RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов. В последнее время выход из стоя электролитических конденсаторов стал одной из основных причин поломок радиоаппаратуры. Но для правильной диагностики не всегда достаточно иметь только измеритель емкости, поэтому сегодня мы поговорим об еще одном параметре — ESR.
Что это, на что влияет и чем измеряют, я попробую рассказать в этом обзоре.

Для начала скажу, что этот обзор будет кардинально отличаться от предыдущего, хотя оба этих обзора об измерительных приборах радиолюбителя.
1. В этот раз не конструктор, а скорее «полуфабрикат»
2. Паять в этом обзоре я ничего не буду.
3. Схемы в этом обзоре также не будет, думаю что к концу обзора будет понятно, почему.
4. Данный прибор очень узконаправленный, в отличии от предыдущего «многостаночника».
5. Если о предыдущем приборе знало очень много людей, то этот почти никому неизвестен.
6. Обзор будет маленьким

Для начала, как всегда, упаковка.

К упаковке прибора претензий не возникло, простенько и компактно.

Комплектация совсем спартанская, в комплекте только сам прибор и инструкция, щупы и батарейка в комплект не входят.

Инструкция также не блещет информативностью, общие фразы и картинки.

Технические характеристики прибора, указанные в инструкции.

Ну и более понятным языком.
Сопротивление
Диапазон — 0,01 — 20 Ом
Точность — 1% + 2 знака.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
Диапазон — 0,01 — 20 Ом, работает в диапазоне конденсаторов от 0.1мкФ
Точность — 2% + 2 знака

Емкость
Диапазон — 0,1мкФ — 1000мкФ (3-1000 мкФ измеряются на частоте 3КГц, 0.1-3мкФ — 72КГц)
Точность — зависит от частоты измерения, но составляет около 2% ± 10 знаков

Индуктивность
Диапазон — 0-60 мкГн на частоте 72КГц и 0-1200 мкГн на частоте 3КГц.
Точность — 2% + 2 знака.

Для начала я расскажу что же это такое — ESR.
Многие довольно часто слышали слово — конденсатор, а некоторые даже их видели 🙂
Если не видели, то на фото ниже наиболее часто встречающиеся в технике представители.

Внешне конденсатор это обычно деталька с двумя выводами, но на самом деле все компоненты выглядят сложнее, чем кажутся на первый взгляд.
Начнем с того, что все детали неидеальны и кроме своего основного параметра еще имеют кучу «паразитных».
Так как мы говорим о конденсаторах, то для примера его и рассмотрим внимательнее.

В реальной жизни эквивалентная схема конденсатора выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже.
На картинке показаны —
C — эквивалентная емкость, r — сопротивление утечки, R — эквивалентное последовательное сопротивление, L — эквивалентная индуктивность.

А если упрощенно, то
Эквивалентная емкость — это конденсатор в «чистом» виде, т.е. без недостатков.
Сопротивление утечки — это то сопротивление, которое разряжает конденсатор помимо внешних цепей. Если провести аналогию с бочкой воды, то это естественное испарение. Оно может быть больше, может быть меньше, но оно будет всегда.
Эквивалентная индуктивность — Можно сказать что это дроссель, включенный последовательно с конденсатором. Например это обкладки конденсатора свернутые в рулон. Этот параметр мешает конденсатору при работе на высоких частотах и чем выше частота, тем больше влияние.
Эквивалентное последовательное сопротивление, ESR — Вот и тот параметр, который мы и рассматриваем.
Его можно представить как резистор, включенный последовательно с идеальным конденсатором.
Это сопротивление выводов, обкладок, физические ограничения и т.д.
В самых дешевых конденсаторах это сопротивление обычно выше, в более дорогих LowESR ниже, а ведь есть еще Ultra LowESR.
А если просто (но очень утрированно), то это все равно, что набирать воду в бочку через короткий и толстый шланг или через тонкий и длинный. Заправится бочка в любом случае, но чем тоньше шланг, тем это будет происходить дольше и с большими потерями во времени.

