Enkel ESR Meter Circuit

Innlegget diskuterer en enkel ESR-målerkrets som kan brukes til å identifisere dårlige kondensatorer i en elektronisk krets uten å fjerne dem praktisk talt fra kretskortet. Ideen ble etterspurt av Manual Sofian

Tekniske spesifikasjoner

Har du et skjema over ESR-måleren. Teknikere anbefaler meg å sjekke elektrolysen først hver gang jeg kommer med en død krets, men jeg vet ikke hvordan jeg skal måle den.

På forhånd takk for svaret.

Hva er ESR

ESR som står for Equivalent Series Resistance er en ubetydelig liten motstandsverdi som normalt blir en del av alle kondensatorer og induktorer og vises i serie med deres faktiske enhetsverdier, men i elektrolytiske kondensatorer, spesielt på grunn av aldring, kan ESR-verdien fortsette å øke til unormale nivåer som påvirker den generelle kvaliteten og responsen til den involverte kretsen negativt.

Den utviklende ESR i en bestemt kondensator kan gradvis øke fra så få som noen få milliohm til så høyt som 10 ohm, noe som påvirker kretsresponsen alvorlig.

Imidlertid kan den ovenfor forklarte ESR ikke nødvendigvis bety at kondensatorens kapasitans også ville bli påvirket, faktisk kan kapasitansverdien forbli intakt og god, men kondensatorens ytelse forverres.

Det er på grunn av dette scenariet at en normal kapasitansmåler ikke klarer å oppdage en dårlig kondensator som er berørt med høy ESR-verdi, og en tekniker finner kondensatorene å være OK når det gjelder kapasitansverdien, noe som igjen gjør feilsøking ekstremt vanskelig.

Hvor normale kapasitansmålere og Ohm-målere blir totalt ineffektive når det gjelder å måle eller oppdage unormal ESR i defekte kondensatorer, blir en ESR-meter ekstremt nyttig for å identifisere slike misvisende enheter.

Forskjellen mellom ESR og kapasitans

I utgangspunktet indikerer en kondensator ESR-verdi (i ohm) hvor god kondensatoren er ..

Jo lavere verdi, jo høyere arbeidsytelse til kondensatoren.

En ESR-test gir oss en rask advarsel om kondensatorfeil, og er mye mer nyttig sammenlignet med en kapasitansetest.

Faktisk kan flere defekte elektrolytika utvise OKAY når de undersøkes med en standard kapasitansmåler.

I det siste har vi snakket med mange individer som ikke støtter betydningen av ESR og i nøyaktig hvilken oppfatning det er unikt fra kapasitans.

Derfor synes jeg det er verdt å gi et klipp fra en teknologisk nyhet om et kjent magasin forfattet av Doug Jones, presidenten for Independence Electronics Inc. Han adresserer bekymringen til ESR effektivt. 'ESR er den aktive naturlige motstanden til en kondensator mot et vekselstrømssignal.

Høyere ESR kan føre til tidskonstant komplikasjoner, kondensatoroppvarming, økning i kretsbelastningen, total svikt i systemet etc.

Hvilke problemer kan ESR forårsake?

En strømforsyning i brytermodus med høye ESR-kondensatorer kan ikke starte optimalt, eller rett og slett ikke starte i det hele tatt.

En TV-skjerm kan være skjev inn fra sidene / toppen / bunnen på grunn av en høy ESR-kondensator. Det kan også føre til for tidlig diode- og transistorfeil.

Alle disse og mange flere problemer er vanligvis indusert av kondensatorer med riktig kapasitans, men stor ESR, som ikke kan oppdages som en statisk figur og av den grunn ikke kan måles gjennom en standard kapasitansmåler eller et DC ohmmeter.

ESR vises bare når en vekselstrøm er koblet til en kondensator eller når kondensatorens dielektriske ladning konstant bytter tilstand.

Dette kan sees på som kondensatorens totale AC-motstand i fase, kombinert med kondensatorledningenes DC-motstand, DC-motstanden til sammenkoblingen med kondensatorens dielektrikum, kondensatorens platemotstand og det dielektriske materialets in-fase AC motstand i en bestemt frekvens og temperatur.

Alle elementene som forårsaker dannelsen av ESR kan betraktes som en motstand i serie med en kondensator. Denne motstanden eksisterer egentlig ikke som en fysisk enhet, og derfor er en umiddelbar måling over 'ESR-motstanden' ikke mulig. Hvis derimot en tilnærming som hjelper til med å korrigere resultatene av kapasitiv reaktans er tilgjengelig, og vurderer at alle motstander er i fase, kan ESR bestemmes og testes ved hjelp av den grunnleggende elektronikkformelen E = I x R!

