Vienkārša ESR skaitītāja shēma

Šajā ziņojumā ir apspriesta vienkārša ESR skaitītāja shēma, ko var izmantot, lai identificētu sliktus kondensatorus elektroniskajā ķēdē, praktiski tos neatvienojot no shēmas plates. Ideju pieprasīja Manual Sofian

Tehniskās specifikācijas

Vai jums ir shēma par ESR mērītāju. Tehniķi iesaka man vispirms pārbaudīt elektrolītisko daudzumu katru reizi, kad nāku klajā ar strupceļu, bet es nezinu, kā to izmērīt.

Jau iepriekš pateicos par atbildi.

Kas ir ESR

ESR, kas apzīmē ekvivalentu sērijas pretestību, ir nenozīmīgi maza pretestības vērtība, kas parasti kļūst par daļu no visiem kondensatoriem un induktoriem un parādās sērijveidā ar to faktiskajām vienības vērtībām, tomēr elektrolītiskajos kondensatoros, jo īpaši novecošanas dēļ, ESR vērtība varētu turpināties līdz pat nenormālam līmenim, kas nelabvēlīgi ietekmē iesaistītās ķēdes vispārējo kvalitāti un reakciju.

Attīstošais ESR noteiktā kondensatorā var pakāpeniski palielināties no dažiem miliomiem līdz pat 10 omiem, nopietni ietekmējot ķēdes reakciju.

Tomēr iepriekš paskaidrotais ESR ne vienmēr nozīmē, ka tiktu ietekmēta arī kondensatora kapacitāte, patiesībā kapacitātes vērtība varētu palikt neskarta un laba, tomēr kondensatora veiktspēja pasliktināsies.

Šī scenārija dēļ normāls kapacitātes mērītājs pilnībā nespēj atklāt sliktu kondensatoru, kam ir augsta ESR vērtība, un tehniķis uzskata, ka kondensatori ir labi attiecībā uz tā kapacitātes vērtību, kas savukārt padara traucējummeklēšanu ārkārtīgi sarežģītu.

Ja parastie kapacitātes mērītāji un omu skaitītāji kļūst pilnīgi neefektīvi, mērot vai atklājot nenormālu ESR bojātos kondensatoros, ESR mērītājs kļūst ļoti ērts, lai identificētu šādas maldinošas ierīces.

Starpība starp ESR un kapacitāti

Būtībā kondensatora ESR vērtība (omos) norāda, cik labs ir kondensators.

Jo zemāka vērtība, jo augstāka ir kondensatora darba veiktspēja.

ESR tests mums ātri brīdina par kondensatora darbības traucējumiem un ir daudz noderīgāks, salīdzinot ar kapacitātes testu.

Faktiski vairākiem bojātiem elektrolītiskiem līdzekļiem var būt OKAY, ja tos pārbauda, ​​izmantojot standarta kapacitātes mērītāju.

Pēdējā laikā mēs esam runājuši ar daudziem indivīdiem, kuri neatbalsta ESR nozīmi un tieši tajā, kādā uztverē tas ir unikāls no kapacitātes.

Tāpēc es domāju, ka ir vērts sniegt klipu no tehnoloģiskām ziņām slavenā žurnālā, kuru autors ir Independence Electronics Inc. prezidents Dags Džonss. Viņš efektīvi risina ESR problēmas. 'ESR ir kondensatora aktīvā dabiskā pretestība pret maiņstrāvas signālu.

Augstāks ESR var izraisīt nepārtrauktas laika komplikācijas, kondensatora sasilšanu, ķēdes slodzes palielināšanos, vispārēju sistēmas atteici utt.

Kādas problēmas var izraisīt ESR?

Pārslēgšanas režīma barošanas avots ar augstiem ESR kondensatoriem var neizdoties optimāli vai vienkārši vispār nedarboties.

Augsta ESR kondensatora dēļ televizora ekrānu varēja sagrozīt no sāniem / augšas / apakšas. Tas var izraisīt arī priekšlaicīgas diodes un tranzistora kļūmes.

Visus šos un daudzus citus jautājumus parasti izraisa kondensatori ar atbilstošu kapacitāti, bet lielu ESR, ko nevar noteikt kā statisku skaitli un tāpēc to nevar izmērīt, izmantojot standarta kapacitātes mērītāju vai līdzstrāvas ommetru.