Из-за этого сопротивления невозможно конденсатор мгновенно разрядить или зарядить, кроме того при работе на высоких частотах именно это сопротивление греет конденсатор.
Но самое плохое то, что обычный измеритель емкости его не измеряет.
У меня часто были случаи, когда при измерении плохого конденсатора прибор показывал нормальную емкость (и даже выше), но устройство не работало. При измерении ESR-метром сразу становилось понятно, что внутреннее сопротивление у него очень высокое и работать нормально он не может (по крайней мере там, где стоял до этого).
Некоторые наверняка видели вспухшие конденсаторы. Если отсечь случаи, когда конденсаторы пухли просто лежа на полке, то остальное будет являться следствием повышения внутреннего сопротивления. При работе конденсатора постепенно увеличивается внутреннее сопротивление, происходит это от неправильного режима работы или от перегрева.
Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше начинает греться конденсатор изнутри, чем больше нагрев изнутри, тем больше растет сопротивление. В итоге электролит начинает «кипеть» и из-за повышения внутреннего давления конденсатор вспухает.

Но вспухает конденсатор не всегда, иногда на вид он абсолютно нормальный, емкость в порядке, а нормально не работает.
Подключаешь его к ESR метру, а у него вместо привычных 20-30мОм уже 1-2 Ома.
Я пользуюсь в работе самодельным ESR метром, собранным много лет назад по схеме с форума ProRadio, автор конструкции — Go.
Этот ESR метр попадается в моих обзора довольно часто и меня часто спрашивают о нем, но когда я увидел в новых поступлениях магазина уже готовый прибор, то решил заказать его для пробы.
Еще подогревало интерес то, что информации по этому прибору я нигде не нашел, ну тем интереснее 🙂

Внешне прибор выглядит как «полуфабрикат», т.е. собранная конструкция, но без корпуса.
Правда для удобства производитель установил всю эту конструкцию на такие вот пластиковые «ножки», даже гаечки пластиковые 🙂

С правого торца прибора расположены клеммы для подключения измеряемого элемента.
К сожалению схема подключения двухпроводная, а значит что чем длиннее будут провода щупов (если их использовать) тем больше будет погрешность показаний.
В более правильных конструкциях используется четырехпроводное подключение, по одной паре конденсатор заряжается/разряжается, по другой происходит измерение напряжения на конденсаторе. в таком варианте провода можно сделать хоть метр длиной, глобальной разницы в показаниях не будет.
Также рядом с клеммами находятся два контакта печатной платы, они используются при калибровке прибора (это я понял уже потом).

Снизу предусмотрено место для установки батареи питания типа 6F22 9 Вольт (Крона).

Прибор также может питаться и от внешнего источника питания, подключаемого посредством разъема MicroUSB. при подключении питания к этому разъему батарея отключается автоматически. при частом использовании я бы советовал питать прибор от USB разъема, так как батареи разражаются довольно ощутимо.
На фото также видно, что стяжка, при помощи которой крепится батарея, многоразовая. Замок стяжки имеет язычок, при нажатии на который ее можно открыть.

В собранном виде конструкция выглядит как то так.

Включается и управляется прибор всего одной кнопкой.
Включение — нажатие дольше 1 сек.
Нажатие в рабочем режиме переключает прибор между измерениями L и С-ESR.
Выключение — нажатие кнопки более чем 2 секунды.

При включении прибора высвечивается сначала название и версия прошивки, затем идет надпись, предупреждающая о том, что конденсаторы надо обязательно разрядить перед проверкой.
При удержании кнопки более двух секунд высвечивается надпись — Выключение питания и при отпускании кнопки прибор отключается.

Как я выше писал, прибор имеет два рабочих режима.
1. измерение индуктивности
2. измерение емкости, сопротивления (или ESR).
В обоих режима на экране отображается напряжение питания прибора.

Естественно посмотрим что из себя представляет начинка этого прибора.
На вид она заметно сложнее чем у предыдущего тестера транзисторов, что косвенно говорит либо о непродуманности схемы либо о лучших характеристиках, мне кажется что в данном случае скорее второй вариант.

Ну дисплей особо описывать смысла нет, классический 1602 вариант. Единственно что удивило — черный цвет текстолита.

Общее фото печатной платы я сделал в двух вариантах, со вспышкой и без, вообще прибор очень не хотел фотографироваться, мешая мне всеми возможными способами, потому заранее приношу извинение за качество.
На всякий случай напоминаю, что все фото в моих обзорах кликабельны.

«сердцем» прибора является микроконтроллер 12le5a08s2, информации по конкретно этому контроллеру я не нашел, но в даташите другой его версии проскакивала информация что он собран на ядре 8051.

