8-900-374-94-44
Эквивалентное сопротивление (ESR) — очень важный параметр электролитического конденсатора. Фактически, это сопротивление его выводов и обкладок.
В идеале, оно должно быть очень небольшим, — доли Ома. В реальности в общем-то вполне исправный конденсатор, без потери емкости, может иметь, например, повреждение материала обкладок, коррозийное или термическое.
В результате их сопротивление может быть довольно большим, — составлять десятки и сотни Ом. Чем это плохо? Тем, что это фактически равнозначно включению последовательно конденсатору резистора такого сопротивления.
В результате ограничивается ток зарядки и разрядки. И такой конденсатор уже не может работать, например, в источнике питания, в качестве сглаживающего пульсации.
Используемый здесь способ измерения ESR состоит в том, чтобы измерить полное сопротивление конденсатора на переменном токе, то есть, сумму его сопротивления активного и реактивного.
При этом частота переменного тока устанавливается достаточно высокой, чтобы реактивное сопротивление было столь малым, что им можно пренебречь. В данном случае частота составляет около 80 кГц.
Генерирует её мультивибратор на элементе D1.1.
Но здесь нужен достаточно мощный мультивибратор, потому что для измерения столь малого сопротивления потребуется пропускать через него значительный ток.
Поэтому после мультивибратора на элементе D1.1 следует достаточно мощный выходной каскад, на остальных пяти элементах микросхемы D1, включенных параллельно. и двухтактный выход на мощных транзисторах VT1 и VT2.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного измерителя ESR электролитических конденсаторов.
Нагружен выходной каскад цепью из резисторов R2 и R3. Оба по 100 Ом. Испытуемый конденсатор подключается параллельно резистору R3. Таким образом, его сопротивление подключается параллельно R3.
И чем оно меньше, тем меньше напряжение на R3.
Переменное напряжение с R3 поступает на выпрямитель на диоде VD3 и конденсаторе СЗ.
В результате работы выпрямителя на конденсаторе СЗ выделяется постоянное напряжение, которое тем больше, чем больше сопротивление испытуемого конденсатора.
Далее это напряжение поступает на измеритель на микроамперметре Р1. Резистор R4 и диод VD4 служат для защиты микроамперметра от избыточного тока, когда испытуемый конденсатор не подключен или у него очень большое ESR.
Подстроечный резистор R5 служит для калибровки прибора. Для калибровки прибора и разметки шкалы нужны образцовые постоянные резисторы низкого сопротивления. Например, 30 Ом, 10 Ом, 5 Ом, 3 Ом, 1 Ом, 0,5 Ом, 0,3 Ом.
Точного измерения ESR не требуется, потому что важно знать не какое оно именно, а насколько оно велико, и стоит ли использовать такой конденсатор. Поэтому, можно выбрать и типовой ряд резисторов, например, 30 Ом, 10 Ом, 5,1 Ом, 3 Ом, 1 Ом, 0,51 Ом, 0,3 Ом.
Перед первым включением питания нужно резистор R5 установить на мини минимальное положение (вниз по схеме).
Затем, подключаем самый большой резистор, в данном случае 30 Ом.
Включаем питание, и подстройкой R5 устанавливаем стрелку микроамперметра на максимальное значение шкалы. Можно на шкале сделать метку «30».
Затем, подключаем резистор 10 Ом, делаем метку «10», далее подключаем резистор 5 Ом, делаем метку «5», и так далее.
Теперь прибор сможет измерять ESR до 30 Ом. Если больше, — он зашкаливает. Прибор можно откалибровать и на другие значения, например, выбрать максимум 100 Ом (самый большой калибровочный резистор будет 100 Ом) или выбрать максимум 10 Ом (самый большой калибровочный резистор будет на 10 Ом).
Горчук Н. В. РК-08-2020.
Схема приставки к стрелочному тестеру для измерения ESR конденсаторов
Схема самодельной приставки к стрелочному тестеру, которая позволит измерять ESR у электролитических конденсаторов.
1 3111 0
Самодельный измеритель ESR электролитических конденсаторов (CD40106B)
Эквивалентное сопротивление (ESR) — очень важный параметр электролитического конденсатора.
Фактически, это сопротивление его выводов и обкладок. В идеале, оно должно быть очень небольшим, — доли Ома. В реальности в общем-то вполне исправный конденсатор, без потери емкости, может иметь, например …
1 3330 0
Простой индикатор ESR конденсаторов, собран на одном транзисторе
Схема самодельного индикатора, который предназначен для тестирования электролитических конденсаторов на пригодность. Если у конденсатора высокое внутреннее сопротивление, он не пригоден в большинстве случаев, даже если его емкость не понижена. Рис. 1. Принципиальная схема очень простого индикатора ESR конденсаторов, собран …
1 4441 0
Простые схемы измерителей ESR оксидных конденсаторов
В статье приводятся варианты схемы простого прибора, позволяющего находить неисправные электролитические конденсаторы, не выпаивая их из схемы. Кроме того, данным прибором можно «прозванивать» электрические цепи, проверять прохождение сигнала в устройствах ВЧ и НЧ, оценивать моточные .
..
