemno priročen za prepoznavanje takšnih zavajajočih naprav.

Razlika med ESR in kapacitivnostjo

V bistvu ESR vrednost kondenzatorja (v ohmih) kaže, kako dober je kondenzator ..

Nižja kot je vrednost, večja je delovna zmogljivost kondenzatorja.

Test ESR nas hitro opozori na okvaro kondenzatorja in je veliko bolj koristen v primerjavi s preskusom kapacitivnosti.

Dejansko lahko več okvarjenih elektrolitov kaže OKAY pri pregledu s standardnim merilnikom kapacitivnosti.

V zadnjem času smo se pogovarjali z mnogimi posamezniki, ki ne podpirajo pomena ESR in v kakšnem dojemanju je edinstven po kapacitivnosti.

Zato se mi zdi vredno posneti posnetek iz tehnoloških novic o ugledni reviji, ki jo je napisal Doug Jones, predsednik Independence Electronics Inc. Učinkovito obravnava skrb ESR. 'ESR je aktivna naravna odpornost kondenzatorja proti izmeničnemu signalu.

Višji ESR lahko privede do časovno konstantnih zapletov, segrevanja kondenzatorja, povečanja obremenitve vezja, splošne okvare sistema itd.

Katere težave lahko povzroči ESR?

Preklopno napajanje z visoko kondenzatorji ESR se morda ne bo zagnalo optimalno ali pa se sploh ne bo zagnalo.

Zaradi visokega kondenzatorja ESR je lahko zaslon televizorja nagnjen s strani / zgoraj / spodaj. Lahko povzroči tudi prezgodnje okvare diod in tranzistorjev.

Vsa ta in številna druga vprašanja običajno povzročajo kondenzatorji z ustrezno kapacitivnostjo, vendar velikim ESR, ki jih ni mogoče zaznati kot statično številko in jih zato ni mogoče izmeriti s standardnim merilnikom kapacitivnosti ali enosmernim ohmmetrom.

ESR se prikaže šele, ko je na kondenzator priključen izmenični tok ali ko dielektrični naboj kondenzatorja nenehno preklaplja.

To lahko obravnavamo kot skupno medfazno odpornost kondenzatorja na kondenzatorju, kombinirano z enosmernim uporom kondenzatorskih vodnikov, enosmernim uporom medsebojne povezave s kondenzatorskim dielektrikom, odpornostjo plošče kondenzatorja in medfaznim izmeničnim tokom dielektričnega materiala odpornost pri določeni frekvenci in temperaturi.

Vse elemente, ki povzročajo nastanek ESR, lahko obravnavamo kot upor zaporedno s kondenzatorjem. Ta upor v resnici ne obstaja kot fizična entiteta, zato takojšnja meritev nad 'ESR uporom' preprosto ni izvedljiva. Če je po drugi strani dostopen pristop, ki pomaga popravljati rezultate kapacitivne odpornosti, in če razmišljamo, da so vsi upori v fazi, lahko ESR določimo in preizkusimo z uporabo osnovne elektronske formule E = I x R!

POSODOBITEV preprostejše alternative

Spodaj navedeno vezje op amp je brez dvoma videti zapleteno, zato bi se po premisleku lahko domislil te preproste ideje za hitro oceno ESR katerega koli kondenzatorja.

Vendar za to boste morali najprej izračunajte koliko odpornosti ima določen kondenzator idealno po naslednji formuli:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kjer je Xc = reaktanca (upornost v ohmih),
• pi = 22/7
• f = frekvenca (za to aplikacijo vzemite 100 Hz)
• C = vrednost kondenzatorja v Faradsu

Vrednost Xc vam bo dala enakovreden upor (idealna vrednost) kondenzatorja.

Nato poiščite tok skozi Ohmov zakon:

I = V / R, tukaj V bo 12 x 1,41 = 16,92 V, R bo nadomeščen z Xc, kot je doseženo iz zgornje formule.

Ko najdete idealno trenutno moč kondenzatorja, lahko z naslednjim praktičnim vezjem primerjate rezultat z zgornjo izračunano vrednostjo.

