Paprasta ESR matuoklio grandinė

Šiame įraše aptariama paprasta ESR matuoklio grandinė, kurią galima naudoti norint nustatyti blogus kondensatorius elektroninėje grandinėje, praktiškai jų neišimant iš plokštės. Idėjos paprašė „Manual Sofian“

Techninės specifikacijos

Ar turite ESR matuoklio schemą. Technikai rekomenduoja man kiekvieną kartą, kai sugalvoju negyvą grandinę, pirmiausia patikrinti elektrolitą, bet aš nežinau, kaip jį išmatuoti.

Iš anksto dėkoju už atsakymą.

Kas yra ESR

ESR, reiškiantis ekvivalentinės serijos varžą, yra nežymiai maža varžos vertė, kuri paprastai tampa visų kondensatorių ir induktorių dalimi ir rodoma nuosekliai su faktinėmis jų vieneto vertėmis, tačiau elektrolitiniuose kondensatoriuose, ypač dėl senėjimo, ESR vertė gali didėti iki nenormalaus lygio, neigiamai veikiančio bendrą dalyvaujančios grandinės kokybę ir reakciją.

Besivystantis ESR tam tikrame kondensatoriuje gali palaipsniui didėti nuo kelių miliomų iki 10 omų, stipriai paveikdamas grandinės atsaką.

Tačiau pirmiau paaiškinta ESR nebūtinai reiškia, kad taip pat turėtų būti paveikta kondensatoriaus talpa, iš tikrųjų talpos vertė gali likti nepakitusi ir gera, tačiau kondensatoriaus veikimas blogėja.

Dėl šio scenarijaus įprastas talpos matuoklis visiškai neaptinka blogo kondensatoriaus, paveikto dideliu ESR dydžiu, o technikas mano, kad kondensatoriai yra gerai, atsižvelgiant į jo talpos vertę, o tai savo ruožtu labai sunkiai pašalina triktis.

Kai įprasti talpos matuokliai ir omo matuokliai tampa visiškai neveiksmingi matuojant ar nustatant nenormalų ESR sugedusiuose kondensatoriuose, ESR matuoklis tampa labai patogus nustatyti tokius klaidinančius prietaisus.

ESR ir talpos skirtumas

Iš esmės, kondensatoriaus ESR vertė (omais) rodo, koks yra geras kondensatorius.

Kuo mažesnė vertė, tuo didesnis kondensatoriaus darbinis našumas.

ESR testas suteikia mums greitą įspėjimą apie kondensatoriaus veikimo sutrikimus ir yra daug naudingesnis, palyginti su talpos testu.

Iš tikrųjų keli defektiniai elektrolitikai gali būti gerai, kai jie tiriami naudojant standartinį talpos matuoklį.

Pastaruoju metu mes kalbėjome su daugeliu asmenų, kurie nepalaiko ESR reikšmės ir tiksliai suvokia, koks jis yra unikalus iš talpos.

Todėl manau, kad verta pateikti žinomų technologinių naujienų klipą žinomame žurnale, kurio autorius yra „Independence Electronics Inc.“ prezidentas Dougas Jonesas. Jis veiksmingai sprendžia ESR problemas. 'ESR yra aktyvus natūralus kondensatoriaus atsparumas kintamosios srovės signalui.

Didesnis ESR gali sukelti nuolatinių komplikacijų, kondensatoriaus pašildymą, grandinės apkrovos padidėjimą, bendrą sistemos gedimą ir kt.

Kokias problemas gali sukelti ESR?

Perjungimo režimo maitinimo šaltinis su dideliais ESR kondensatoriais gali nepavykti paleisti optimaliai arba paprasčiausiai visai nepaleisti.

Dėl aukšto ESR kondensatoriaus televizoriaus ekranas gali būti iškreiptas iš šonų / viršaus / apačios. Tai taip pat gali sukelti priešlaikinius diodų ir tranzistorių gedimus.

Visus šiuos ir daugelį kitų klausimų paprastai sukelia kondensatoriai su tinkama talpa, bet dideliu ESR, kurių negalima nustatyti kaip statinio skaičiaus ir dėl šios priežasties jų negalima išmatuoti naudojant standartinį talpos matuoklį arba nuolatinės srovės omometrą.