6 21805 1
Прибор для измерения емкости электролитических конденсаторов
Этот измеритель является простым устройством, служащим для измерения емкости электролитических конденсаторов от 1 мФ до 4700 мФ. Его точность — около 5% — в большей мере зависит от точности исполнения и градуировки. Принцип действия устройства следующий: измеряемый конденсатор Сх заряжается током…
1 9387 7
Измеритель емкости на логических микросхемах (К1ЛБ553, К155ИЕ2)
Схема простого самодельного измерителя емкости на логических микросхемах. Измеритель емкости состоит из генератора импульсов (D1.1—D1.3), делителя частоты-(02—D4), электронного ключа (V1) и измерительной цепи (V2, R7 и Р1). Принцип действия прибора основан на измерении среднего тока разряда измеряемого конденсатора, заряженного от источника …
0 6072 0
Измеритель емкости на операционном усилителе К153УД1 (МАА501)
Принципиальная схема самодельного измерителя емкости конденсаторов.
выполнена на операционном усилителе К153УД1. Принцип действия измерителя емкости конденсаторов от нескольких пикофарад до 5 мкФ основан на измерении переменного тока, протекающего через исследуемый конденсатор …
1 7252 0
Простой стрелочный измеритель емкости электролитических конденсаторов
Схема измерителя емкости электролитических конденсаторов, которые в процессе эксплуатации и хранения изменяют свою емкость, поэтому иногда возникает необходимость измерения их емкости. Принцип действия измерителя емкости конденсаторов от 3000 пФ — 300 мкгФ основан на измерении пульсирующего тока, протекающего …
0 7960 0
Приставка к частотомеру для проверки конденсаторов (icm7555)
Для измерения емкости конденсаторов можно воспользоваться схемой, рис., и любым частотомером. Схема представляет из себя приставку к частотомеру, по показаниям которого при помощи пересчета можно определить емкость.
1 6347 0
Испытатель конденсаторов (155ЛА3)
С помощью такого прибора можно проверить, нет ли внутри конденсаторов обрыва или короткого замыкания, значительной утечки. Рассчитан он на конденсаторы емкостью более 50 пФ. Основой прибора является собранный на элементах …
1 6818 0
» Перейти к дополнительным материалам
Время идет, и в конце концов все идет под откос. Это включает в себя меня, вас и, что удивительно, большинство тех конденсаторов, которые вы годами копили в своем мусорном ящике, просто ожидая проекта, чтобы использовать их. Зачем упоминать конденсаторы? Потому что типы с высокой емкостью, такие как алюминиевые электролиты и танталы, могут медленно ухудшаться с течением времени. Внутреннее сопротивление, называемое «эквивалентным последовательным сопротивлением» (или ESR), может увеличиться, что приведет к потере мощности и нагреву.
Это может произойти, если конденсатор подвергся электрическому напряжению или повышенной температуре, или даже когда он просто лежит на складе и ни к чему не подключен.
С помощью прибора, который я описываю в этой статье, вы можете проверить свой запас конденсаторов или конденсаторов в старинном оборудовании, которое вы, возможно, восстанавливаете, чтобы отсеять те, которые могут не соответствовать номиналу. Кроме того, эту конструкцию легко собрать и настроить, используя только стандартные сквозные детали (без устройств поверхностного монтажа!) и без микропроцессоров. В соответствии с этим «ретро» подходом результат измерения отображается на обычном панельном измерителе с подвижной катушкой.
Я считаю это устройство полезным гаджетом на рабочем месте. У меня есть куча конденсаторов, которые я накопил за многие годы — некоторые из них были извлечены из старого оборудования или использованы в нескольких проектах. Трудно сказать, каким злоупотреблениям и деградации они могли подвергнуться, и я определенно не хочу использовать в своем следующем проекте компонент, который меня подведет, каким бы безупречным он ни был.
Как подробно описано во врезке («Как на самом деле выглядит конденсатор»), на потери мощности в конденсаторе влияет ряд факторов. Эти потери можно объединить в ESR, который выглядит как небольшое сопротивление, включенное последовательно с идеальным (без потерь) конденсатором.
Простой метод измерения ESR состоит в том, чтобы подать на конденсатор известный переменный ток (Icap) на некоторой частоте, когда реактивное сопротивление конденсатора очень мало, так что ESR преобладает. Измерьте результирующее напряжение переменного тока, развиваемое на клеммах конденсатора (Vcap), и вы сможете найти ESR, растянув закон Ома:
ESR = Vcap/Icap
Это основа измерителя ESR, который я описываю в этой статье. Взгляд на модель эквивалентной схемы, показанную на боковой панели, должен прояснить это.
Все конденсаторы имеют индуктивный компонент, который может мешать измерению ESR. В некоторых измерителях ESR для проверки конденсатора используется прямоугольный или импульсный источник, и возникающие в результате индуктивные выбросы могут вызвать аномально высокие показания ESR.
Соответственно, я включил в конструкцию источник синусоидального сигнала, чтобы избежать такой возможности.
Блок-схема в На рисунке 1 показано, что измеритель ESR состоит из четырех основных частей:
РИСУНОК 1. Блок-схема измерителя ESR.
Полная электрическая принципиальная схема измерителя ESR показана на рис. 2 .
РИСУНОК 2. Электрическая схема измерителя ESR.
Он обеспечивает необходимый сигнал переменного тока для управления током через тестируемый конденсатор.
Схема здесь работает на частоте примерно 100 кГц, что является отраслевым стандартом для измерения ESR. Одна секция двойного операционного усилителя U1 в этом приложении работает как генератор с фазовым сдвигом. Мне нравится эта схема, и я использовал ее в нескольких проектах. Он прост в реализации и дает довольно хорошее приближение к синусоиде. Он идеально подходит для генерации сигнала фиксированной частоты через звуковые частоты и выше, если требования не слишком высоки.
