Circuit simplu contor ESR

Postul discută un circuit simplu de contor ESR care poate fi utilizat pentru identificarea condensatorilor defecțiși într-un circuit electronic, fără a-i scoate practic de pe placa de circuit. Ideea a fost cerută de Manual Sofian

Specificatii tehnice

Aveți o schemă despre contorul ESR. Tehnicienii îmi recomand să verific mai întâi electroliticul de fiecare dată când vin cu un circuit mort, dar nu știu cum să îl măsur.

Vă mulțumesc în avans pentru răspunsul dumneavoastră.

Ce este ESR

ESR, care înseamnă echivalent rezistență în serie, este o valoare de rezistență neglijabil de mică, care devine în mod normal o parte a tuturor condensatoarelor și inductoarelor și apar în serie cu valorile lor unitare reale, cu toate acestea, în special în condensatoarele electrolitice, datorită îmbătrânirii, valoarea ESR ar putea continua să crească la niveluri anormale care afectează negativ calitatea generală și răspunsul circuitului implicat.

VSH în curs de dezvoltare într-un anumit condensator poate crește treptat de la câteva miliohmi la 10 ohmi, afectând sever răspunsul circuitului.

Cu toate acestea, ESR-ul explicat mai sus nu înseamnă neapărat că capacitatea condensatorului ar fi afectată, de fapt, valoarea capacității ar putea rămâne intactă și bună, dar ar putea deteriora performanța condensatorului.

Datorită acestui scenariu, un contor de capacitate normal nu reușește în întregime să detecteze un condensator rău afectat cu o valoare ESR ridicată și un tehnician găsește condensatorii în regulă în ceea ce privește valoarea capacității sale, ceea ce la rândul său face depanarea extrem de dificilă.

În cazul în care contoarele de capacitate normale și Ohm-urile devin total ineficiente în măsurarea sau detectarea ESR anormal în condensatoarele defecte, un contor ESR devine extrem de util pentru identificarea unor astfel de dispozitive înșelătoare.

Diferența dintre ESR și capacitate

Practic vorbind, valoarea ESR a unui condensator (în ohmi) indică cât de bun este condensatorul ..

Cu cât valoarea este mai mică, cu atât performanța de lucru a condensatorului este mai mare.

Un test ESR ne oferă un avertisment rapid despre defecțiunea condensatorului și este mult mai util în comparație cu un test de capacitate.

De fapt, mai multe electrolitice defecte ar putea prezenta OKAY atunci când sunt examinate folosind un contor de capacitate standard.

În ultimul timp, am vorbit cu mulți indivizi care nu susțin semnificația VSH și exact în ce percepție este unică din capacitate.

Prin urmare, cred că merită să furnizați un clip dintr-o știre tehnologică pe o revistă de renume scrisă de Doug Jones, președintele Independence Electronics Inc. El abordează în mod eficient preocuparea ESR. „ESR este rezistența naturală activă a unui condensator împotriva unui semnal de curent alternativ.

Un VSH mai mare poate duce la complicații constante în timp, încălzirea condensatorului, creșterea încărcării circuitului, defectarea generală a sistemului etc.

Ce probleme poate cauza ESR?

O sursă de alimentare în modul comutator cu condensatori ESR mari poate să nu pornească optim sau pur și simplu să nu pornească deloc.

Un ecran TV ar putea fi înclinat din lateral / sus / jos datorită unui condensator ESR ridicat. De asemenea, poate duce la eșecuri premature ale diodei și tranzistorului.

Toate aceste probleme și multe altele sunt de obicei induse de condensatori cu capacitate adecvată, dar ESR mare, care nu pot fi detectați ca o cifră statică și, din acest motiv, nu pot fi măsurați printr-un contor de capacitate standard sau un ohmmetru de curent continuu.

ESR se afișează numai atunci când un curent alternativ este conectat la un condensator sau când sarcina dielectrică a unui condensator schimbă constant stările.

Acest lucru poate fi privit ca fiind rezistența totală AC în fază a condensatorului, combinată cu rezistența continuă a cablurilor condensatorului, rezistența continuă a interconectării cu condensatorul dielectric, rezistența plăcii condensatorului și AC în fază a materialului dielectric. rezistență într-o frecvență și temperatură specifice.

Toate elementele care determină formarea ESR ar putea fi considerate ca un rezistor în serie cu un condensator. Acest rezistor nu există cu adevărat ca entitate fizică, prin urmare o măsurare imediată peste „rezistorul ESR” nu este fezabilă. Dacă, pe de altă parte, o abordare care ajută la corectarea rezultatelor reactanței capacitive este accesibilă și având în vedere că toate rezistențele sunt în fază, VSH ar putea fi determinat și testat folosind formula electronică fundamentală E = I x R!