Измерительная часть содержит довольно много элементов, кстати заявлено что процессор имеет 12 бит АЦП, который используется для измерения. Вообще такая разрядность весьма неплохая, скорее интересно насколько это реально.
Изначально думал начертить схему всего этого «безобразия», но потом понял, что особого смысла это не имеет, так как характеристики прибора в плане диапазона измерения не очень большие. Но если кому интересно, то можно попробовать перечертить.

Также в измерительной схеме задействован операционный усилитель, как по мне довольно неплохой, я такой использовал в усилителе сигнала с токового шунта электронной нагрузки.

Судя по всему это узел переключения питания между батареей и USB разъемом.

Снизу платы почти ничего интересного, кроме кнопки компонентов никаких нет 🙁

Но я нашел интересное даже на пустой печатной плате :)))
Дело в том, что когда я получил прибор и игрался с ним, то категорически не мог заставить его отображать емкость конденсатора выше 680мкФ, он упорно показывал OL и все.
Осматривая плату я не мог не заметить три пары контактов для подключения кнопок (судя по маркировке).
Сначала я ткнул key2, на что получил на экране — калибровка нуля (вольный перевод) — ОК.
Ха, думаю, ну щаззз мы тебя.
А вот и нет, калибровка заняла у меня уйму времени, так как из-за редкости прибора информации по нему нет, вообще. Единственное упоминание со словом калибровка было здесь.

Замыкание других пар контактов выводит на экран значения констант (судя по всему).
причем были еще варианты, с другими буквами, а также иногда при замыкании key3 проскакивала надпись — Сохранено ОК (на англ ессно).

Но вернемся к калибровке.
Прибор сопротивлялся всем своими силами.
Для начала я попробовал коротнуть клеммы пинцетом и калибровать так, но прибор в итоге показывал правильную емкость и отрицательное сопротивление у конденсаторов.
После этого я коротнул два тестовых пятачка на плате, прибор стал показывать корректное сопротивление, но диапазон измерения емкости сузился до 220-330 мкФ.
И уже после долгих поисков в инете я наткнулся на фразу (ссылка есть чуть выше) — Use 3cm thick copper wire for short circuit to clear
В переводе это означало — используйте медный провод толщиной 3см. я подумал что толщина в 3см это как то круто и скорее всего имелось в виду 3см длины.
Отрезал кусочек провода длиной около 3см и коротнул патчки на плате, стало работать гораздо лучше, но все равно не так.
Взял провод подлиннее раза в два и повторил операцию. После этого прибор стал работать уже вполне нормально и дальнейшие тесты я проводил уже после этой калибровки.

Для начала я подобрал разных компонентов, при помощи которых буду проверять как работает прибор.
На фото они уложены в соответствии с порядком тестирования, только дроссели лежат наоборот.
Все компоненты проверялись от меньшего номинала к большему.

Перед тестами я посмотрел осциллографом что выдает прибор на свои измерительные клеммы.
Судя по показаниям осциллографа частота установлена примерно на 72КГц.

В плане измерения индуктивности показания вполне сошлись с указанными на компонентах.
1. индуктивность 22мкГн
2. индуктивность 150мкГн
Кстати, в процессе калибровки я заметил, что никакие манипуляции не влияли на точность измерения емкости и индуктивности, а отражались только на точности измерения сопротивления.

С индуктивностью 150мкГн форма сигнала на клеммах выглядела так

С конденсаторами небольшой емкости также не возникло проблем.
1. 100нФ 1%
2. 0.39025 мкФ 1%

Форма сигнала при измерении конденсатора 0.39025 мкФ

Дальше пошли электролиты.
1. 4.7мкФ 63В
2. 10мкФ 450В
3. 470мкФ 100 Вольт
4. 470мкФ 25 В lowESR
Отдельно скажу насчет конденсатора 10мкФ 450 Вольт. Меня очень удивили показания и это не дефект конкретного элемента, так как конденсаторы новые и у меня их два одинаковых. показания также были одинаковые у обоих и другие приборы показывали именно емкость около 10мкФ. мало того, даже на этом приборе пару раз проскочили показания со значением около 10мкФ. почему так, мне непонятно.