Другая секция U1 действует как буфер и усилитель. Поскольку схема генератора с фазовым сдвигом имеет умеренно высокое выходное сопротивление, это предотвращает нагрузку на схему генератора. Также имеется потенциометр регулировки усиления (R8), который позволяет регулировать уровень сигнала 100 кГц. Резисторы R6 и R7 вносят небольшое смещение постоянного тока в переменный от генератора, так что сигнал, проходящий на детектор ESR, имеет небольшое положительное смещение. Поскольку этот сигнал подается на тестируемый конденсатор, для поляризованных конденсаторов требуется некоторое смещение постоянного тока.
Цепь между генератором и буферным усилителем проходит через 3,5-мм монофонический разъем J1 на передней панели коммутации. Гнездо подключено таким образом, что внешний источник переменного тока, подключенный к нему, прерывает работу встроенного генератора 100 кГц и заменяет его. Эта функция позволяет вам измерять ESR на разных частотах, если вы того пожелаете.
Если вас интересует подробное объяснение того, как работает генератор с фазовым сдвигом, вы можете найти файл в формате pdf среди загрузок.
Вот оно, ребята! Именно здесь происходит большая часть действия. Первая секция операционного усилителя U2 представляет собой преобразователь напряжения в ток, в котором сигнал частотой 100 кГц от генератора преобразуется в ток около 7 мА от пика к пику. Испытываемый конденсатор (CUT) подключается внутри контура обратной связи этого каскада через два зажимных контакта на передней панели, поэтому через CUT протекает тот же ток.
Диод D1 — параллельно ПЧ — обеспечивает путь разряда ПЧ при подключении его к измерителю ESR в случае, если он уже заряжен.
При нормальной работе напряжение на CUT настолько низкое, что D1 никогда не включается, поэтому не влияет на работу схемы.
Теперь, когда мы установили известный переменный ток через CUT, осталось только измерить развиваемое на нем напряжение. Величина этого напряжения прямо пропорциональна ESR CUT. СОЭ обычно очень низкое — самое большее несколько десятков Ом — так что это напряжение будет в милливольтовом диапазоне. Вторая секция U2 сконфигурирована как дифференциальный усилитель со связью по переменному току с коэффициентом усиления 22, что повышает переменную составляющую напряжения на CUT до более удобного уровня для каскада усилителя измерителя.
Я хотел, чтобы СОЭ отображалось на обычном панельном измерителе с подвижной катушкой 0–1 мА. (Это мой личный вкус.) Для такого прибора я просто предпочитаю внешний вид традиционного панельного измерителя цифровым цифровым показаниям. Чтобы это произошло, напряжение переменного тока от детектора ESR должно быть соответствующим образом масштабировано и преобразовано в постоянный ток.
Это работа U3 и диодного моста D2-D5.
Переменный ток от детектора ESR, который представляет уровень ESR, который мы пытаемся измерить, подается на операционный усилитель U3. Выход U3 проходит через R24, через мостовую схему, состоящую из диодов Шоттки D2-D5, и через токоизмерительные резисторы R20 и R21 на землю. Напряжение, возникающее на этих резисторах, подается обратно на инвертирующий вход U3, таким образом замыкая петлю обратной связи.
Внутри диодного моста переменный ток выпрямляется и проходит через измеритель на передней панели, который реагирует только на среднюю (т.е. постоянную) составляющую. За счет включения моста в контур обратной связи операционного усилителя устраняется большая часть нелинейностей, присущих использованию моста для управления измерителем с подвижной катушкой.
Переключатель SW1 соединяет R20 параллельно с R21, уменьшая значение комбинации резисторов измерения тока и тем самым повышая чувствительность измерителя. При замкнутом переключателе SW1 максимальная чувствительность измерителя ESR составляет один ом.
Когда он открыт, требуется ESR в пять Ом, чтобы привести измеритель в полную шкалу.
Коэффициент усиления этого каскада устанавливается резисторами R17, R18 и R19. Последний представляет собой подстроечный потенциометр на 10 кОм, используемый для настройки калибровки измерителя ESR после сборки схемы.
Если на прибор ESR подается питание без подключенного CUT, R24 ограничивает средний ток через панельный измеритель до максимального значения около 2 мА, тем самым немного облегчая жизнь измерителю.
В этой конструкции я решил использовать шины питания +5 В и -5 В для операционных усилителей. Это упрощает конструкцию схемы и, на мой взгляд, облегчает ее выполнение. Подход с однополярным питанием потребовал бы дополнительного усложнения, связанного с обеспечением виртуального опорного заземления по всему измерителю ESR. Обычный трехвыводной регулятор напряжения на входе U5 питает шину +5В. Шина -5V легко питается от U4 — модного компонента от Texas Instruments (TI), который удобно выдает постоянное напряжение, равное по величине его входу, но с обратной полярностью.
Я воспользовался услугами ExpressPCB ( www.expresspcb.com ) для компоновки и изготовления печатной платы (ПП) для этого проекта. Их стандартная недорогая плата MiniBoard очень хорошо помещается в алюминиевом корпусе размером 3 x 4 x 5 дюймов, в котором достаточно места для измерителя 0-1 мА и двух клемм для установки на передней панели. На печатной плате (показана на рис. 3 ) J1 (разъем внешнего источника), SW1 (переключатель измерительного диапазона) и D7 (индикатор включения) располагаются вдоль одного края.