ACTUALIZAREA unei alternative mai simple

Circuitul bazat pe op amplificator prezentat mai jos pare complex, fără îndoială, prin urmare, după ce m-am gândit, aș putea veni cu această idee simplă pentru a evalua rapid ESR-ul oricărui condensator.

Cu toate acestea, pentru aceasta va trebui mai întâi calculati cât de multă rezistență posedă în mod ideal un anumit condensator, utilizând următoarea formulă:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• unde Xc = reactanță (rezistență în ohmi),
• pi = 22/7
• f = frecvență (luați 100 Hz pentru această aplicație)
• C = valoarea condensatorului în Farads

Valoarea Xc vă va oferi rezistența echivalentă (valoarea ideală) a condensatorului.

Apoi, găsiți curentul prin legea lui Ohm:

I = V / R, aici V va fi 12 x 1,41 = 16,92V, R va fi înlocuit cu Xc așa cum sa obținut din formula de mai sus.

Odată ce ați găsit curentul ideal al condensatorului, puteți utiliza următorul circuit practic pentru a compara rezultatul cu valoarea calculată mai sus.

Pentru aceasta veți avea nevoie de următoarele materiale:

• Transformator 0-12V / 220V
• 4 diode 1N4007
• 0-1 amp FSD metru bobină mobilă sau orice ampermetru standard

Circuitul de mai sus va oferi o citire directă a cantității de curent pe care condensatorul este capabil să-l furnizeze prin intermediul acestuia.

Notați curentul măsurat din setul de mai sus și curentul obținut din formulă.

În cele din urmă, utilizați din nou legea lui Ohm, pentru a evalua rezistențele din cele două citiri curente (I).

R = V / I unde tensiunea V va fi 12 x 1,41 = 16,92, „I” va fi conform citirilor.

Obținerea rapidă a valorii ideale a unui condensator

În exemplul de mai sus, dacă nu doriți să parcurgeți calculele, puteți utiliza următoarea valoare de referință pentru a obține reactanța ideală a unui condensator, pentru comparație.

Conform formulei, reactanța ideală a unui condensator de 1 uF este de aproximativ 1600 Ohmi la 100 Hz. Putem lua această valoare ca indicator și putem evalua valoarea oricărui condensator dorit printr-o multiplicare inversă simplă inversă, așa cum se arată mai jos.

Să presupunem că dorim să obținem valoarea ideală a unui condensator de 10 uF, pur și simplu ar fi:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohmi

Acum putem compara acest rezultat, cu rezultatul obținut prin rezolvarea curentului ampermetrului în legea Ohms. Diferența ne va spune cu privire la ESR eficient al condensatorului.

NOTĂ: Tensiunea și frecvența utilizate în formulă și metoda practică trebuie să fie identice.

Utilizarea unui amplificator op pentru realizarea unui contor ESR simplu

Un contor ESR poate fi utilizat pentru a determina sănătatea unui condensator îndoielnic în timp ce depanați un circuit sau o unitate electronică veche.

Mai mult, lucrul bun al acestor instrumente de măsurare este că poate fi folosit pentru a măsura ESR-ul unui condensator fără a fi nevoie să scoateți sau să izolați condensatorul de pe placa de circuit, ceea ce face lucrurile destul de ușoare pentru utilizator.

Figura următoare prezintă un circuit simplu de contor ESR care poate fi construit și utilizat pentru măsurătorile propuse.

Diagrama circuitului

Cum functioneaza

Circuitul poate fi înțeles în modul următor:

TR1 împreună cu tranzistorul NPN atașat formează un oscilator de blocare declanșat de feed-back simplu care oscilează la o frecvență foarte mare.

Oscilațiile induc o mărime proporțională a tensiunii pe cele 5 spire secundare ale transformatorului, iar această tensiune de înaltă frecvență indusă este aplicată pe condensatorul în cauză.

Un opamp poate fi, de asemenea, văzut atașat cu alimentarea de înaltă frecvență de înaltă tensiune de mai sus și este configurat ca amplificator de curent.

Fără ESR sau în cazul unui nou condensator bun, contorul este setat să indice o deviere la scară completă care indică un ESR minim pe condensator care proporțional coboară spre zero pentru diferiți condensatori cu cantități diferite de niveluri ESR.

VSH mai mic face ca un curent relativ mai mare să se dezvolte pe intrarea de detectare inversă a opamp-ului, care este afișat în mod corespunzător în contor cu un grad mai mare de deviere și invers.

