Jednostavni ESR mjerni krug

Jednostavni ESR mjerni krug

Post govori o jednostavnom krugu ESR mjerača koji se može koristiti za prepoznavanje loših kondenzatora u elektroničkom krugu, a da ih se praktički ne uklanja s pločice. Ideju je zatražio Manual Sofian



Tehničke specifikacije

Imate li shemu o ESR mjeraču. Tehničari mi preporučuju da prvo provjerim elektroliticu svaki put kad nađem mrtvi krug, ali ne znam kako to izmjeriti.

Unaprijed zahvaljujem na odgovoru.





Što je ESR

ESR što znači Ekvivalentni serijski otpor zanemarivo je mala vrijednost otpora koja obično postaje dio svih kondenzatora i prigušnica i pojavljuje se u seriji sa stvarnim jediničnim vrijednostima, međutim u elektrolitskim kondenzatorima, posebno zbog starenja, vrijednost ESR može se povećavati na abnormalne razine koje negativno utječu na ukupnu kvalitetu i odgovor uključenog kruga.

Razvijajući ESR u određenom kondenzatoru može se postupno povećavati od samo nekoliko milioma do čak 10 ohma, što će ozbiljno utjecati na odziv kruga.



Međutim, gore objašnjeni ESR ne mora nužno značiti da bi to također utjecalo na kapacitivnost kondenzatora, zapravo bi vrijednost kapacitivnosti mogla ostati netaknuta i dobra, ali da se performanse kondenzatora pogoršavaju.

Zahvaljujući ovom scenariju, normalno mjerilo kapacitivnosti u cijelosti ne može otkriti loš kondenzator pogođen visokom ESR vrijednošću, a tehničar smatra da su kondenzatori u redu s obzirom na vrijednost njegove kapacitivnosti, što zauzvrat čini rješavanje problema izuzetno teškim.

Kada normalni mjerači kapacitivnosti i mjerači ohma postanu potpuno neučinkoviti u mjerenju ili otkrivanju abnormalnih ESR-a u neispravnim kondenzatorima, ESR-mjerač postaje izuzetno koristan za identificiranje takvih zavaravajućih uređaja.

Razlika između ESR i kapacitivnosti

U osnovi, ESR vrijednost kondenzatora (u ohima) pokazuje koliko je kondenzator dobar ..

Što je vrijednost manja, to su radne performanse kondenzatora veće.

ESR test pruža nam brzo upozorenje na kvar kondenzatora i puno je korisniji u usporedbi s testom kapacitivnosti.

U stvari, nekoliko neispravnih elektrolita može pokazati OKAY kada se pregledavaju pomoću standardnog mjerača kapacitivnosti.

U posljednje vrijeme razgovarali smo s mnogim pojedincima koji ne podržavaju značaj ESR-a i upravo u onoj percepciji koji je jedinstven po kapacitetu.

Stoga mislim da je vrijedno pružiti isječak iz tehnoloških vijesti uglednog časopisa čiji je autor Doug Jones, predsjednik Independence Electronics Inc. Učinkovito se bavi zabrinutošću ESR-a. 'ESR je aktivni prirodni otpor kondenzatora protiv izmjeničnog signala.

Veći ESR može dovesti do vremenski konstantnih komplikacija, zagrijavanja kondenzatora, povećanja opterećenja kruga, ukupnog kvara sustava itd.

Koje probleme ESR može uzrokovati?

Prekidački način napajanja s visokim ESR kondenzatorima možda se neće uspjeti pokrenuti optimalno ili se jednostavno uopće neće pokrenuti.

TV zaslon mogao bi biti ukošen sa strane / gore / odozdo zbog visokog ESR kondenzatora. To također može dovesti do preuranjenih kvarova dioda i tranzistora.

Sva ta i mnoga druga pitanja obično izazivaju kondenzatori odgovarajućeg kapaciteta, ali velike ESR, koji se ne mogu prepoznati kao statični podaci i zbog toga se ne mogu mjeriti standardnim mjeračem kapacitivnosti ili istosmjernim ommetrom.