ESR pasirodo tik tada, kai prie kondensatoriaus prijungiama kintama srovė arba kai kondensatoriaus dielektrinis krūvis nuolat keičia būsenas.

Tai galima vertinti kaip bendrą kondensatoriaus kintamosios srovės varžą kartu su kondensatoriaus laidų nuolatine varža, sujungimo su kondensatoriaus dielektriku nuolatinės srovės varžą, kondensatoriaus plokštės varžą ir fazės dielektrinės medžiagos varžą atsparumas tam tikru dažniu ir temperatūra.

Visi elementai, sukeliantys ESR susidarymą, galėtų būti vertinami kaip rezistoriai nuosekliai su kondensatoriumi. Šis rezistorius iš tikrųjų neegzistuoja kaip fizinis subjektas, todėl tiesioginis „ESR rezistoriaus“ matavimas tiesiog neįmanomas. Kita vertus, jei yra prieinamas metodas, padedantis ištaisyti talpiosios reaktyvos rezultatus, ir turint omenyje, kad visos varžos yra fazės, ESR būtų galima nustatyti ir išbandyti naudojant pagrindinę elektronikos formulę E = I x R!

Paprastesnės alternatyvos atnaujinimas

Žemiau pateikta operacinių stiprintuvų grandinė neabejotinai atrodo sudėtinga, todėl pagalvojus galėčiau sugalvoti šią paprastą idėją greitai įvertinti bet kurio kondensatoriaus ESR.

Tačiau tam pirmiausia turėsite apskaičiuoti kiek atsparumas tam tikram kondensatoriui yra idealus, naudojant šią formulę:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kur Xc = reaktyvumas (varža omais),
• pi = 22/7
• f = dažnis (šiai programai paimkite 100 Hz)
• C = kondensatoriaus vertė Faraduose

Xc vertė suteiks jums lygiavertę kondensatoriaus varžą (idealią vertę).

Tada raskite srovę pagal Ohmo įstatymą:

I = V / R, čia V bus 12 x 1,41 = 16,92 V, R bus pakeistas Xc, kaip nustatyta aukščiau pateiktoje formulėje.

Radę idealų kondensatoriaus srovės reitingą, galite naudoti šią praktinę grandinę, kad palygintumėte rezultatą su aukščiau apskaičiuota verte.

Tam jums reikės šių medžiagų:

• 0-12V / 220V transformatorius
• 4 diodai 1N4007
• 0–1 ampero FSD judantis ritės matuoklis arba bet kuris standartinis ampermetras

Pirmiau nurodyta grandinė tiesiogiai parodys, kiek srovės kondensatorius gali perduoti per jį.

Užrašykite srovę, išmatuotą pagal aukščiau pateiktą nustatymą, ir srovę, pasiektą pagal formulę.

Galiausiai dar kartą naudokite Ohmo dėsnį, kad įvertintumėte dviejų srovių (I) rodmenų atsparumą.

R = V / I, kur įtampa V bus 12 x 1,41 = 16,92, „I“ bus tokia, kaip nurodyta rodmenyse.

Greitai pasiekiama ideali kondensatoriaus vertė

Ankstesniame pavyzdyje, jei nenorite atlikti skaičiavimų, palyginimui galite naudoti šią etalono vertę, kad gautumėte idealų kondensatoriaus reaktyvumą.

Pagal formulę idealus 1 uF kondensatoriaus reaktyvumas yra apie 1600 omų 100 Hz dažniu. Šią vertę galime laikyti kriterijumi ir įvertinti bet kurio norimo kondensatoriaus vertę atlikdami paprastą atvirkštinį kryžminį dauginimą, kaip parodyta žemiau.

Tarkime, kad norime gauti idealią 10uF kondensatoriaus vertę, paprasčiausiai tai būtų:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 omų

Dabar galime palyginti šį rezultatą su rezultatu, gautu išsprendus ampermetro srovę pagal Ohmo įstatymą. Skirtumas parodys mums efektyvų kondensatoriaus ESR.