Za to boste potrebovali naslednje materiale:

• 0-12V / 220V transformator
• 4 diode 1N4007
• Merilnik gibljive tuljave 0-1 amp FSD ali kateri koli standardni ampermeter

Zgornje vezje bo zagotavljalo neposredno odčitavanje, koliko toka kondenzator lahko odda skozi njega.

Zapišite si tok, izmerjen iz zgornje nastavitve, in tok, dosežen iz formule.

Na koncu še enkrat uporabite Ohmov zakon, da ocenite odpornost obeh trenutnih (I) odčitkov.

R = V / I, kjer bo napetost V 12 x 1,41 = 16,92, 'I' bo glede na odčitke.

Hitro pridobitev idealne vrednosti kondenzatorja

V zgornjem primeru, če ne želite iti skozi izračune, lahko za primerjavo uporabite naslednjo referenčno vrednost, da dobite idealno reaktanco kondenzatorja.

Po formuli je idealna reaktanca kondenzatorja 1 uF približno 1600 Ohmov pri 100 Hz. To vrednost lahko vzamemo za merilo in vrednost katerega koli želenega kondenzatorja ocenimo s preprostim obratnim navzkrižnim množenjem, kot je prikazano spodaj.

Recimo, da želimo dobiti idealno vrednost 10uF kondenzatorja, preprosto:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohmov

Zdaj lahko ta rezultat primerjamo z rezultatom, ki smo ga dobili z reševanjem toka ampermetra po ohmskem zakonu. Razlika nam bo povedala glede učinkovite ESR kondenzatorja.

OPOMBA: Napetost in frekvenca, uporabljena v formuli in praktični metodi, morata biti enaki.

Uporaba opcijskega ojačevalnika za izdelavo enostavnega merilnika ESR

Merilnik ESR je mogoče uporabiti za določanje stanja dvomljivega kondenzatorja med odpravljanjem težav s starim elektronskim vezjem ali enoto.

Poleg tega je dobra lastnost teh merilnih instrumentov ta, da se z njimi lahko meri ESR kondenzatorja, ne da bi morali kondenzator odstraniti ali izolirati iz vezja, kar uporabniku olajša stvari.

Naslednja slika prikazuje preprosto vezje merilnika ESR, ki ga je mogoče zgraditi in uporabiti za predlagane meritve.

Shema vezja

Kako deluje

Vezje lahko razumemo na naslednji način:

TR1 skupaj s pritrjenim NPN tranzistorjem tvori preprost povratni blokirni oscilator, ki niha pri zelo visoki frekvenci.

Nihanja inducirajo sorazmerno velikost napetosti na 5 zavojih sekundarnega transformatorja, ta inducirana visokofrekvenčna napetost pa se nanaša na zadevni kondenzator.

Opamp je mogoče videti tudi pritrjen z zgornjim nizkonapetostnim visokofrekvenčnim napajanjem in je konfiguriran kot trenutni ojačevalnik.

Brez ESR ali v primeru novega dobrega kondenzatorja je merilnik nastavljen tako, da prikazuje celotni odklon skale, ki kaže najmanjši ESR na kondenzatorju, ki se sorazmerno zmanjša na nič pri različnih kondenzatorjih z različnimi količinami ravni ESR.

Nižji ESR povzroči, da se čez invertirni senzorski vhod opampa razvije relativno večji tok, ki se ustrezno prikaže v merilniku z višjo stopnjo odklona in obratno.

Zgornji tranzistor BC547 je uveden kot skupna stopnja regulatorja napetosti kolektorja, da deluje na oscilatorju z nižjimi 1,5 V, tako da je druga elektronska naprava v vezju okoli preskušanega kondenzatorja pod napetostjo zaradi preskusne frekvence od merilnik ESR.

Postopek kalibracije števca je enostaven. Držanje kratkostičnih testnih kablov med prednastavljenimi 100 k v bližini merilnika uA se prilagodi, dokler se na številčnici ne doseže popolna deformacija skale.

Po tem je bilo mogoče v merilniku preveriti različne kondenzatorje z visokimi vrednostmi ESR z ustrezno nižjimi stopnjami deformacije, kot je razloženo v prejšnjem oddelku tega članka.

Transformator je zgrajen na katerem koli feritnem obroču s katero koli tanko magnetno žico s prikazanim številom obratov.