OPPDATERING av et enklere alternativ

Den op-amp-baserte kretsen nedenfor ser uten tvil kompleks ut, derfor etter litt tenkning kunne jeg komme på denne enkle ideen for raskt å vurdere ESR for en hvilken som helst kondensator.

Men for dette må du først regne ut hvor mye motstand den spesielle kondensatoren har ideelt, ved hjelp av følgende formel:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• hvor Xc = reaktans (motstand i Ohm),
• pi = 22/7
• f = frekvens (ta 100 Hz for denne applikasjonen)
• C = kondensatorverdi i Farads

Xc-verdien gir deg den tilsvarende motstanden (idealverdien) til kondensatoren.

Finn deretter strømmen gjennom Ohms lov:

I = V / R, her vil V være 12 x 1,41 = 16,92V, R vil bli erstattet med Xc som oppnådd fra formelen ovenfor.

Når du har funnet den ideelle strømverdien til kondensatoren, kan du bruke følgende praktiske krets for å sammenligne resultatet med den beregnede verdien ovenfor.

For dette trenger du følgende materialer:

• 0-12V / 220V transformator
• 4 dioder 1N4007
• 0-1 amp FSD bevegelige spolemålere, eller et hvilket som helst standard amperemeter

Ovennevnte krets vil gi en direkte avlesning om hvor mye strøm kondensatoren er i stand til å levere gjennom den.

Noter ned strømmen målt fra oppsettet ovenfor, og strømmen oppnådd fra formelen.

Til slutt, bruk Ohms lov igjen for å evaluere motstandene fra de to nåværende (I) målingene.

R = V / I hvor spenningen V vil være 12 x 1,41 = 16,92, vil 'I' være som avlesningene.

Få raskt ideell verdi for kondensator

I eksemplet ovenfor, hvis du ikke ønsker å gå gjennom beregningene, kan du bruke følgende referanseverdi for å få den ideelle reaktansen til en kondensator, for sammenligningen.

I henhold til formelen er den ideelle reaktansen til en 1 uF kondensator rundt 1600 Ohm ved 100 Hz. Vi kan ta denne verdien som målestokk, og evaluere verdien av en hvilken som helst ønsket kondensator gjennom en enkel invers kryssmultiplikasjon som vist nedenfor.

Anta at vi ønsker å få den ideelle verdien av en 10uF kondensator, ganske enkelt ville det være:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Nå kan vi sammenligne dette resultatet, med resultatet oppnådd ved å løse amperestrømmen i Ohms lov. Forskjellen vil fortelle oss om kondensatorens effektive ESR.

MERK: Spenningen og frekvensen som brukes i formelen og den praktiske metoden må være identisk.

Bruke en op-forsterker for å lage et enkelt ESR-meter

En ESR-måler kan brukes til å bestemme helsen til en tvilsom kondensator mens du feilsøker en gammel elektronisk krets eller enhet.

Dessuten er det gode med disse måleinstrumentene at den kan brukes til å måle ESR til en kondensator uten behov for å fjerne eller isolere kondensatoren fra kretskortet, noe som gjør ting ganske enkelt for brukeren.

Følgende figur viser en enkel ESR-målekrets som kan bygges og brukes til de foreslåtte målingene.

Kretsdiagram

Hvordan det fungerer

Kretsen kan forstås på følgende måte:

TR1 sammen med den vedlagte NPN-transistoren danner en enkel tilbakekoblingsutløst blokkeringsoscillator som svinger med en veldig høy frekvens.

Svingningene induserer en proporsjonal spenningsstørrelse over de 5 svingene sekundær av transformatoren, og denne induserte høyfrekvente spenningen påføres over den aktuelle kondensatoren.

En opamp kan også sees festet med ovennevnte lavspent høyfrekvent mating og er konfigurert som en strømforsterker.

Uten ESR eller i tilfelle en ny god kondensator er måleren satt til å indikere en fullskala avbøyning som indikerer et minimum ESR over kondensatoren som proporsjonalt kommer ned mot null for forskjellige kondensatorer som har forskjellige mengder ESR nivåer.

Lavere ESR får relativt høyere strøm til å utvikle seg over den inverterende følingsinngangen til opampen som tilsvarende vises i måleren med en høyere grad av avbøyning og omvendt.