PASTABA: Formulėje ir praktiniame metode naudojama įtampa ir dažnis turi būti vienodi.

Op Amp naudojimas paprastam ESR matuokliui gaminti

ESR matuoklis gali būti naudojamas abejotino kondensatoriaus sveikatai nustatyti, šalinant seną elektroninę grandinę ar įrenginį.

Be to, geras dalykas, susijęs su šiomis matavimo priemonėmis, yra tas, kad jį galima naudoti kondensatoriaus ESR matuoti nereikalaujant išimti ar izoliuoti kondensatoriaus nuo plokštės, kad vartotojui būtų gana lengva.

Šiame paveikslėlyje parodyta paprasta ESR matuoklio grandinė, kurią galima sukonstruoti ir naudoti siūlomiems matavimams.

Grandinės schema

Kaip tai veikia

Grandinę galima suprasti tokiu būdu:

TR1 kartu su prijungtu NPN tranzistoriumi sudaro paprastą grįžtamojo ryšio suveikimą blokuojantį osciliatorių, kuris svyruoja labai aukštu dažniu.

Svyravimai sukelia proporcingą įtampos dydį per 5 posūkių transformatoriaus antrinius elementus, ir ši sukelta aukšto dažnio įtampa taikoma visam atitinkamam kondensatoriui.

Taip pat galima pamatyti opampą, pritvirtintą aukščiau nurodytu žemos įtampos aukšto dažnio tiekimu ir sukonfigūruotas kaip srovės stiprintuvas.

Neturint ESR arba esant naujam geram kondensatoriui, skaitiklis nustatytas rodyti visos skalės deformaciją, nurodant minimalų ESR per kondensatorių, kuris proporcingai nusileidžia link nulio skirtingiems kondensatoriams, turintiems skirtingus ESR lygius.

Dėl mažesnio ESR padidėja santykinai didesnė srovė per atvirkštinę jutiklio įvestį, kuri atitinkamai rodoma matuoklyje su didesniu įlinkiu ir atvirkščiai.

Viršutinis BC547 tranzistorius yra įvestas kaip įprasta kolektoriaus įtampos reguliatoriaus pakopa, kad būtų galima valdyti osciliatoriaus pakopą esant žemesnei 1,5 V įtampai, kad kitas elektroninis įtaisas, esantis grandinės plokštėje aplink bandomą kondensatorių, nuo bandymo dažnio būtų įtemptas nuo nulio. ESR matuoklis.

Skaitiklio kalibravimo procesas yra lengvas. Laikant bandymo laidus sutrumpintus, 100 k išankstinis nustatymas šalia uA matuoklio sureguliuojamas tol, kol matuoklio rodyklėje bus pasiekta visa skalės deformacija.

Po to skaitiklyje buvo galima patikrinti skirtingus kondensatorius su didelėmis ESR vertėmis su atitinkamai mažesniais įlinkio laipsniais, kaip paaiškinta ankstesniame šio straipsnio skyriuje.

Transformatorius pastatytas ant bet kurio ferito žiedo, naudojant bet kokią ploną magnetinę vielą su nurodytu apsisukimų skaičiumi.

Kitas paprastas ESR testeris su vienu šviesos diodu

Kontūras suteikia neigiamą atsparumą nutraukiant bandomą kondensatoriaus ESR, sukuriant nuolatinį nuoseklųjį rezonansą per fiksuotą induktorių. Žemiau pateiktame paveiksle pavaizduota esr skaitiklio schema. Neigiamą varžą sukuria IC 1b: Cx rodo bandomą kondensatorių, o L1 yra fiksuotas induktorius.

Pagrindinis darbas

Puodas VR1 palengvina neigiamą pasipriešinimą. Norėdami išbandyti, tiesiog sukite VR1, kol svyravimas tiesiog sustos. Tai padarius, ESR reikšmę galima patikrinti už skalės, pritvirtintos už VR1 ratuko.