ESR parādās tikai tad, kad maiņstrāva ir pievienota kondensatoram vai ja kondensatora dielektriskā lādiņa pastāvīgi maina stāvokļus.

To var uzskatīt par kondensatora kopējo maiņstrāvas pretestību apvienojumā ar kondensatora vadu līdzstrāvas pretestību, starpsavienojuma līdzstrāvas pretestību ar kondensatora dielektriku, kondensatora plāksnes pretestību un dielektriskā materiāla maiņstrāvas maiņstrāvu pretestība noteiktā frekvencē un temperatūrā.

Visus elementus, kas izraisa ESR veidošanos, varētu uzskatīt par rezistoru virknē ar kondensatoru. Šis rezistors patiesībā neeksistē kā fiziska vienība, tāpēc tūlītēju mērīšanu pār “ESR rezistoru” vienkārši nav iespējams veikt. No otras puses, ja ir pieejama pieeja, kas palīdz koriģēt kapacitatīvās reaktivitātes rezultātus, un, domājot, ka visas pretestības ir fāzes, ESR varētu noteikt un pārbaudīt, izmantojot elektronikas pamatformulu E = I x R!

Vienkāršākas alternatīvas atjaunināšana

Zemāk norādītā op amp balstītā shēma, bez šaubām, izskatās sarežģīta, tāpēc pēc domāšanas es varētu nākt klajā ar šo vienkāršo ideju, lai ātri novērtētu jebkura kondensatora ESR.

Tomēr jums tas būs vispirms aprēķināt cik konkrētajam kondensatoram ir ideāla pretestība, izmantojot šādu formulu:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kur Xc = reaktivitāte (pretestība omos),
• pi = 22/7
• f = frekvence (šim lietojumam ņem 100 Hz)
• C = kondensatora vērtība Farads

Xc vērtība sniegs jums līdzvērtīgu kondensatora pretestību (ideālo vērtību).

Pēc tam atrodiet strāvu, izmantojot Ohma likumu:

I = V / R, šeit V būs 12 x 1,41 = 16,92 V, R tiks aizstāts ar Xc, kā tas iegūts no iepriekš minētās formulas.

Kad esat atradis ideālo kondensatora pašreizējo vērtējumu, varat izmantot šo praktisko shēmu, lai rezultātu salīdzinātu ar iepriekš aprēķināto vērtību.

Tam jums būs nepieciešami šādi materiāli:

• 0-12V / 220V transformators
• 4 diodes 1N4007
• 0–1 ampēra FSD kustīgais spoles skaitītājs vai jebkurš cits standarta ampermetrs

Iepriekš minētā shēma nodrošinās tiešu rādījumu par to, cik lielu strāvu kondensators spēj piegādāt caur to.

Pierakstiet strāvu, kas izmērīta, izmantojot iepriekšminēto iestatījumu, un strāvu, kas sasniegta pēc formulas.

Visbeidzot, vēlreiz izmantojiet Ohma likumu, lai novērtētu divu pašreizējo (I) rādījumu pretestības.

R = V / I, kur spriegums V būs 12 x 1,41 = 16,92, “I” būs tāds pats kā rādījumos.

Ātri iegūstiet ideālu kondensatora vērtību

Iepriekš minētajā piemērā, ja nevēlaties veikt aprēķinus, salīdzināšanai varat izmantot šo etalona vērtību, lai iegūtu ideālu kondensatora reaktivitāti.

Saskaņā ar formulu 1 uF kondensatora ideālā reaktivitāte ir aptuveni 1600 omi pie 100 Hz. Mēs varam uzskatīt šo vērtību par kritēriju un novērtēt jebkura vēlamā kondensatora vērtību, izmantojot vienkāršu apgrieztu krustenisko reizināšanu, kā parādīts zemāk.

Pieņemsim, ka mēs vēlamies iegūt ideālu 10uF kondensatora vērtību, vienkārši tas būtu:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 omi

Tagad mēs varam salīdzināt šo rezultātu ar rezultātu, kas iegūts, risinot ampērstrāvu Ohma likumā. Atšķirība mums pateiks par kondensatora efektīvo ESR.