Den øvre BC547-transistoren er introdusert som et vanlig kollektorspenningsregulatorstrinn for å betjene oscillatortrinnet med en lavere 1,5 V slik at den andre elektroniske enheten i kretskortet rundt kondensatoren som testes holdes under nullspenning fra testfrekvensen fra ESR-måleren.

Kalibreringsprosessen til måleren er enkel. Hvis du holder testledningene kortsluttet, justeres 100k forhåndsinnstillingen i nærheten av uA-måleren til en fullstendig avbøyning oppnås på målerhjulet.

Etter dette kunne forskjellige kondensatorer med høye ESR-verdier verifiseres i måleren med tilsvarende lavere avbøyningsgrader som forklart i forrige del av denne artikkelen.

Transformatoren er bygget over en hvilken som helst ferrittring, ved hjelp av en hvilken som helst tynn magnetledning med vist antall svinger.

Nok en enkel ESR-tester med en LED

Kretsen gir en negativ motstand mot å avslutte kondensatorens ESR som er under test, og skaper en kontinuerlig serieresonans gjennom en fast induktor. Figuren nedenfor viser kretsskjemaet for esr-måleren. Den negative motstanden genereres av IC 1b: Cx indikerer kondensatoren som testes, og L1 er posisjonert som den faste induktoren.

Grunnleggende arbeid

Pot VR1 gjør det mulig å justere den negative motstanden. For å teste, fortsett å vri VR1 til svingning bare stopper. Når dette er gjort, kan ESR-verdien sjekkes fra en skala festet bak VR1-hjulet.

Kretsbeskrivelse

I fravær av negativ motstand, fungerer L1 og Cx som en serieresonanskrets som undertrykkes av L1s motstand og Cxs ESR. Denne ESR-kretsen begynner å svinge så snart den får strøm fra en spenningsutløser. IC1 a fungerer som en oscillator for å generere en kvadratbølgesignalutgang med litt lav frekvens i Hz. Denne spesielle utgangen er differensiert for å skape spenningspigger (impulser) som utløser den tilkoblede resonanskretsen.

Så snart kondensatorens ESR sammen med motstanden til R1 har en tendens til å bli avsluttet med den negative motstanden, blir ringesvingningen til en konstant svingning. Dette slår deretter på LED D1. Så snart svingningen er stoppet på grunn av fallet i negativ motstand, får LED-lampen til å slå seg AV.

Oppdage en kortsluttet kondensator

Hvis en kortsluttet kondensator oppdages ved Cx, lyser LED-lampen med økt lysstyrke. I løpet av den perioden resonanskretsen svinger, blir LED-lampen slått på bare gjennom de positive kantede halvsyklusene til bølgeformen: som får den til å lyse bare med 50% av den totale lysstyrken. IC 1 d leverer en halvforsyningsspenning som brukes som referanse for IC1b.

S1 kan brukes til å justere forsterkningen av ICIb, som igjen endrer den negative motstanden for å muliggjøre brede ESR-måleområder over 0-1, 0-10 og 0-100 Ω.

Deleliste

L1 Konstruksjon

Induktoren L1 er laget ved å vikle seg direkte rundt de indre 4 søylene i kabinettet som kan brukes til å skru PCB-hjørnene.

Antall svinger kan være 42 ved bruk av 30 SWG superemalert kobbertråd. Lag L1 til du har en motstand på 3,2 Ohm over viklingsendene, eller rundt 90uH induktansverdi.

Ledningstykkelsen er ikke avgjørende, men motstands- og induktansverdiene må være som angitt ovenfor.

Testresultater

Med viklingsdetaljene som beskrevet ovenfor, bør en 1000uF kondensator testet i Cx-sporene generere en frekvens på 70 Hz. En 1 pF kondensator kan føre til en økning i denne frekvensen til rundt 10 kHz.

Mens jeg undersøkte kretsen, koblet jeg opp et krystallhøretelefon gjennom en 100 nF kondensator ved R19 for å teste frekvensnivåene. Klikkingen på en firkantbølgefrekvens var pent hørbar mens VR1 ble justert langt unna stedet som fikk svingningene til å opphøre. Da VR1 ble justert mot det kritiske punktet, kunne jeg begynne å høre den rene lyden av en lavspent sinusbølgefrekvens.

Hvordan kalibrere

Ta en kondensator av høy kvalitet på 1000 μF med en spenningsgrad på minst 25 V og sett den inn i Cx-punktene. Varier VR1 gradvis til du finner at LED-lampen er helt slått av. Merk dette spesifikke punktet bak potteskalaen som 0,1 Ω.