РИСУНОК 3. Печатная плата.
Печатная плата монтируется на стойках 1/4” на одной из стенок корпуса с соответствующими отверстиями на передней панели для обеспечения доступа к этим трем компонентам. См. , рисунки 4 , 5 и 6 .
РИСУНОК 4. Измеритель ESR после калибровки. Измеритель отображает значение тестового резистора в один Ом.
РИСУНОК 5. Измеритель ESR в действии, показывающий ESR старого (код даты 1966) танталового конденсатора емкостью 100 мкФ как 0,3 Ом.
РИСУНОК 6. Внутренняя проводка, показывающая монтаж печатной платы и кабели к передней и задней панелям.
Файлы схемы и платы ExpressPCB можно найти в файлах для загрузки.
Каждая из контрольных точек заземления — +5 В, -5 В, TP1, TP2 и TP3 — выполнена из короткого отрезка сплошного соединительного провода. Один конец впаивается в отверстие на печатной плате, а свободный конец превращается в петлю для удобного захвата зажимами или тестовыми щупами.
Рис. 6 представляет собой вид корпуса изнутри, показывающий внутреннюю проводку. Здесь видно, что подключения к измерителю передней панели и клеммным колодкам выведены с печатной платы четырехштырьковым разъемом J2, а питание с задней панели — через двухштырьковый разъем J3.
Необработанное питание постоянного тока (от 9 до 16 В постоянного тока) подается через коаксиальный разъем 2,1 мм и тумблер SPST на задней панели, как показано на Рисунок 7 .
РИСУНОК 7. Задняя панель измерителя ESR.
Текущие требования довольно скромны. Вся схема работает при токе менее 40 мА. Очень хорошо работает настенный источник питания хорошего качества, а также щелочная батарея 9 В.
Лист с этикетками передней панели и новая лицевая сторона измерителя панели были нарисованы с помощью Microsoft Visio, напечатаны на плотной бумаге и приклеены на место.
На печатной плате имеется два подстроечных потенциометра. Один (R8) используется для регулировки выходного сигнала фазовращателя примерно до 1,8 В от пика до пика, а другой (R19) устанавливает чувствительность измерителя. Полную информацию об этой процедуре можно найти в загрузках по ссылке на статью.
На рис. 4 показан результат этой настройки с резистором в один Ом, подключенным к клеммам CUT. В Рисунок 5 танталовый конденсатор емкостью 100 мкФ измеряется для ESR.
Большинство проектов столкнулись с одной или двумя загвоздками, и этот тоже. Если внимательно присмотреться, то можно заметить небольшое несоответствие между фото печатной платы в Рисунок 3 и файл компоновки ExpressPCB, включенный в онлайн-файлы. Это результат моей первоначальной ошибки при проектировании, которая потребовала от меня отрезать пару дорожек печатной платы и переместить компоненты R7 и C4. Я исправил разводку печатной платы постфактум, и файл разводки ExpressPCB в загрузках содержит эти исправления и согласуется со схемой.
Этот измеритель в принципе подходит для проверки ESR конденсатора, не снимая его с оборудования, к которому он подключен. Импеданс окружающих цепей обычно намного выше, чем измеряемое ESR, а напряжение, развиваемое на CUT, довольно мало: менее 100 милливольт — слишком мало, чтобы включить какие-либо полупроводниковые переходы поблизости. Конечно, питание оборудования должно быть отключено, а измеритель ESR, вероятно, должен работать от изолированного источника питания, такого как 9батарея В.
Я сам не пробовал этот тип измерения, но не вижу причин, по которым он не увенчается успехом.
Здесь я хотел бы отметить некоторые ограничения этого прибора, да и почти любого измерителя ESR:
И последнее замечание: измерение СОЭ обычно не требует высокой степени точности, и измеритель, описанный в этой статье, должен подойти для рутинного устранения неполадок. В моем случае это было очень полезно для выявления сомнительных компонентов, возможно, избавив меня от разочарования в будущем проекте. NV
| ПУНКТ | ОПИСАНИЕ | ПРОИЗВОДИТЕЛЬ/НОМЕР ДЕТАЛИ |
|---|---|---|
| С1, С2, С3 | 1 нФ, 100 В, керамический | Вишай K102K10X7RH5UH5 |
| С4, С5, С6, С9 | 0,1 мкФ, 50 В, керамический | Вишай K104K10X7RF5UH5 |
| С7 | 22 мкФ, 16 В, тантал | Кемет Т350Ф226К016АТ7301 |
| С8 | 10 мкФ, 35 В, тантал | Кемет Т350Г106К035АТ7301 |
| Д1 | 1N4148 | |
| Д2, Д3, Д4, Д5 | 1N5711 Диод Шоттки | |
| Д6 | 1N4007 | |
| Д7 | Красный светодиод | |
| Дж1 | Переключаемый разъем 3,5 мм | ЦУИ МДЖ-3502Н |
| Дж2 | Четырехконтактный штыревой разъем | |
| Дж3 | Двухштыревая вилка | |
| Р1, Р15, Р16 | 22К | |
| Р2 | 1 мегабайт | |
| Р3, Р4, Р5 | 2. 2К | |
| Р6 | 100К | |
| Р7 | 820К | |
| Р8, Р19 | Триммер 10K | Борнс 3339P-1-103LF |
| Р9, Р18 | 10К | |
| Р10 | 0 | [перемычка] |
| Р11 | 47 | |
| Р12 | 270 | |
| Р22 | 220 | |
| Р13, Р14 | 1К | |
| Р17 | 1,5К | |
| Р20 | 180 | |
| Р21, Р23 | 680 | |
| Р24 | 560 | |
| Р25 | 330 | |
| SW1 | Тумблер SPDT | К&К 7101SD9ABE |
| ТР1, ТР2, ТР3 | Контрольная точка | [нет] |
| У1, У2, У3 | Сдвоенный операционный усилитель | Техасский институт TL082CP |
| У4 | Преобразователь напряжения | Техасский институт TL7660CP |
| У5 | Прил. регулятор напряжения | Техасский институт TL317CLP |
| (4) Восьмиконтактные разъемы DIP IC (дополнительно) | ||
| Панельный измеритель 0–1 мА | ||
| (2) соединительные стойки | ||
| Кулисный переключатель (выключатель питания), SPST | ||
| Коаксиальный разъем постоянного тока 2,1 мм | ЦУИ PJ-011A | |
| Печатная плата 2,5 x 3,8 дюйма | ExpressPCB | |
| Корпус 3 x 4 x 5 дюймов | Хаммонд Производитель 1411-LU | |
| ПРИМЕЧАНИЕ. Все резисторы с осевым выводом, мощностью 1/8 Вт или выше. | ||
В этом мире нет ничего идеального, в том числе электронных компонентов.