Grandinės aprašymas

Nesant neigiamo pasipriešinimo, L1 ir Cx veikia kaip nuoseklioji rezonansinė grandinė, kurią slopina L1 atsparumas ir Cx ESR. Ši ESR grandinė pradės svyruoti, kai tik bus maitinama per įtampos paleidiklį. IC1 a veikia kaip osciliatorius, kad generuotų kvadratinės bangos signalo išėjimą esant žemam dažniui, Hz. Šis konkretus išėjimas yra diferencijuojamas, kad būtų sukurti įtampos šuoliai (impulsai), kurie suaktyvina prijungtą rezonansinę grandinę.

Kai tik kondensatoriaus ESR kartu su R1 varža yra linkę nutraukti su neigiamu pasipriešinimu, skambėjimo virpesiai virsta nuolatiniu svyravimu. Vėliau tai įjungia šviesos diodą D1. Kai tik neigiamas pasipriešinimo kritimas sustabdo virpesius, šviesos diodas išsijungia.

Aptikęs sutrikusį kondensatorių

Jei ties Cx aptinkamas trumpojo jungimo kondensatorius, šviesos diodas šviečia padidėjusiu ryškumu. Tuo laikotarpiu, kai rezonansinė grandinė svyruoja, šviesos diodas įsijungia tik per teigiamus krašto pusės bangos ciklus: dėl to jis užsidega tik 50% viso jo ryškumo. IC 1 d tiekia pusę maitinimo įtampos, kuri naudojama kaip IC1b nuoroda.

S1 gali būti naudojamas reguliuoti ICIb stiprinimą, o tai savo ruožtu keičia neigiamą varžą, kad būtų galima atlikti plačius ESR matavimo diapazonus 0-1, 0-10 ir 0-100 Ω.

Dalių sąrašas

L1 Statyba

Induktorius L1 pagamintas apvijus tiesiai aplink vidinius 4 gaubto stulpus, kurie gali būti naudojami PCB kampams įsukti.

Apsisukimų skaičius gali būti 42, naudojant 30 SWG super emaliuotos varinės vielos. Sukurkite L1, kol jūsų apvijų galuose bus 3,2 Ohm varža arba maždaug 90uH induktyvumo vertė.

Vielos storis nėra svarbus, tačiau varžos ir induktyvumo vertės turi būti tokios, kaip nurodyta aukščiau.

Testo rezultatai

Su apvijos detalėmis, kaip aprašyta aukščiau, 1000xF kondensatorius, išbandytas Cx lizduose, turėtų generuoti 70 Hz dažnį. 1 pF kondensatorius gali sukelti šio dažnio padidėjimą iki maždaug 10 kHz.

Nagrinėdamas grandinę, per 100 nF kondensatorių, esantį R19, sukabinau krištolo ausinę, kad galėčiau išbandyti dažnio lygius. Kvadratinių bangų dažnio spustelėjimas buvo gerai girdimas, o VR1 buvo sureguliuotas toli nuo vietos, dėl kurios virpesiai nutrūko. Kai VR1 buvo derinamas prie kritinio taško, aš galėjau pradėti girdėti gryną žemos įtampos sinusinių bangų dažnio garsą.

Kaip kalibruoti

Paimkite aukštos kokybės 1 000µF kondensatorių, kurio įtampa yra mažiausia 25 V, ir įdėkite jį į Cx taškus. Palaipsniui keiskite VR1, kol rasite visiškai išjungtą šviesos diodą. Pažymėkite šį konkretų tašką už puodo skalės ratuko kaip 0,1 Ω.

Toliau nuosekliai pritvirtinkite žinomą rezistorių su esamu bandomuoju „Cx“, dėl kurio šviesos diodas užsidegs, dabar dar kartą sureguliuokite VR1, kol šviesos diodas bus tiesiog išjungtas.

Šiuo metu VR1 rinkimo skalę pažymėkite nauja bendrąja varža. Gali būti naudingiau dirbti su 0,1Ω intervalais 1Ω diapazone ir tinkamai didesniais žingsniais kituose dviejuose diapazonuose.