PIEZĪME. Formulā un praktiskajā metodē izmantotajam spriegumam un frekvencei jābūt identiskām.

Op Amp izmantošana vienkārša ESR mērītāja izgatavošanai

ESR mērītāju var izmantot, lai noteiktu apšaubāma kondensatora veselību, novēršot vecās elektroniskās ķēdes vai ierīces traucējummeklēšanu.

Turklāt laba lieta par šiem mērinstrumentiem ir tā, ka to var izmantot kondensatora ESR mērīšanai bez nepieciešamības noņemt vai izolēt kondensatoru no shēmas plates, padarot lietotājam lietas diezgan vienkāršas.

Šajā attēlā parādīta vienkārša ESR skaitītāja shēma, kuru var uzbūvēt un izmantot ierosinātajiem mērījumiem.

Ķēdes shēma

Kā tas strādā

Kontūru var saprast šādi:

TR1 kopā ar pievienoto NPN tranzistoru veido vienkāršu atgriezeniskās saites iedarbinātu bloķējošu oscilatoru, kas svārstās ar ļoti augstu frekvenci.

Svārstības inducē proporcionālu sprieguma lielumu pāri transformatora sekundārajiem 5 pagriezieniem, un šis ierosinātais augstfrekvences spriegums tiek piemērots visā attiecīgajā kondensatorā.

Opamp var redzēt arī piestiprinātu ar iepriekš minēto zemsprieguma augstfrekvences padevi un ir konfigurēts kā strāvas pastiprinātājs.

Bez ESR vai jauna laba kondensatora gadījumā skaitītājs ir iestatīts, lai norādītu pilnas skalas novirzi, norādot minimālo ESR pāri kondensatoram, kas proporcionāli nokrīt uz nulli dažādiem kondensatoriem, kuriem ir atšķirīgs ESR līmenis.

Zemāka ESR dēļ relatīvi lielāka strāva attīstās pāri opampa invertējošajai sensora ieejai, kas attiecīgi tiek parādīta skaitītājā ar lielāku novirzes pakāpi un otrādi.

Augšējais BC547 tranzistors tiek ieviests kā kopējs kolektora sprieguma regulatora posms, lai darbinātu oscilatora pakāpi ar zemāku 1,5 V, lai otra elektroniskā ierīce shēmas plates ap testējamo kondensatoru tiktu turēta nulles spriegumā no testa frekvences no ESR mērītājs.

Skaitītāja kalibrēšanas process ir vienkāršs. Turot īsus testa vadus, 100 k iepriekš iestatītais tuvumā uA skaitītājam tiek noregulēts, līdz skaitītāja skalā tiek sasniegta pilna skalas novirze.

Pēc tam skaitītājā varēja pārbaudīt dažādus kondensatorus ar augstām ESR vērtībām ar attiecīgi zemāku novirzes pakāpi, kā paskaidrots šī raksta iepriekšējā sadaļā.

Transformators ir uzbūvēts virs jebkura ferīta gredzena, izmantojot jebkuru plānu magnēta stiepli ar norādīto pagriezienu skaitu.

Vēl viens vienkāršs ESR testeris ar vienu LED

Kontūra nodrošina negatīvu pretestību, lai pārtrauktu pārbaudāmo kondensatora ESR, radot nepārtrauktu virknes rezonansi caur fiksētu induktoru. Zemāk redzamajā attēlā parādīta esr skaitītāja shēma. Negatīvo pretestību rada IC 1b: Cx norāda testējamo kondensatoru, un L1 ir novietots kā fiksētais induktors.

Pamatdarbs

Pot VR1 atvieglo negatīvo pretestību. Lai pārbaudītu, vienkārši turpiniet pagriezt VR1, līdz svārstības vienkārši apstājas. Kad tas ir izdarīts, ESR vērtību var pārbaudīt, izmantojot skalu, kas piestiprināta aiz VR1 skalas.