ESR se pojavljuje samo kada je izmjenična struja spojena na kondenzator ili kada dielektrični naboj kondenzatora neprestano mijenja stanja.

To se može promatrati kao ukupni međufazni otpor kondenzatora na izmjeničnom naponu, kombiniran s istosmjernim otporom kondenzatorskih vodova, istosmjernim otporom međusobne povezanosti s dielektrikom kondenzatora, otporom ploče kondenzatora i međufaznim izmjeničnim naponom dielektričnog materijala otpor u određenoj frekvenciji i temperaturi.

Svi elementi koji uzrokuju stvaranje ESR-a mogli bi se smatrati otporom u seriji s kondenzatorom. Ovaj otpor zapravo ne postoji kao fizička cjelina, stoga neposredno mjerenje 'ESR otpornika' jednostavno nije izvedivo. Ako je, pak, dostupan pristup koji pomaže u ispravljanju rezultata kapacitivne reaktancije i ako se uzme u obzir da su svi otpori u fazi, ESR bi se mogao odrediti i testirati koristeći temeljnu elektroničku formulu E = I x R!

AŽURIRANJE jednostavnije alternative

Sastav baziran na opcionim opcijama dolje izgleda složen, nema sumnje, stoga bih nakon malo razmišljanja mogao smisliti ovu jednostavnu ideju za brzu procjenu ESR-a bilo kondenzatora.

Međutim, za ovo ćete morati prvo izračunati koliko otpora idealno posjeduje određeni kondenzator, koristeći sljedeću formulu:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

  • gdje je Xc = reaktancija (otpor u Ohmima),
  • pi = 22/7
  • f = frekvencija (uzmite 100 Hz za ovu aplikaciju)
  • C = vrijednost kondenzatora u Faradsu

Vrijednost Xc dat će vam ekvivalentni otpor (idealnu vrijednost) kondenzatora.

Dalje, pronađite struju kroz Ohmov zakon:

I = V / R, ovdje V bit će 12 x 1,41 = 16,92 V, R će biti zamijenjen s Xc kako je postignuto iz gornje formule.

Nakon što pronađete idealnu strujnu vrijednost kondenzatora, možete upotrijebiti sljedeći praktični sklop za usporedbu rezultata s gore izračunatom vrijednošću.

Za to će vam trebati sljedeći materijali:

  • Transformator 0-12V / 220V
  • 4 diode 1N4007
  • 0-1 amp FSD mjerač zavojnice ili bilo koji standardni ampermetar

Gornji krug pružit će izravno očitanje o tome koliko struje kondenzator može isporučiti kroz njega.

Zabilježite struju izmjerenu iz gore postavljenog i struju postignutu iz formule.

Napokon, ponovno upotrijebite Ohmov zakon za procjenu otpora iz dva trenutna (I) očitanja.

R = V / I gdje će napon V biti 12 x 1,41 = 16,92, 'I' će biti prema očitanjima.

Brzo dobivanje idealne vrijednosti kondenzatora

U gornjem primjeru, ako ne želite prolaziti kroz izračune, za usporedbu možete koristiti sljedeću referentnu vrijednost za dobivanje idealne reaktancije kondenzatora.

Prema formuli, idealna reaktancija kondenzatora od 1 uF je oko 1600 Ohma pri 100 Hz. Ovu vrijednost možemo uzeti kao mjerilo i procijeniti vrijednost bilo kojeg željenog kondenzatora jednostavnim inverznim križnim množenjem kao što je prikazano dolje.

Pretpostavimo da želimo dobiti idealnu vrijednost kondenzatora od 10 uF, vrlo jednostavno:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohma

Sada možemo usporediti ovaj rezultat s rezultatom dobivenim rješavanjem struje ampermetra u Ohmsovom zakonu. Razlika će nam reći u pogledu efektivnog ESR kondenzatora.

NAPOMENA: Napon i frekvencija korišteni u formuli i praktičnoj metodi moraju biti identični.

Korištenje opcijskog pojačala za izradu jednostavnog ESR mjerača

ESR mjerač može se koristiti za utvrđivanje stanja sumnjivog kondenzatora tijekom rješavanja problema sa starim elektroničkim krugom ili jedinicom.