1. 680мкФ 25 Вольт низкоимпедансный
2. 680мкФ 25 Вольт lowESR.
3. 1000мкФ 35 Вольт обычный Samwha.
4. 1000мкФ 35 Вольт Samwha RD серия.

Форма сигнала на контактах при тестировании обычного 1000мкФ 35 Вольт Samwha.
По идее, при измерении емких электролитов, частота должна была упасть до 3КГц, но на осциллограмме явно видно, что частота не менялась в процессе всех тестов и составляла около 72КГц.

1000мкФ 35 Вольт Samwha RD серии иногда выдавал и такой результат, проявлялось это при плохом контакте выводов с измерительными клеммами.

Уже после того как сделал групповое фото, измерил и сложил детали по своим местам я вспомнил, что забыл измерить сопротивление резисторов.
Для измерения я взял пару резисторов
1. 0.1 Ома 1%
2. 0.47 Ома 1%
Сопротивление второго резистора несколько завышено и явно вылазит за предел 1%, скорее даже ближе к 10%. но я думаю что это скорее сказывается то, что измерение проходит на переменном токе и влияет индуктивность проволочного резистора, так как мелкий резистор на 2.4 Ома показал сопротивление 2.38 Ома.

Когда искал информацию по прибору, то пару раз натыкался на фото этого прибора, где показано одновременное измерение с разными частотами, но мой прибор такое не выводит, опять же непонятно почему 🙁
То ли другая версия, то ли еще что, но разница есть. У меня вообще сложилось впечатление, что измеряет он только на частоте 72КГц.
Высокая частота измерения это хорошо, но всегда удобно иметь альтернативу.

Резюме
Плюсы
В работе прибор показал довольно неплохую точность (правда после калибровки)
Если не учитывать то, что мне пришлось его калибровать, то можно сказать что конструкция готова к работе «из коробки», но допускаю что это мне так «повезло».
Двойное питание.

Минусы
Полное отсутствие информации по калибровке прибора
Узкий диапазон измерения
У меня прибор нормально начал работать только после калибровки.

Мое мнение. Если честно, то у меня создалось стойкое двоякое впечатление о приборе. С одной стороны я получил вполне неплохие результаты, а с другой я получил больше вопросов чем ответов.
Например я так на 100% и не понял как его правильно калибровать, также не понял почему мой конденсатор на 10мкФ отображается как 2.3, ну и кроме того непонятно, почему измерение проходит только на 72КГц.
Я даже не знаю, рекомендовать его или нет. Если паять совсем не хочется, то можно использовать этот или транзистор тестер из прошлого обзора, а если хочется лучших характеристик (в основном в сторону расширения диапазона) и не нужно измерять индуктивности, то можно собрать C-ESR метр от Go.
Очень расстроил верхний диапазон измерения емкости в 1000мкФ, хотя я спокойно измерял и 2200 мкФ, но точность прибора падала, он начинал явно завышать показания емкости.

В общем на этом пока все, очень буду рад любой информации по прибору и с удовольствием добавлю ее в обзор. Допускаю что у кого нибудь он тоже есть, хотя и очень маловероятно, так как я не нашел по нему ничего, хотя часто все приборы являются повторением каких то уже известных конструкций.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

ESR-метр | Практическая электроника

В этой статье мы с вами будем собирать ESR-метр. В первый раз слышите слово “ESR”? А ну-ка бегом читать эту статью!

Для чего нужен ESR-метр

Итак, для чего нам вообще собирать ESR-метр? Для тех, кто поленился читать статью про ESR давайте вспомним, чем оно нам вредит.  Дело в том, что сейчас почти во всей электронной аппаратуре используются импульсные блоки питания. В этих импульсных блоках питания “гуляют” высокие частоты и некоторые из этих частот проходят через электролитические конденсаторы. Если вы читали статью конденсатор в цепи постоянного и  переменого тока, то наверняка помните, что высокие частоты конденсатор пропускает через себя почти без проблем. И проблем тем меньше, чем выше частота. Это, конечно, в идеале. В  реальности же в каждом конденсаторе “спрятан” резистор. А какая мощность будет выделяться на резисторе?

P=I²xR

где

P  – это мощность, Ватт

I – сила тока, Ампер

R – сопротивление, Ом

А как вы знаете, мощность, которая рассеивается на резисторе – это и есть тепло 😉 И что тогда у нас получается? Конденсатор тупо превращается в маленькую печку)). Нагрев конденсатора  – эффект очень нежелательный, так как при нагреве в лучшем случае он  меняет свой номинал, а в худшем  – просто раскрывается розочкой). Такие кондеры-розочки использовать уже нельзя.