Резисторы имеют небольшую емкость и индуктивность; катушки индуктивности имеют незначительное сопротивление; и конденсаторы имеют все вышеперечисленное. К счастью, в большинстве случаев этими «паразитными» величинами можно пренебречь и рассматривать используемые нами компоненты как идеальные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
Заметьте, я сказал «в большинстве случаев». Конденсаторы — особенно электролитические с большими номиналами — могут страдать от кажущегося резистора с малым сопротивлением, который кажется включенным последовательно с идеальным конденсатором. Это называется эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) конденсатора. Это «иллюзорно», потому что СОЭ не является истинным сопротивлением; скорее, это результат сочетания многих факторов, каждый из которых в той или иной степени способствует потерям мощности в конденсаторе. Рисунок A представляет собой эквивалентную схему типичного реального конденсатора и дает лучшее представление о том, о чем я говорю.
Для конденсаторов большой емкости и на низких частотах паразитной индуктивностью, показанной в модели, обычно можно пренебречь и объединить два сопротивления в одно.
РИСУНОК A. Модель эквивалентной схемы конденсатора (вверху) и ее упрощение до идеального конденсатора и одного сопротивления (внизу).
Поскольку вы читаете этот журнал, вы, вероятно, уже знаете, что каждый конденсатор в основном представляет собой пару проводников, разделенных диэлектриком. Проводники в электролитическом конденсаторе большой емкости обычно представляют собой полоски фольги. Диэлектрик представляет собой изолирующий оксидный слой, сформированный на одной из полос («анод» или положительный электрод), плюс жидкий или пастообразный электролит, который действует как второй электрод конденсатора («катод»). Этот материал может вызывать коррозию, поэтому, если у вас есть физически поврежденный конденсатор, из которого сочится электролит, будьте осторожны, чтобы он не попал на кожу.
Потери в диэлектрике, а также утечка через конденсатор и сопротивление в сварных швах и механических обжимных контактах на клеммах — все это влияет на ESR.
Проблема вот в чем: со временем — особенно при повышенных температурах — жидкий электролитный компонент диэлектрика высыхает (или вытекает). Емкость может не сильно измениться, а вот удельное сопротивление увеличится; следовательно, СОЭ повышается. Что еще хуже, в зависимости от диэлектрического материала ESR может меняться в зависимости от частоты. Это может быть проблемой, если конденсатор должен работать со значительным переменным током, как, например, в импульсном источнике питания. Высокий ESR в сочетании с большим током означает, что в конденсаторе рассеивается дополнительная мощность. Результирующее повышение температуры может привести к дальнейшей деградации и преждевременному выходу из строя.
Алюминиевые электролитические конденсаторы особенно подвержены этой проблеме, особенно если они используются уже долгое время.
Твердотельные танталовые конденсаторы также имеют проблемы с ESR, но в меньшей степени. Маленькие керамические конденсаторы по существу свободны от этой чумы.
201601-Coyle.zip
Файл и схема Express PCB
Передняя панель Art
Процедура настройки и калибровки
Фазовый сдвиг osc secrets.pdf
В посте обсуждается простая схема измерителя ESR, которую можно использовать для определения неисправных конденсаторов в электронной схеме, практически не снимая их с печатной платы. Идея была запрошена Руководством Софиан
У вас есть схема про ESR метр. Техники рекомендуют мне проверять сначала электролит каждый раз, когда я сталкиваюсь с мертвой цепью, но я не знаю, как ее измерить.
Заранее спасибо за ответ.
Что такое ESR ESR, что означает эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой пренебрежимо малое значение сопротивления, которое обычно становится частью всех конденсаторов и катушек индуктивности и появляется последовательно с их фактическими единичными значениями, однако в электролитических конденсаторах особенно из-за по мере старения значение СОЭ может продолжать увеличиваться до аномальных уровней, что неблагоприятно влияет на общее качество и реакцию задействованной схемы.
Развивающееся ESR в конкретном конденсаторе может постепенно увеличиваться с нескольких миллиом до 10 Ом, что серьезно влияет на реакцию схемы.