Še en preprost ESR tester z eno LED

Vezje zagotavlja negativni upor za zaključek ESR kondenzatorja, ki je v preskusu, kar ustvarja neprekinjeno serijsko resonanco skozi fiksni induktor. Spodnja slika prikazuje diagram vezja merilnika esr. Negativni upor ustvari IC 1b: Cx označuje preskušani kondenzator, L1 pa je nameščen kot fiksni induktor.

Osnovno delo

Pot VR1 olajša negativno odpornost, ki jo je treba prilagoditi. Če želite preizkusiti, preprosto vrtite VR1, dokler nihanje ne preneha. Ko je to končano, lahko vrednost ESR preverite na lestvici, pritrjeni za številčnico VR1.

Opis vezja

V odsotnosti negativnega upora L1 in Cx delujeta kot serijsko resonančno vezje, ki ga zatre L1-ov upor in Cx-ov ESR. To vezje ESR bo začelo nihati takoj, ko se napaja prek napetostnega sprožilca. IC1 deluje kot oscilator, da generira kvadratno valovni signal z nekaj nizko frekvenco v Hz. Ta poseben izhod se diferencira, da ustvari napetostne konice (impulze), ki sprožijo pritrjeni resonančni krog.

Takoj, ko ESR kondenzatorja skupaj z uporom R1 ponavadi preneha z negativnim uporom, se nihanje zvonjenja spremeni v konstantno nihanje. Ta nato vklopi LED D1. Takoj, ko se nihanje ustavi zaradi padca negativnega upora, povzroči, da se LED izklopi.

Odkrivanje kratkega kondenzatorja

V primeru, da pri Cx zaznamo kratkostični kondenzator, LED zasveti s povečano svetlostjo. Med obdobjem nihanja resonančnega vezja se LED vklopi izključno skozi pozitivne obrobljene polovične cikle valovne oblike: zaradi česar zasveti le s 50% celotne svetlosti. IC 1 d napaja polovično napajalno napetost, ki se uporablja kot referenca za IC1b.

S1 lahko uporabimo za prilagajanje ojačenja ICIb, kar pa spremeni negativni upor za omogočanje širokih obsegov merjenja ESR, med 0-1, 0-10 in 0-100 Ω.

Seznam delov

L1 Gradbeništvo

Induktor L1 je narejen z navijanjem neposredno okoli notranjih 4 stebrov ohišja, ki se lahko uporabljajo za privijanje vogalov PCB.

Število obratov je lahko 42, z uporabo 30 SWG super emajlirane bakrene žice. Ustvarjajte L1, dokler ne dobite 3,2 ohmskega upora na koncih navitja ali približno 90uH vrednosti induktivnosti.

Debelina žice ni ključnega pomena, vendar morajo biti vrednosti upora in induktivnosti takšne, kot je navedeno zgoraj.

Rezultati testov

S podrobnostmi navitja, kot je opisano zgoraj, mora kondenzator 1.000uF, preizkušen v režah Cx, ustvariti frekvenco 70 Hz. Kondenzator 1 pF lahko povzroči povečanje te frekvence na približno 10 kHz.

Med pregledovanjem vezja sem na kondenzator 100 nF pri R19 priključil kristalno slušalko, da sem preizkusil frekvenčne ravni. Klik kvadratne valovne frekvence je bil dobro slišen, medtem ko je bil VR1 nastavljen daleč stran od lokacije, zaradi katere so nihanja prenehala. Ko se je VR1 prilagajal svoji kritični točki, sem lahko začel slišati čisti zvok nizkonapetostne frekvence sinusnih valov.

Kako umeriti

Vzemite visokokakovostni kondenzator 1.000µF z napetostjo najmanj 25 V in ga vstavite v točke Cx. Postopno spreminjajte VR1, dokler ne ugotovite, da je LED popolnoma izklopljen. Označite to določeno točko za številčnico merilnika loncev kot 0,1 Ω.

Nato zaporedno pritrdite znani upor z obstoječim preizkušenim Cx, zaradi česar se bo LED prižgala, zdaj spet nastavite VR1, dokler LED le ne izklopi.

Na tej točki označite številčnico VR1 s svežo vrednostjo skupnega upora. Morda bi bilo zaželeno delati s koraki po 0,1Ω na območju 1Ω in primerno večjimi koraki na preostalih dveh območjih.