Rezultatų aiškinimas

Žemiau pateiktoje diagramoje pateikiamos standartinės ESR vertės, remiantis gamintojų įrašais ir atsižvelgiant į tai, kad 10 kHz dažniu apskaičiuotas ESR paprastai yra 1/3 to, kuris buvo išbandytas 1 kHz dažniu. Galima nustatyti, kad ESR vertės su 10 V standartinės kokybės kondensatoriais yra 4 kartus didesnės nei turinčios žemo ESR 63 V tipus.

Todėl, kai mažo ESR tipo kondensatorius suyra iki tokio lygio, kad jo ESR būtų panašus į tipišką elektrolitinį kondensatorių, jo vidinio atšilimo sąlygos padidės 4 kartus!

Jei matote, kad patikrinta ESR vertė yra daugiau nei 2 kartus didesnė už vertę, parodytą kitame paveikslėlyje, galite manyti, kad kondensatorius nebebus geriausias.

Kondensatorių, kurių įtampos rodikliai skiriasi nuo toliau nurodytų, ESR vertės bus tarp taikomų grafiko linijų.

ESR matuoklis naudojant IC 555

Tai nėra taip tipiška, tačiau ši paprasta ESR grandinė yra labai tiksli ir lengvai sukonstruojama. Jame naudojami labai įprasti komponentai, tokie kaip IC 555, 5 V nuolatinės srovės šaltinis, kelios kitos pasyviosios dalys.

Grandinė sukurta naudojant CMOS IC 555, nustatytą darbo koeficientu 50:50.
Darbinis ciklas galėjo būti pakeistas per rezistorių R2 ir r.
Net nedidelis r vertės pokytis, atitinkantis aptariamo kondensatoriaus ESR, sukelia žymius IC išėjimo dažnio pokyčius.

Išėjimo dažnis yra išspręstas pagal formulę:

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

Šioje formulėje C žymi talpą, R susidaro iš (R1 + R2 + r), r žymi kondensatoriaus C ESR, o k yra kaip koeficientas, lygus:

k = (R2 + r) / R.

Kad grandinė veiktų teisingai, koeficiento k vertė neturi būti didesnė kaip 0,333.

Jei jis bus padidintas virš šios vertės, IC 555 taps nekontroliuojamas ypač aukšto dažnio virpesių režimas, kurį valdys tik lusto sklidimo vėlavimas.

Reaguojant į koeficiento k padidėjimą nuo 0 iki 0,31, IC išėjimo dažnyje rasite 10 kartų didesnį eksponentinį rodiklį.

Kadangi jis dar labiau padidėja nuo 0,31 iki 0,33, padidinkite išvesties frececny dar 10 kartų.

Darant prielaidą, kad R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimalus ESR = 0, k koeficientas turėtų būti apie 0,3188.

Tarkime, kad ESR vertė yra maždaug 100 omų, k vertė padidėtų 3%, esant 0,3286. Dabar IC 555 priverčia svyruoti 3 kartus didesniu dažniu, palyginti su pradiniu dažniu, kai r = ESR = 0.

Tai rodo, kad didėjant r (ESR), eksponentiškai padidėja IC išėjimo dažnis.

Kaip išbandyti

Pirmiausia turėsite sukalibruoti grandinės atsaką naudodami aukštos kokybės kondensatorių su nereikšmingu ESR ir turintį tokią pačią talpos vertę, kurią reikia išbandyti.

Taip pat turėtumėte turėti saujelę įvairiausių rezistorių, kurių tikslios vertės svyruoja nuo 1 iki 150 omų.

Dabar nubraižykite grafiką išėjimo dažnis vs r kalibravimo vertėms,

Tada prijunkite kondensatorių, kurį reikia patikrinti dėl ESR, ir pradėkite analizuoti jo ESR vertę palygindami atitinkamą IC 555 dažnį ir atitinkamą vertę diagramoje.

Norint užtikrinti optimalią mažesnių ESR reikšmių skiriamąją gebą, pvz., Žemesnę nei 10 omų, ir taip pat atsikratyti dažnio skirtumų, rekomenduojama nuosekliai su testuojamu kondensatoriumi pridėti rezistorių nuo 10 iki 100 omų.

Gavę r vertę iš grafiko, iš to tiesiog atimkite fiksuoto rezistoriaus vertę r gauti ESR vertę.