Однако объясненное выше ESR не обязательно означает, что емкость конденсатора также будет затронута, на самом деле значение емкости может остаться неизменным и хорошим, но производительность конденсатора ухудшится.
Из-за этого сценария обычный измеритель емкости полностью не может обнаружить неисправный конденсатор с высоким значением ESR, и технический специалист считает, что конденсаторы в порядке с точки зрения значения емкости, что, в свою очередь, чрезвычайно затрудняет поиск и устранение неисправностей.
В тех случаях, когда обычные измерители емкости и омметры становятся совершенно неэффективными при измерении или обнаружении аномального ESR в неисправных конденсаторах, измеритель ESR становится чрезвычайно удобным для идентификации таких вводящих в заблуждение устройств.
По сути, значение ESR конденсатора (в омах) показывает, насколько хорош конденсатор.
Чем ниже значение, тем выше рабочие характеристики конденсатора.
Тест ESR дает нам быстрое предупреждение о неисправности конденсатора и является намного более полезным по сравнению с тестом емкости.
На самом деле, несколько дефектных электролитов могут показать ОК при проверке с использованием стандартного измерителя емкости.
В последнее время мы говорили со многими людьми, которые не поддерживают значение СОЭ и то, в каком восприятии оно отличается от емкости.
Поэтому я думаю, что стоит предоставить отрывок из технологических новостей известного журнала, автором которого является Дуг Джонс, президент Independence Electronics Inc. Он эффективно решает проблему ESR. «ESR — это активное естественное сопротивление конденсатора по отношению к сигналу переменного тока.
Более высокое ESR может привести к временным осложнениям, нагреву конденсатора, увеличению нагрузки на цепь, общему отказу системы и т. д.
Импульсный блок питания с конденсаторами с высоким значением ESR может не запуститься оптимальным образом или вообще не запуститься.
Экран телевизора мог быть перекошен с боков/сверху/снизу из-за высокого ESR конденсатора. Это также может привести к преждевременному выходу из строя диодов и транзисторов.
Все эти и многие другие проблемы обычно вызываются конденсаторами с соответствующей емкостью, но большим ESR, который не может быть определен как статическая величина и по этой причине не может быть измерен с помощью стандартного измерителя емкости или омметра постоянного тока.
ESR проявляется только при подаче переменного тока на конденсатор или при постоянном изменении состояния диэлектрического заряда конденсатора.
Это можно рассматривать как полное сопротивление конденсатора по фазе переменному току в сочетании с сопротивлением постоянному току выводов конденсатора, сопротивлением постоянному току соединения с диэлектриком конденсатора, сопротивлением пластины конденсатора и внутренним сопротивлением диэлектрического материала. сопротивление фазы переменному току при определенной частоте и температуре.
Все элементы, вызывающие образование ESR, можно рассматривать как резистор, включенный последовательно с конденсатором. Этот резистор на самом деле не существует как физический объект, поэтому немедленное измерение «резистора ESR» просто невозможно. Если, с другой стороны, доступен подход, который помогает скорректировать результаты емкостного реактивного сопротивления, и предполагая, что все сопротивления находятся в фазе, ESR можно определить и проверить, используя фундаментальную формулу электроники Э = Я х Р!
Приведенная ниже схема на основе операционного усилителя, без сомнения, выглядит сложной, поэтому после некоторого размышления я смог придумать эту простую идею для быстрой оценки ESR любого конденсатора.
Однако для этого вам нужно будет сначала рассчитать, каким идеальным сопротивлением обладает конкретный конденсатор, используя следующую формулу: в Омах),
Значение Xc даст вам эквивалентное сопротивление (идеальное значение) конденсатора.
Затем найдите силу тока по закону Ома:
I = V / R, Здесь V будет 12 x 1,41 = 16,92 В, R будет заменено на Xc, полученным из приведенной выше формулы.
Как только вы найдете идеальный номинальный ток конденсатора, вы можете использовать следующую практическую схему для сравнения результата с расчетным значением, приведенным выше.
Для этого вам потребуются следующие материалы:
считывание относительно того, какой ток конденсатор может пропустить через него.
Запишите ток, измеренный с помощью приведенной выше настройки, и ток, полученный по формуле.
Наконец, снова используйте закон Ома, чтобы оценить сопротивление по двум показаниям тока (I).
R = V / I, где напряжение V будет 12 x 1,41 = 16,92, «I» будет соответствовать показаниям.
В приведенном выше примере, если вы не хотите проводить расчеты, вы можете использовать для сравнения следующее эталонное значение для получения идеального реактивного сопротивления конденсатора.
Согласно формуле, идеальное реактивное сопротивление конденсатора емкостью 1 мкФ составляет около 1600 Ом при частоте 100 Гц. Мы можем взять это значение в качестве критерия и оценить значение любого желаемого конденсатора с помощью простого обратного перекрестного умножения, как показано ниже.
Предположим, мы хотим получить идеальное значение конденсатора 10 мкФ, просто оно будет следующим:
1/10 = x/1600
x = 1600/10 = 160 Ом результат, полученный путем решения тока амперметра по закону Ома. Разница скажет нам об эффективном ESR конденсатора.
ПРИМЕЧАНИЕ. Напряжение и частота, используемые в формуле и практическом методе, должны быть идентичными.
Измеритель ESR можно использовать для определения исправности сомнительного конденсатора при поиске и устранении неисправностей в старой электронной схеме или блоке.