Вздувшиеся электролитические конденсаторы – это большая проблема современной техники. Очень много отказов в работе электроники бывает именно по их вине. Визуально это проявляется в появлении припухлости в верхней части конденсатора. Видите небольшие прорези на шляпе этих конденсаторов? Это делается для того, чтобы такой конденсатор не разрывался от предсмертного шока и не забрызгивал всю плату электролитом, а ровнёхонько надрывал тонкую часть прорези и испускал тихий спокойных выдох. У советских конденсаторов таких прорезей не было, и поэтому если они и бахали, то делали это громко, эффектно и задорно)))

Но иногда бывает и так, что внешне такой конденсатор ничем не отличается от простых рабочих конденсаторов, а ESR очень велико. Поэтому, для проверки таких конденсаторов и был создан прибор под названием ESR-метр. У меня например ESR-метр идет в комплекте  с Транзистор-метром:

Минус данного прибора в том, что им можно замерять ESR только демонтированных конденсаторов. Если замерять прямо на плате, то он выдаст полную ахинею.

Схема и сборка

В интернете очень давно гуляет схема простенького ESR-метра, а точнее – приставки к мультиметру.  С помощью нее можно спокойно замерить ESR конденсатора, даже не выпаивая его из платы. Давайте же  рассмотрим схемку нашей приставки. Кликните по ней, и схема откроется в новом окне и в полный рост:

Вместо “Cx” (в штриховом прямоугольнике) мы здесь ставим конденсатор, у которого замеряем ESR.

Для того, чтобы не травить лишний раз платку, я взял макетную плату и спаял на ней. На Али я взял целый набор этих макеток. Это получается даже дешевле, чем покупать фольгированный текстолит.

С обратной стороны макетной платы для связи радиоэлементов использовал провод МГТФ

Вы легко его узнаете по розовой  окраске. Хотя бывают и другого цвета, но в основном розовый.

Что это за “фрукт”? МГТФ расшифровывается как Монтажный, Гибкий, Теплостойкий, в Фторопластовой изоляции. Этот провод  отлично подходит для электронных поделок, так как при пайке его изоляция не плавится. Это только один из плюсов.

Обратную сторону с проводами МГТФ  я показывать не буду). Там ничего интересного нет).

После сборки макетная плата выглядит вот так:

Микросхемы по привычке всегда ставлю в панельки:

При своей стоимости, панельки позволяют быстро сменить микросхему. Особенно это актуально для дорогих микроконтроллеров. Вдруг понадобится МК для других целей?)

Для подачи питания с батарейки на платку, я воспользовался стандартной клеммой от старого мультиметра:

Как быть, если у вас нет такой клеммы, а подать питание с Кроны необходимо? В таком случае, у вас наверняка есть старая батарейка Крона, так ведь? Аккуратно вскрываем корпус, снимаем клеммы батарейки, подпаиваем проводки и у нас готова клемма для подключения к новой батарейке. На крайний случай их можно также купить на Али. Выбор огромный.

Прибор выполнен в виде приставки к любому цифровому мультиметру:

Здесь есть одно “но”.  Так как мы измеряем на пределе 200 милливольт постоянного напряжения (DCV), то и значения мы получим не в Омах или миллиомах, а в милливольтах, которые затем, сверяясь со значениями полученными при калибровке прибора, мы должны будем перевести в Омы.

А вот и мой самопальный щуп:

Подобные приборы не любят длинных проводов-щупов, идущих к ножкам конденсатора, и поэтому я был вынужден сделать подобие пинцета, собранное из двух половинок фольгированного текстолита.

Внутри корпуса платка  выглядит примерно вот так:

Провода, идущие к пинцету,  закреплены каплей термоклея. Между щупами, идущими к мультиметру, стоит конденсатор керамика 100 нанофарад с целью снизить уровень помех. В схеме применен подстроечный резистор на 1,5 Килоома. С помощью этого резистора мы и будем калибровать наш приборчик.