Razlaga rezultatov

Spodnji graf prikazuje standardne vrednosti ESR v skladu z zapisi proizvajalcev in ob upoštevanju dejstva, da je ESR, izračunan pri 10 kHz, običajno 1/3 vrednosti preskušenega pri 1 kHz. Ugotovljeno je, da so vrednosti ESR pri 10V kondenzatorjih standardne kakovosti 4-krat višje od vrednosti pri tipih 63V z nizko vrednostjo ESR.

Torej, kadar se kondenzator z nizkim nivojem ESR razgradi na raven, pri kateri je njegov ESR podoben kot pri običajnem elektrolitskem kondenzatorju, se bodo njegovi notranji pogoji ogrevanja povečali 4-krat več!

V primeru, da vidite, da je preizkušena vrednost ESR večja od dvakratne vrednosti, prikazane na naslednji sliki, lahko domnevate, da kondenzator ni več v najboljšem stanju.

Vrednosti ESR za kondenzatorje z napetostjo, ki se razlikuje od spodaj navedenih, bodo med ustreznimi črtami na grafu.

Merilnik ESR z uporabo IC 555

Ni tako tipično, vendar je to preprosto vezje ESR izjemno natančno in enostavno za izdelavo. Uporablja zelo običajne komponente, kot so IC 555, 5V enosmerni vir, nekaj drugih pasivnih delov.

Vezje je zgrajeno s pomočjo CMOS IC 555, nastavljenega s faktorjem obratovanja 50:50.
Delovni cikel je mogoče spremeniti skozi upor R2 in r.
Že majhna sprememba vrednosti r, ki ustreza ESR zadevnega kondenzatorja, povzroči znatno spremembo v izhodni frekvenci IC.

Izhodna frekvenca se reši s formulo:

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

V tej formuli C predstavlja kapacitivnost, R tvori (R1 + R2 + r), r pomeni ESR kondenzatorja C, medtem ko je k postavljen kot faktor, enak:

k = (R2 + r) / R.

Da bi zagotovili pravilno delovanje vezja, vrednost faktorja k ne sme biti nad 0,333.

Če se poveča nad to vrednost, bo IC 555 postal nenadzorovan nihajni način pri izredno visoki frekvenci, ki bo nadzorovan izključno z zakasnitvijo širjenja čipa.

V izhodni frekvenci IC boste za 10X našli eksponentno zarezo kot odziv na povečanje faktorja k z 0 na 0,31.

Ko se še poveča z 0,31 na 0,33, povzroči, da se izhodna frekvenca poveča še za 10-kratno velikost.

Ob predpostavki, da je R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimalna vrednost ESR = 0 za C, bi moral faktor k naraščati okoli 0,3188.

Recimo, da imamo vrednost ESR približno 100 ohmov, bi vrednost k povečala za 3% pri 0,3286. To zdaj sili IC 555, da niha s frekvenco, ki je trikrat večja od prvotne frekvence pri r = ESR = 0.

To kaže, da s povečevanjem r (ESR) povzroči eksponentni porast frekvence izhodne vrednosti IC.

Kako preizkusiti

Najprej boste morali umeriti odziv vezja z visokokakovostnim kondenzatorjem z zanemarljivim ESR in z vrednostjo kapacitivnosti, ki je enaka tisti, ki jo je treba preskusiti.

Prav tako bi morali imeti peščico izbranih uporov z natančnimi vrednostmi od 1 do 150 ohmov.

Zdaj pa narišite graf izhodna frekvenca vs r za kalibracijske vrednosti,

Nato priključite kondenzator, ki ga je treba preskusiti na ESR, in začnite analizirati njegovo vrednost ESR s primerjavo ustrezne frekvence IC 555 in ustrezne vrednosti v narisanem grafu.

Za zagotovitev optimalne ločljivosti za nižje vrednosti ESR, na primer pod 10 ohmov, in tudi za odpravo frekvenčnih razlik, je priporočljivo, da se preskušani kondenzator serijsko doda upor med 10 ohm in 100 ohmi.

Ko iz grafa dobimo vrednost r, od tega samo odštejemo fiksno vrednost upora r da dobite vrednost ESR.