Tranzistorul BC547 superior este introdus ca o etapă comună de reglare a tensiunii colectorului pentru a opera stadiul oscilatorului cu un 1,5 V mai mic, astfel încât celălalt dispozitiv electronic din placa de circuit în jurul condensatorului supus testului să fie menținut sub tensiune zero de la frecvența de testare de la contorul ESR.

Procesul de calibrare al contorului este ușor. Păstrând cablurile de testare scurtcircuitate, presetarea de 100k lângă metru uA este ajustată până când se obține o deviere la scară completă pe cadranul contorului.

După aceasta, diferiți condensatori cu valori ESR ridicate ar putea fi verificate în contor cu grade de deviere corespunzător mai mici, așa cum se explică în secțiunea anterioară a acestui articol.

Transformatorul este construit peste orice inel de ferită, folosind orice fir subțire cu magnet cu numărul de ture afișat.

Un alt tester ESR simplu cu un LED

Circuitul oferă o rezistență negativă la terminarea ESR a condensatorului, care este sub test, creând o rezonanță continuă în serie printr-un inductor fix. Figura de mai jos prezintă schema circuitului contorului ESR. Rezistența negativă este generată de IC 1b: Cx indică condensatorul testat și L1 este poziționat ca inductor fix.

Lucrul de bază

Pot VR1 facilitează rezistența negativă care trebuie modificată. Pentru a testa, pur și simplu continuați să rotiți VR1 până când oscilația se oprește. Odată ce acest lucru este făcut, valoarea ESR poate fi verificată de pe o scară atașată în spatele cadranului VR1.

Descrierea circuitului

În absența unei rezistențe negative, L1 și Cx funcționează ca un circuit rezonant în serie care este suprimat de rezistența lui L1 și de ESR-ul lui Cx. Acest circuit ESR va începe să oscileze imediat ce este alimentat printr-un declanșator de tensiune. IC1 a funcționează ca un oscilator pentru a genera un semnal de undă pătrată cu o frecvență scăzută în Hz. Această ieșire specială este diferențiată pentru a crea vârfurile de tensiune (impulsuri) care declanșează circuitul rezonant atașat.

De îndată ce ESR al condensatorului împreună cu rezistența lui R1 tind să fie terminate cu rezistența negativă, oscilația de apel se transformă într-o oscilație constantă. Aceasta pornește ulterior LED-ul D1. De îndată ce oscilația este oprită din cauza scăderii rezistenței negative, LED-ul se stinge.

Detectarea unui condensator scurtcircuitat

În cazul în care un condensator scurtcircuitat este detectat la Cx, LED-ul se aprinde cu o luminozitate crescută. În perioada în care circuitul rezonant este oscilant, LED-ul se aprinde numai prin jumătatea ciclurilor tivite pozitive ale formei de undă: ceea ce îl face să se aprindă doar cu 50% din luminozitatea sa totală. IC 1 d furnizează o tensiune de jumătate de alimentare care este utilizată ca referință pentru IC1b.

S1 poate fi utilizat pentru reglarea câștigului ICIb, care la rândul său modifică rezistența negativă pentru a permite intervale largi de măsurare ESR, între 0-1, 0-10 și 0-100 Ω.

Lista de componente

L1 Construcții

Inductorul L1 este realizat prin înfășurarea directă în jurul celor 4 stâlpi interni ai carcasei care pot fi folosiți pentru înșurubarea colțurilor PCB.

Numărul de rotații poate fi de 42, folosind 30 fire de cupru super emailate SWG. Creați L1 până când aveți o rezistență de 3,2 Ohm peste capetele înfășurării sau o valoare de inductanță de aproximativ 90uH.

Grosimea firului nu este crucială, dar valorile rezistenței și inductanței trebuie să fie cele menționate mai sus.

Rezultatele testului

Cu detaliile înfășurării descrise mai sus, un condensator de 1.000 uF testat în sloturile Cx ar trebui să genereze o frecvență de 70 Hz. Un condensator de 1 pF poate provoca o creștere a acestei frecvențe la aproximativ 10 kHz.

În timp ce examinam circuitul, am conectat o cască de cristal printr-un condensator de 100 nF la R19 pentru a testa nivelurile de frecvență. Clicul unei frecvențe de undă pătrată a fost frumos audibil în timp ce VR1 a fost ajustat la o distanță mare de locația care a cauzat încetarea oscilațiilor. În timp ce VR1 a fost ajustat către punctul său critic, am putut începe să aud sunetul pur al unei frecvențe de undă sinusoidală de joasă tensiune.

Cum se calibrează

Luați un condensator de 1000µF de înaltă calitate având o tensiune nominală de minimum 25 V și introduceți-l în punctele Cx. Modificați treptat VR1 până când găsiți LED-ul complet oprit. Marcați acest punct specific din spatele cadranului de scală pot ca 0,1 Ω.