Štoviše, dobra stvar kod ovih mjernih instrumenata je ta što se on može koristiti za mjerenje ESR-a kondenzatora bez potrebe za uklanjanjem ili izoliranjem kondenzatora od pločice što korisnika čini prilično jednostavnim.

Sljedeća slika prikazuje jednostavan krug ESR mjerača koji se može izgraditi i koristiti za predložena mjerenja.

Kružni dijagram

Krug ESR mjerača

Kako radi

Sklop se može razumjeti na sljedeći način:

TR1 zajedno s priloženim NPN tranzistorom tvori jednostavni povratno aktivirani blokirajući oscilator koji oscilira na nekoj vrlo visokoj frekvenciji.

Oscilacije induciraju razmjernu veličinu napona na 5 okretaja sekundarnog transformatora, a taj inducirani visokofrekventni napon primjenjuje se na dotični kondenzator.

Opamp se također može vidjeti priložen sa gore navedenim niskonaponskim visokofrekventnim napajanjem i konfiguriran je kao strujno pojačalo.

Bez ESR-a ili u slučaju novog dobrog kondenzatora, mjerač je postavljen tako da pokazuje progib u punoj skali koji ukazuje na minimalni ESR na kondenzatoru koji se proporcionalno spušta prema nuli za različite kondenzatore s različitim količinama ESR razine.

Niži ESR uzrokuje razvijanje relativno veće struje na invertirajućem ulazu osjetnika opampa koji se odgovarajuće prikazuje u mjeraču s većim stupnjem otklona i obrnuto.

Gornji tranzistor BC547 uveden je kao zajednički stupanj regulatora napona kolektora kako bi se stupnju oscilatora upravljalo s nižim 1,5 V, tako da se drugi elektronički uređaj u pločici oko ispitivanog kondenzatora drži pod nultim naponom od ispitne frekvencije od ESR mjerač.

Proces kalibracije brojila je jednostavan. Držeći ispitne kablove kratko spojene, 100k unaprijed postavljenih postavki u blizini mjerača uA podešava se sve dok se ne postigne puni otklon skale na točkiću mjerača.

Nakon toga, u mjeraču se mogu provjeriti različiti kondenzatori s visokim ESR vrijednostima s odgovarajuće nižim stupnjevima otklona kao što je objašnjeno u prethodnom odjeljku ovog članka.

Transformator je izgrađen preko bilo kojeg feritnog prstena, koristeći bilo koju tanku magnetnu žicu s prikazanim brojem zavoja.

Još jedan jednostavan ESR ispitivač s jednom LED lampicom

Sklop daje negativni otpor za prekid ESR kondenzatora koji je na ispitu, stvarajući kontinuiranu serijsku rezonancu kroz fiksni prigušnik. Na donjoj slici prikazan je shematski dijagram esr mjerača. Negativni otpor generira IC 1b: Cx označava kondenzator koji se ispituje, a L1 je postavljen kao fiksni induktor.

Osnovni rad

Pot VR1 olakšava negativni otpor koji treba prilagoditi. Za testiranje, jednostavno nastavite okretati VR1 dok oscilacije jednostavno ne prestanu. Nakon što se to učini, vrijednost ESR-a može se provjeriti na skali pričvršćenoj iza brojčanika VR1.

Opis kruga

U nedostatku negativnog otpora, L1 i Cx rade poput serijskog rezonantnog kruga koji je potisnut otporom L1 i Cx-ovim ESR. Ovaj ESR krug počet će oscilirati čim se napaja kroz okidač napona. IC1 funkcionira poput oscilatora za generiranje kvadratnog vala koji daje izlaz s malo niske frekvencije u Hz. Ovaj određeni izlaz diferenciran je kako bi se stvorili naponski skokovi (impulsi) koji pokreću priključeni rezonantni krug.

Čim ESR kondenzatora, zajedno s otporom R1, završe negativnim otporom, zvonjenje osciliranja pretvara se u konstantno titranje. Nakon toga se uključuje LED D1. Čim se zaustavi titranje zbog pada negativnog otpora, LED se isključuje.