Ķēdes apraksts

Ja nav negatīvas pretestības, L1 un Cx darbojas kā virknes rezonanses ķēde, kuru nomāc L1 pretestība un Cx ESR. Šī ESR ķēde sāks svārstīties, tiklīdz tā tiks darbināta caur sprieguma sprūdu. IC1 a darbojas kā oscilators, lai ģenerētu kvadrātviļņu signāla izvadi ar zināmu zemu frekvenci Hz. Šī konkrētā izeja tiek diferencēta, lai izveidotu sprieguma tapas (impulsus), kas iedarbina pievienoto rezonanses ķēdi.

Tiklīdz kondensatora ESR kopā ar R1 pretestību mēdz izbeigt ar negatīvo pretestību, zvana svārstības pārvēršas par nemainīgu svārstību. Pēc tam tas ieslēdz LED D1. Tiklīdz svārstības apstājas negatīvās pretestības krituma dēļ, LED izslēdzas.

Nosakot saīsinātu kondensatoru

Gadījumā, ja pie Cx tiek atklāts īsslēgts kondensators, gaismas diode deg ar paaugstinātu spilgtumu. Laikā, kad rezonanses ķēde svārstās, gaismas diode tiek ieslēgta tikai caur viļņa pozitīvajām malām: tas liek iedegties tikai ar 50% no tā kopējā spilgtuma. IC 1 d piegādā pusi barošanas sprieguma, ko izmanto kā atsauci uz IC1b.

S1 var izmantot, lai pielāgotu ICIb pieaugumu, kas savukārt maina negatīvo pretestību, lai nodrošinātu plašu ESR mērījumu diapazonu diapazonā no 0-1, 0-10 un 0-100 Ω.

Detaļu saraksts

L1 Būvniecība

Induktors L1 ir izgatavots, apvijot tieši ap korpusa iekšējiem 4 pīlāriem, kurus var izmantot PCB stūru skrūvēšanai.

Pagriezienu skaits var būt 42, izmantojot 30 SWG super emaljētas vara stieples. Izveidojiet L1, līdz jums ir 3,2 Ohm pretestība pāri tinuma galiem vai aptuveni 90uH induktivitātes vērtība.

Vada biezumam nav izšķiroša nozīme, bet pretestības un induktivitātes vērtībām jābūt tādām, kā norādīts iepriekš.

Testa rezultāti

Ar iepriekš aprakstītajām tinumu detaļām 1000xF kondensatoram, kas pārbaudīts Cx slotos, vajadzētu radīt 70 Hz frekvenci. 1 pF kondensators var izraisīt šīs frekvences palielināšanos līdz aptuveni 10 kHz.

Pārbaudot ķēdi, es savienoju kristāla klausuli caur 100 nF kondensatoru pie R19, lai pārbaudītu frekvences līmeņus. Kvadrātveida viļņu frekvences klikšķināšana bija labi dzirdama, kamēr VR1 tika noregulēts tālu no vietas, kas izraisīja svārstību pārtraukšanu. Tā kā VR1 tika noregulēts tā kritiskā punkta virzienā, es varētu sākt dzirdēt tīru zemas sprieguma sinewave frekvences skaņu.

Kā kalibrēt

Paņemiet augstas kvalitātes 1000µF kondensatoru ar spriegumu vismaz 25 V un ievietojiet to Cx punktos. Pakāpeniski mainiet VR1, līdz atklājat, ka gaismas diode ir pilnībā izslēgta. Atzīmējiet šo konkrēto punktu aiz katla mēroga skalas kā 0,1 Ω.

Pēc tam sērijveidā pievienojiet zināmu rezistoru ar esošo testējamo Cx, kas izraisīs gaismas diode iedegšanos, tagad atkal noregulējiet VR1, līdz gaismas diode tikko ir izslēgta.

Šajā brīdī atzīmējiet VR1 skalas skalu ar svaigu kopējās pretestības vērtību. Var būt diezgan vēlams strādāt ar 0,1Ω soli 1Ω diapazonā un attiecīgi lielākus pieaugumus pārējos divos diapazonos.

Rezultātu interpretēšana

Zemāk redzamajā diagrammā ir parādītas ESR standarta vērtības saskaņā ar ražotāja ierakstiem un ņemot vērā faktu, ka ESR, kas aprēķināta pie 10 kHz, parasti ir 1/3 no testētās pie 1 kHz. Var uzskatīt, ka ESR vērtības ar 10V standarta kvalitātes kondensatoriem ir 4 reizes lielākas nekā vērtības ar zemu ESR 63V tipiem.