Калибровка прибора

После того  как все собрали, приступаем к калибровке (настройке) нашего ESR-метра пошагово:

1)Если у вас есть осциллограф, замеряем на измерительных щупах напряжение с  частотой 120-180 КилоГерц. Если замеряемая частота не укладывается в этот диапазон, то меняем значение резистора R3.

2) Цепляем мультиметр и ставим его крутилку на измерение милливольт постоянного напряжения.

3) Берем резистор номиналом в 1 Ом и цепляем его к измерительным щупам. В данном случае, к нашему самопальному пинцету.

4) Добиваемся того, чтобы мультиметр показал значение в 1 милливольт, меняя значение подстроечного резистора R1

5) Теперь берем сопротивление 2 Ома, и не меняя значение R1 записываем показания мультиметра

6) Берем 3 Ома и снова записываем показания и тд. Думаю, до 8-10 Ом вам таблички хватит вполне.

Например, мы можем выставить соответствие 1 милливольт – это 1 Ом, и т. д., хотя я предпочел настроить 4,8 милливольт – 1 Ом, для того чтобы была возможность точнее измерять низкие значения сопротивления. При замыкании щупов – контактов пинцета на дисплее мультиметра значение 2,8 милливольт. Сказывается сопротивление проводов-щупов. Это у  нас типа 0 Ом ;-).

Приведу для ознакомления значения измерений низкоомных резисторов: при измерении резистора 0,68 Ом значения равны 3,9 милливольт, 1 ом – 4,8 милливольт, 2 Ома – 9,3 милливольта. У меня получилась вот такая табличка, которую я потом и наклеил на свой прибор

При измерении сопротивления в 10 Ом на экране уже показание 92,5 миллиВольт. Как мы видим, зависимость не пропорциональная.

После того, как я сделал замеры, смотрю в другую табличку:

Слева – номинал конденсатора, вверху – значение напряжения, на которое рассчитан этот конденсатор. Ну и, собственно, в  таблице максимальное значение ESR конденсатора, который можно  использовать в ВЧ схемах.

Давайте попробуем замерить ESR  у двух импортных и одного отечественного конденсатора

Как вы видите, импортные конденсаторы обладают очень маленьким ESR. Советский конденсатор показывает уже большее значение. Оно и не удивительно. Старость не в радость).

Поправки к схеме

1) Для более-менее точных измерений, желательно, чтобы питание нашего ESR-метра было всегда стабильное. Если батарейка разрядится хотя бы на 1 Вольт, то показания ESR также будут уже с погрешностью. Так что лучше постарайтесь давать питание на ESR-метр всегда стабильное. Как я уже сказал, для этого можно использовать внешний блок питания или собрать схемку на 7809 микросхеме. Например, блок питания можно собрать  по этой схеме.

2) Показания, которые выдает наша самоделка, не говорят о том, что наш самопальный прибор с  великой точностью замеряет ESR. Скорее всего, его можно отнести к пробникам. А что делают пробники? Отвечают в основном на два вопроса: да или нет ;-). В данном случае прибор “говорит”, можно ли использовать такой конденсатор или лучше все-таки поставить его в НЧ (НизкоЧастотную) схему.

Данный пробник может собрать любой, даже начинающий радиолюбитель, если у него вдруг возникнет потребность заняться ремонтами. А вот и видео его работы:

Автор – Андрей Симаков

ESR конденсатора. Принципы и методы измерения.

ESR — Equivalent Series Resistance (Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС), как один из значимых паразитных параметров электролитических конденсаторов, в последние годы приобрёл широкую популярность среди ремонтников электронной аппаратуры. Измерители и пробники ESR для многих мастеров стали прибором первой необходимости наряду с тестером или мультиметром.
Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора.

Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства.
Но, следует отметить, для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, иногда требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

На рисунке можно увидеть, что в диапазоне рабочих частот преобразователей (нескольких десятков кГц) реактивное сопротивление конденсатора большой ёмкости и паразитной индуктивности в последовательной цепи имеют значения на порядок меньше ESR и полного сопротивления переменному току (импеданса) . Следовательно, практически весь ток, который в импульсе может достигать десятков ампер, будет выделять активную мощность на сопротивлении (ESR), разогревая диэлектрик и электролит конденсатора.