Deretter fester du en kjent motstand i serie med den eksisterende Cx som testes, og som vil føre til at LED-lampen lyser, og juster VR1 igjen til LED-lampen bare er slått AV.

På dette punktet merker du VR1-skalaen med den ferske totale motstandsverdien. Det kan være ganske å foretrekke å jobbe med trinn på 0,1 Ω på 1 Ω-området og passende større trinn på de to andre områdene.

Tolke resultatene

Grafen nedenfor viser standard ESR-verdier, i henhold til produsentens poster og med tanke på at ESR beregnet ved 10 kHz generelt er 1/3 av det som ble testet ved 1 kHz. ESR-verdiene med 10V standardkondensatorer kan bli funnet å være 4 ganger høyere enn de med lav-ESR 63V-typer.

Derfor, når en kondensator av lav ESR-type brytes ned til et nivå der ESR er omtrent som for en typisk elektrolytkondensator, vil dens interne oppvarmingsforhold øke 4 ganger høyere!

I tilfelle du ser at den testede ESR-verdien er større enn 2 ganger verdien vist i figuren nedenfor, kan du anta kondensatoren ikke mer i beste stand.

ESR-verdier for kondensatorer som har en annen spenning enn de som er angitt nedenfor, vil være mellom de gjeldende linjene i grafen.

ESR-måler ved bruk av IC 555

Ikke så typisk, men denne enkle ESR-kretsen er ekstremt nøyaktig og enkel å bygge. Den bruker helt vanlige komponenter som en IC 555, en 5V DC-kilde, noen få andre passive deler.

Kretsen er bygget ved hjelp av en CMOS IC 555, satt med en driftsfaktor på 50:50.
Driftssyklusen kunne endres gjennom motstanden R2 og r.
Selv en liten endring i verdien av r som tilsvarer ESR for den aktuelle kondensatoren, forårsaker en betydelig variasjon i utgangsfrekvensen til IC.

Utgangsfrekvensen løses med formelen:

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

I denne formelen C representerer kapasitansen, R dannes av (R1 + R2 + r), r betegner ESR for kondensator C, mens k er posisjonert som faktoren lik:

k = (R2 + r) / R.

For å sikre at kretsen fungerer riktig, må ikke faktor k-verdien være over 0,333.

Hvis den økes over denne verdien, vil IC 555 bli ukontrollert oscillerende modus ved en ekstremt høy frekvens, som utelukkende vil bli styrt av forplantningsforsinkelsen til brikken.

Du vil finne en eksponentiell setning i utgangsfrekvensen til IC med 10X, som svar på en økning i faktoren k fra 0 til 0.31.

Ettersom det øker ytterligere fra 0,31 til 0,33, får du utgangsfrekvensen til å øke med en annen 10X-styrke.

Forutsatt at R1 = 4k7, R2 = 2k2, en minimal ESR = 0 for C, bør k-faktoren svale rundt 0,3188.

Anta at vi har ESR-verdien på rundt 100 ohm, vil føre til at k-verdien øker med 3% ved 0.3286. Dette tvinger nå IC 555 til å svinge med en frekvens som er tre ganger større sammenlignet med den opprinnelige frekvensen ved r = ESR = 0.

Dette viser at når r (ESR) øker forårsaker en eksponentiell økning i frekvensen av IC-utgangen.

Hvordan teste

Først må du kalibrere kretsresponsen ved hjelp av en kondensator av høy kvalitet med ubetydelig ESR, og som har en kapasitansverdi som er identisk med den som må testes.

Du bør også ha en håndfull forskjellige motstander med nøyaktige verdier fra 1 til 150 ohm.

Nå tegner du en graf over utgangsfrekvens vs. r for kalibreringsverdiene,

Deretter kobler du kondensatoren som må testes for ESR, og begynn å analysere ESR-verdien ved å sammenligne den tilsvarende IC 555-frekvensen og den tilsvarende verdien i den plottede grafen.

For å sikre en optimal oppløsning for lavere ESR-verdier, for eksempel under 10 ohm, og også for å bli kvitt frekvensforskjeller, anbefales det å legge til en motstand mellom 10 ohm og 100 ohm i serie med kondensatoren som testes.

Når r-verdien er oppnådd fra grafen, trekker du bare den faste motstandsverdien fra dette r for å få ESR-verdien.