Более того, эти измерительные приборы хороши тем, что их можно использовать для измерения ESR конденсатора без необходимости снятия или изоляции конденсатора от печатной платы, что значительно упрощает работу пользователя.
На следующем рисунке показана простая схема измерителя ESR, которую можно построить и использовать для предлагаемых измерений.
Принципиальная схема
Схема может быть понята следующим образом:
TR1 вместе с присоединенным NPN-транзистором образует простой блокирующий генератор с обратной связью, который колеблется на очень высокой частоте.
Колебания индуцируют пропорциональное по величине напряжение на вторичной обмотке трансформатора из 5 витков, и это индуцированное высокочастотное напряжение прикладывается к рассматриваемому конденсатору.
Операционный усилитель также может быть подключен к вышеупомянутому низковольтному высокочастотному каналу и сконфигурирован как усилитель тока.
При отсутствии ESR или в случае нового исправного конденсатора измеритель настроен на отображение полного отклонения шкалы, указывающего минимальное ESR на конденсаторе, которое пропорционально уменьшается до нуля для разных конденсаторов с разным уровнем ESR.
Более низкое ESR вызывает относительно более высокий ток, развивающийся на инвертирующем входе датчика операционного усилителя, который соответственно отображается на измерителе с более высокой степенью отклонения, и наоборот.
Верхний транзистор BC547 вводится в качестве каскада регулятора напряжения с общим коллектором, чтобы каскад генератора работал с более низким напряжением 1,5 В, чтобы другое электронное устройство на печатной плате вокруг тестируемого конденсатора не подвергалось испытанию. частота от ESR метра.
Процесс калибровки счетчика прост. Удерживая измерительные провода закороченными вместе, предустановка 100k рядом с измерителем uA регулируется до тех пор, пока на циферблате измерителя не будет достигнуто полное отклонение шкалы.
После этого можно проверить различные конденсаторы с высокими значениями ESR в измерителе с соответственно более низкими степенями отклонения, как описано в предыдущем разделе этой статьи.
Трансформатор монтируется на любом ферритовом кольце с использованием любого тонкого магнитного провода с указанным числом витков.
Схема обеспечивает отрицательное сопротивление для согласования ESR тестируемого конденсатора, создавая непрерывный последовательный резонанс через фиксированную катушку индуктивности. На рисунке ниже показана принципиальная схема измерителя esr. Отрицательное сопротивление создается микросхемой 1b: Cx указывает на испытуемый конденсатор, а L1 позиционируется как фиксированная катушка индуктивности.
Pot VR1 облегчает настройку отрицательного сопротивления. Для проверки просто продолжайте поворачивать VR1 до тех пор, пока колебания не прекратятся. Как только это будет сделано, значение СОЭ можно будет проверить по шкале, прикрепленной за циферблатом VR1.
При отсутствии отрицательного сопротивления L1 и Cx работают как последовательный резонансный контур, который подавляется сопротивлением L1 и ESR Cx. Эта схема ESR начнет колебаться, как только на нее подается питание через триггер напряжения.
IC1 действует как генератор для генерации выходного сигнала прямоугольной формы с некоторой низкой частотой в Гц. Этот конкретный выход дифференцируется для создания всплесков напряжения (импульсов), которые запускают присоединенный резонансный контур.
Как только ESR конденсатора вместе с сопротивлением R1 стремятся завершиться отрицательным сопротивлением, колебание звона переходит в постоянное колебание. Это впоследствии включает светодиод D1. Как только колебание прекращается из-за падения отрицательного сопротивления, светодиод гаснет.
В случае обнаружения короткозамкнутого конденсатора на Cx светодиод загорается с повышенной яркостью. В течение периода колебаний резонансного контура светодиод включается только через полупериоды с положительным фронтом формы волны: что приводит к тому, что он загорается только с 50% своей полной яркости. IC 1d обеспечивает половинное напряжение питания, которое используется в качестве опорного для IC1b.
S1 можно использовать для регулировки коэффициента усиления ICIb, который, в свою очередь, изменяет отрицательное сопротивление для включения широких диапазонов измерения ESR в пределах 0–1, 0–10 и 0–100 Ом.
Перечень деталей
Катушка индуктивности L1 изготовлена путем намотки непосредственно вокруг 4 внутренних опор корпуса, которые можно использовать для привинчивания углов печатной платы.
Количество витков может составлять 42 при использовании медной суперэмалированной проволоки 30 SWG. Создавайте L1 до тех пор, пока у вас не будет сопротивления 3,2 Ом на концах обмотки или около 9 Ом.Значение индуктивности 0 мкГн.
Толщина провода не имеет решающего значения, но значения сопротивления и индуктивности должны соответствовать указанным выше.
При описанных выше подробностях обмотки конденсатор емкостью 1000 мкФ, протестированный в слотах Cx, должен генерировать частоту 70 Гц.
Конденсатор емкостью 1 пФ может вызвать увеличение этой частоты примерно до 10 кГц.
Изучая схему, я подключил кварцевый наушник через конденсатор 100 нФ на R19 для проверки уровней частот. Щелчки частоты прямоугольной волны были хорошо слышны, в то время как VR1 был отрегулирован далеко от места, в котором колебания прекратились. По мере того, как VR1 приближался к критической точке, я начал слышать чистый звук низковольтной синусоидальной частоты.
Возьмите высококачественный конденсатор емкостью 1000 мкФ с номинальным напряжением не менее 25 В и вставьте его в точки Cx. Постепенно изменяйте VR1, пока не обнаружите, что светодиод полностью погас. Отметьте эту конкретную точку за шкалой потенциометра как 0,1 Ом.