Apoi, atașați un rezistor cunoscut în serie cu Cx-ul existent testat, care va provoca aprinderea LED-ului, acum reglați din nou VR1 până când LED-ul este doar oprit.

În acest moment, marcați scara de apelare VR1 cu valoarea proaspătă a rezistenței totale. Ar putea fi destul de preferabil să lucrați cu creșteri de 0,1Ω pe intervalul de 1Ω și cu creșteri adecvate mai mari pe celelalte două game.

Interpretarea rezultatelor

Graficul de mai jos demonstrează valorile ESR standard, în conformitate cu înregistrările producătorilor și ținând cont de faptul că ESR calculat la 10 kHz este în general 1/3 din cel testat la 1 kHz. Valorile ESR cu condensatori de calitate standard de 10V pot fi găsite ca fiind de 4 ori mai mari decât cele cu tipuri de ESV scăzut de 63V.

Prin urmare, ori de câte ori un condensator de tip ESR scăzut se degradează la un nivel în care ESR-ul său seamănă mult cu cel al unui condensator electrolitic tipic, condițiile sale de încălzire internă vor crește de 4 ori mai mari!

În cazul în care vedeți că valoarea ESR testată este mai mare de 2 ori valoarea afișată în figura următoare, puteți presupune că condensatorul nu mai este în cea mai bună stare.

Valorile ESR pentru condensatoarele cu tensiuni nominale diferite de cele indicate mai jos vor fi între liniile aplicabile pe grafic.

Contor ESR folosind IC 555

Nu este atât de tipic, dar acest circuit ESR simplu este extrem de precis și ușor de construit. Folosește componente foarte obișnuite, cum ar fi un IC 555, o sursă de 5V DC, alte câteva părți pasive.

Circuitul este construit folosind un CMOS IC 555, setat cu un factor de funcționare de 50:50.
Ciclul de funcționare ar putea fi modificat prin rezistența R2 și r.
Chiar și o mică modificare a valorii r care corespunde ESR a condensatorului în cauză provoacă o variație semnificativă a frecvenței de ieșire a CI.

Frecvența de ieșire este rezolvată prin formula:

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

În această formulă C reprezintă capacitatea, R este format din (R1 + R2 + r), r denotă ESR al condensatorului C, în timp ce k este poziționat ca factor egal cu:

k = (R2 + r) / R.

Pentru a vă asigura că circuitul funcționează corect, valoarea factorului k nu trebuie să fie mai mare de 0,333.

Dacă este mărit peste această valoare, IC 555 va deveni un mod oscilant necontrolat la o frecvență extrem de mare, care va fi controlată exclusiv de întârzierea de propagare a cipului.

Veți găsi o expresie exponențială în frecvența de ieșire a CI cu 10X, ca răspuns la o creștere a factorului k de la 0 la 0,31.

Deoarece crește și mai mult de la 0,31 la 0,33, determinați creșterea frecvenței de ieșire cu încă o magnitudine de 10X.

Presupunând R1 = 4k7, R2 = 2k2, un ESR minim = 0 pentru C, factorul k ar trebui să scadă în jur de 0,3188.

Acum, să presupunem că avem o valoare ESR de aproximativ 100 ohmi, ar determina creșterea valorii k cu 3% la 0,3286. Aceasta forțează acum IC 555 să oscileze cu o frecvență de 3 ori mai mare comparativ cu frecvența inițială la r = ESR = 0.

Acest lucru arată că pe măsură ce r (ESR) crește provoacă o creștere exponențială a frecvenței de ieșire IC.

Cum se testează

Mai întâi va trebui să calibrați răspunsul circuitului folosind un condensator de înaltă calitate cu ESR neglijabil și având o valoare a capacității identică cu cea care trebuie testată.

De asemenea, ar trebui să aveți o mână de rezistențe asortate cu valori precise de la 1 la 150 ohmi.

Acum, trasați un grafic de frecvența de ieșire vs. r pentru valorile de calibrare,

Apoi, conectați condensatorul care trebuie testat pentru ESR și începeți să analizați valoarea ESR a acestuia comparând frecvența IC 555 corespunzătoare și valoarea corespunzătoare din graficul grafic.

Pentru a asigura o rezoluție optimă pentru valori ESR mai mici, de exemplu sub 10 ohmi și, de asemenea, pentru a scăpa de diferențele de frecvență, se recomandă adăugarea unui rezistor între 10 ohmi și 100 ohmi în serie cu condensatorul testat.

Odată ce valoarea r este obținută din grafic, trebuie doar să scădeți valoarea rezistenței fixe din aceasta r pentru a obține valoarea ESR.