Tāpēc ikreiz, kad zema ESR tipa kondensators degradējas līdz līmenim, kurā tā ESR līdzinās tipiskajam elektrolītiskajam kondensatoram, tā iekšējās sasilšanas apstākļi palielināsies 4 reizes augstāk!

Gadījumā, ja redzat, ka pārbaudītā ESR vērtība pārsniedz 2 reizes lielāku vērtību, kā parādīts nākamajā attēlā, jūs varat pieņemt, ka kondensators vairs nav labākajā stāvoklī.

ESR vērtības kondensatoriem, kuru sprieguma nominālvērtības atšķiras no turpmāk norādītajām, būs starp attiecīgajām grafika līnijām.

ESR mērītājs, izmantojot IC 555

Tas nav tik tipiski, tomēr šī vienkāršā ESR shēma ir ārkārtīgi precīza un viegli uzbūvējama. Tajā tiek izmantoti ļoti parastie komponenti, piemēram, IC 555, 5 V līdzstrāvas avots, dažas citas pasīvās daļas.

Shēma ir veidota, izmantojot CMOS IC 555, kas iestatīts ar darba koeficientu 50:50.
Darba ciklu varēja mainīt, izmantojot rezistoru R2 un r.
Pat nelielas r vērtības izmaiņas, kas atbilst attiecīgā kondensatora ESR, izraisa ievērojamas IC izejas frekvences izmaiņas.

Izejas frekvenci atrisina pēc formulas:

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

Šajā formulā C atspoguļo kapacitāti, R veido (R1 + R2 + r), r apzīmē kondensatora C ESR, savukārt k ir novietots kā koeficients, kas vienāds ar:

k = (R2 + r) / R.

Lai nodrošinātu ķēdes pareizu darbību, koeficienta k vērtība nedrīkst pārsniegt 0,333.

Ja tas tiks palielināts virs šīs vērtības, IC 555 kļūs par nekontrolētu svārstību režīmu ārkārtīgi augstā frekvencē, kuru kontrolēs tikai mikroshēmas izplatīšanās aizture.

Atbildot uz koeficienta k palielināšanos no 0 līdz 0,31, IC izejas frekvencē līdz 10X atradīsit eksponenciālu incrase.

Tā kā tas palielinās vēl vairāk no 0,31 līdz 0,33, izraisiet izejas frekvenču pieaugumu vēl par 10X.

Pieņemot, ka R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimālais ESR = 0 C, k koeficientam vajadzētu būt eb aptuveni 0,3188.

Pieņemsim, ka ESR vērtība ir aptuveni 100 omi, k vērtība pie 0.3286 palielināsies par 3%. Tas tagad liek IC 555 svārstīties ar frekvenci, kas ir 3 reizes lielāka nekā sākotnējā frekvence pie r = ESR = 0.

Tas parāda, ka, palielinoties r (ESR), eksponenciāli pieaug IC izejas frekvence.

Kā pārbaudīt

Vispirms jums būs jākalibrē ķēdes reakcija, izmantojot augstas kvalitātes kondensatoru ar nenozīmīgu ESR, un tā kapacitātes vērtība ir identiska tai, kas jāpārbauda.

Jums vajadzētu būt arī nedaudziem rezistoriem ar precīzām vērtībām, kas svārstās no 1 līdz 150 omiem.

Tagad uzzīmējiet diagrammu izejas frekvence vs r kalibrēšanas vērtībām,

Pēc tam pievienojiet kondensatoru, kas jāpārbauda attiecībā uz ESR, un sāciet analizēt tā ESR vērtību, salīdzinot atbilstošo IC 555 frekvenci un atbilstošo vērtību diagrammā.

Lai nodrošinātu optimālu izšķirtspēju zemākām ESR vērtībām, piemēram, zem 10 omiem, kā arī atbrīvotos no frekvences atšķirībām, ieteicams ar rezistoru starp testējamo kondensatoru pievienot virkni no 10 omiem līdz 100 omiem.

Kad r vērtība ir iegūta no grafika, jums no tā vienkārši jāatņem fiksētā rezistora vērtība r lai iegūtu ESR vērtību.