Затем подключите известный резистор последовательно с существующим тестируемым Cx, что вызовет загорание светодиода, теперь снова отрегулируйте VR1, пока светодиод не выключится.
В этот момент отметьте на шкале VR1 новое значение общего сопротивления.
Возможно, будет предпочтительнее работать с приращением 0,1 Ом в диапазоне 1 Ом и соответственно большими приращениями в двух других диапазонах.
На приведенном ниже графике показаны стандартные значения ESR, согласно записям производителей и с учетом того факта, что ESR, рассчитанное на частоте 10 кГц, обычно составляет 1/3 от испытанного на частоте 1 кГц. Значения ESR для конденсаторов стандартного качества на 10 В могут быть в 4 раза выше, чем у конденсаторов с низким ESR на 63 В.
Следовательно, всякий раз, когда конденсатор с низким ESR разлагается до уровня, при котором его ESR почти такой же, как у типичного электролитического конденсатора, условия его внутреннего прогрева увеличиваются в 4 раза!
Если вы видите, что проверенное значение ESR более чем в 2 раза превышает значение, показанное на следующем рисунке, вы можете предположить, что конденсатор больше не находится в наилучшем состоянии.
Значения ESR для конденсаторов с номинальным напряжением, отличным от указанных ниже, будут находиться между соответствующими линиями на графике.
Не очень типичный, но эта простая схема ESR чрезвычайно точна и проста в сборке. В нем используются самые обычные компоненты, такие как IC 555, источник постоянного тока 5 В и несколько других пассивных компонентов.
Схема построена на КМОП-ИС 555 с коэффициентом заполнения 50:50.
Скважность можно изменить с помощью резистора R2 и r.
Даже небольшое изменение значения r, соответствующего ESR рассматриваемого конденсатора, вызывает значительное изменение выходной частоты ИС.
Выходная частота определяется по формуле:
f = 1 / 2CR1n(2 — 3k)
В этой формуле C представляет собой емкость, R формируется из (R1 + R2 + r), r обозначает ESR конденсатора С, при этом k позиционируется как коэффициент, равный:
к = (R2 + r)/R.
Для обеспечения правильной работы схемы значение коэффициента k не должно превышать 0,333.
Если оно превысит это значение, IC 555 перейдет в режим неуправляемых колебаний с чрезвычайно высокой частотой, которая будет контролироваться исключительно задержкой распространения микросхемы.
Вы обнаружите экспоненциальное увеличение выходной частоты микросхемы в 10 раз в ответ на увеличение коэффициента k с 0 до 0,31.
При дальнейшем увеличении с 0,31 до 0,33 выходная частота увеличивается еще на 10-кратную величину.
Предполагая, что R1 = 4k7, R2 = 2k2, минимальный ESR = 0 для C, коэффициент k должен быть около 0,3188.
Теперь предположим, что у нас есть значение ESR около 100 Ом, что приведет к увеличению значения k на 3% до 0,3286. Теперь это заставляет IC 555 колебаться с частотой, в 3 раза превышающей исходную частоту при r = ESR = 0.
Это показывает, что увеличение r(ESR) вызывает экспоненциальный рост частоты на выходе IC .
Сначала вам нужно будет откалибровать отклик схемы, используя высококачественный конденсатор с незначительным ESR и значением емкости, идентичным тому, которое необходимо протестировать.
Также у вас должно быть несколько резисторов в ассортименте с точными значениями в диапазоне от 1 до 150 Ом.
Теперь постройте график зависимости выходной частоты от r для значений калибровки,
Затем подключите конденсатор, который необходимо проверить на ESR, и начните анализ его значения ESR, сравнив соответствующую частоту IC 555. и соответствующее значение на построенном графике.
Для обеспечения оптимального разрешения при более низких значениях ESR, например ниже 10 Ом, а также для устранения расхождений по частоте рекомендуется добавить резистор от 10 Ом до 100 Ом последовательно с проверяемым конденсатором.
Кроме того, используемый блок питания должен быть очень хорошего качества с регулируемым постоянным током. Батарея 9 В с регулятором 7805 IC была бы наиболее подходящей.
Как только значение r получено из графика, вам просто нужно вычесть значение постоянного резистора из этого r для получения значения ESR.
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора можно рассчитать с помощью этой схемы и хорошего вольтметра переменного тока.
IC1 работает как генератор прямоугольных импульсов частотой 50 кГц.
Он подает сигнал тока примерно ± 180 мА внутрь тестируемого конденсатора с помощью резисторов R1 и R2. Когда потенциометр R3 настроен на правильное сопротивление, падение потенциала на «эквивалентном последовательном резисторе» точно ограничивается инвертирующим усилителем (IC2). Таким образом, Vo является реальным напряжением конденсатора, которое является самым низким напряжением, которое обычно создается на выходе Vo.
Чтобы получить показания напряжения переменного тока, вам придется подстраивать резистор R3 до тех пор, пока вы не найдете минимальное напряжение на выходе Vo. Затем посмотрите на расположение потенциометра и умножьте его на значение R2, в данном случае 10 Ом.
Умноженный результат будет эквивалентен ESR конденсатора. Для смещения тестируемого конденсатора используется напряжение 7,5 В, поэтому конденсаторы с более низким напряжением нельзя тестировать с помощью этой схемы измерителя ESR.