Тангенс угла потерь, указываемый в технической документации производителей электролитических конденсаторов для частоты 120 Гц (типовое значение 0.1-0.22), теряет свою актуальность на рабочих частотах преобразователей ИИП и для конденсаторов фильтров их вторичных выпрямителей будет на порядки больше.
Для работы в таких режимах производители изготавливают низкоимпедансные конденсаторы (Low impedance) и указывают для них значение импеданса, измеренного на частоте 100 кГц для каждого номинала в таблицах.
Значение активной составляющей (ESR) тогда можно вычислить по формуле R = √(Z² — X²).
Например, для конденсатора Jamicon 1000uF 25V серии WL значение Z указано 0.04 Ом, учитывая его реактивное сопротивление Xc = 0.0016 Ом для указанной частоты, можно посчитать значение ESR. В миллиомах это будет примерно 39.97 мOм, что практически не отличается от значения Z= 40 мОм.
Тангенс угла потерь для данного случая R/Xc составит 39.97/1.6 приблизительно 25. Паразитная индуктивность здесь в расчётах не используется, но в отдельных случаях она может иметь существенное значение.

Большинство популярных и применяемых в ремонтной практике приборов и пробников ESR основаны на измерении полного сопротивления переменному току на частоте 40 — 100 кГц. На частотах этого порядка для электролитических конденсаторов больших номиналов такие приборы покажут значения, максимально близкие к величине ESR, которая составит основную часть импеданса на этих частотах.
Недостатком такого способа является значительная погрешность при измерении малых номиналов ёмкостей (менее 10 uF), когда реактивное сопротивление конденсатора на данной частоте соизмеримо и может превышать ESR.
Тогда прибор покажет значение импеданса, а реальное значение ESR может быть в несколько раз меньше.

Одним из требований в плане практичности использования ESR-пробников является возможность производить замеры без выпаивания конденсатора из платы. Следовательно, процесс измерения должен происходить при достаточно низком падении напряжения на проверяемом конденсаторе, исключая отпирание переходов полупроводниковых элементов схемы.

В большинстве случаев такие нехитрые измерители импеданса мастера собирают самостоятельно по схемам, широко распространённым в интернете, но кто-то применяет и свои разработки с учётом личных предпочтений в плане удобства пользования или точности измерений.
В продаже существуют как простые пробники со светодиодной или стрелочной индикацией, так и измерители с цифровой шкалой различной степени сложности.

Подробно останавливаться на принципах и методах измерения импеданса нет необходимости, таких обсуждений и описаний существует достаточно много и их нетрудно найти в интернете. Но некоторые особенности отдельных конструкций всё же могут заслуживать внимания.

В этой статье предлагается рассмотреть один из способов измерения ESR и ёмкости, как отдельных параметров конденсатора.

Достаточно точный и несложный метод, который используется во многих любительских и промышленных приборах, реализован в измерителе Micro, популярном среди мастеров – участников ремонтных форумов monitor.net.ru и monitor.espec.ws.

Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I, напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения U_R по закону:

C dU/dt = I = const.

U_R – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

В таком случае ёмкость конденсатора будет определяться выражением:

C = I dt/dU.

Если посчитать время заряда для двух фиксированных значений напряжения U₁ и U₂, взяв значение U₂ вдвое большим U₁, расчёт ёмкости будет таким:

Посчитать U_R для вычисления ESR можно несколькими способами, например, составив уравнение прямой по двум точкам и найти координату Y для нулевого значения X, либо геометрически, исходя из соотношения сторон подобных треугольников …

Активное сопротивление конденсатора (ESR) в таком случае составит:

Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на ЖК дисплей.

В некоторых подобных конструкциях для измерения ESR используется более простой, но менее точный способ.
Производится измерение уровня напряжения U_R посредством АЦП в начальный момент времени.
Несмотря на то, что измерительный импульс достаточно короткий (1-2 uS), конденсаторы меньшей ёмкости успевают зарядиться до большего значения, чем конденсаторы большой ёмкости, что создаёт некоторую погрешность в измерении ESR разных номиналов конденсаторов.

Следует учитывать, что ESR, измеренный постоянным током, является относительным показателем качества электролитического конденсатора.
Значимой составляющей ESR являются диэлектрические потери, которые существенно меняются с изменением частоты переменного тока.

Существуют более сложные и точные методики и способы измерений, основанные на анализе сдвига фаз в конденсаторе. В этом случае ESR определится произведением импеданса и тангенса угла потерь.

---

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Конденсаторная схема ESR-метра