Otkrivanje kratkog kondenzatora

U slučaju da se na Cx otkrije kratko spojeni kondenzator, LED svijetli s povećanom svjetlinom. Tijekom razdoblja titranja rezonantnog kruga, LED se uključuje samo kroz pozitivne oštrice poluciklusa valnog oblika: što uzrokuje da svijetli samo s 50% svoje ukupne svjetline. IC 1 d napaja napona napola koji se koristi kao referenca za IC1b.

S1 se može koristiti za podešavanje pojačanja ICIb, što zauzvrat mijenja negativni otpor za omogućavanje širokih raspona mjerenja ESR, u rasponu od 0-1, 0-10 i 0-100 Ω.

Popis dijelova

L1 Izgradnja

Prigušnica L1 izrađena je namotavanjem izravno oko unutarnja 4 stupa kućišta koji se mogu koristiti za zavrtanje uglova PCB-a.

Broj zavoja može biti 42, koristeći 30 SWG super emajliranih bakrenih žica. Stvorite L1 dok ne dobijete otpor od 3,2 Ohm na krajevima namota ili oko vrijednosti induktivnosti od 90uH.

Debljina žice nije presudna, ali vrijednosti otpora i induktivnosti moraju biti gore navedene.

Rezultati ispitivanja

Uz gore opisane detalje namota, kondenzator od 1000 uF testiran u Cx utorima trebao bi generirati frekvenciju od 70 Hz. Kondenzator od 1 pF može uzrokovati povećanje ove frekvencije na oko 10 kHz.

Dok sam ispitivao strujni krug, spojio sam kristalnu slušalicu kroz kondenzator od 100 nF na R19 kako bih testirao razinu frekvencije. Klik četvrtaste frekvencije valova lijepo se čuo dok je VR1 bio podešen daleko od mjesta zbog kojeg su oscilacije prestale. Kako se VR1 prilagođavao prema svojoj kritičnoj točki, mogao sam početi čuti čisti zvuk niskonaponske sinevalne frekvencije.

Kako kalibrirati

Uzmite visokokvalitetni kondenzator od 1.000µF napona najmanje 25 V i umetnite ga u Cx točke. Postupno mijenjajte VR1 dok LED ne bude potpuno isključen. Označite ovu određenu točku iza brojčanika skale pota kao 0,1 Ω.

Dalje, spojite poznati otpor u seriju sa postojećim ispitanim Cx koji će uzrokovati da LED svijetli, a sada ponovo podesite VR1 dok se LED samo ne isključi.

U ovom trenutku označite VR1 skalu za biranje svježom vrijednosti ukupnog otpora. Možda je sasvim poželjno raditi s koracima od 0,1Ω na rasponu od 1Ω i prikladno većim koracima na druga dva raspona.

Tumačenje rezultata

Grafikon u nastavku prikazuje standardne vrijednosti ESR, prema zapisima proizvođača, uzimajući u obzir činjenicu da je ESR izračunat na 10 kHz općenito 1/3 od onoga ispitanog na 1 kHz. Može se utvrditi da su vrijednosti ESR s kondenzatorima standardne kvalitete 10V 4 puta veće od onih s tipovima niskog ESR 63V.

Stoga, kad god se kondenzator tipa niskog ESR razgradi do razine na kojoj je njegov ESR sličan onome kao u tipičnog elektrolitskog kondenzatora, njegovi će se uvjeti unutarnjeg zagrijavanja povećati 4 puta više!

U slučaju da vidite da je testirana vrijednost ESR veća od 2 puta veće od vrijednosti prikazane na sljedećoj slici, možda više nećete pretpostavljati kondenzator u svom najboljem stanju.

Vrijednosti ESR za kondenzatore čija je vrijednost napona različita od one navedene u nastavku bit će između primjenjivih linija na grafikonu.

ESR mjerač pomoću IC 555

Nije tako tipično, ali ovaj jednostavni ESR krug izuzetno je precizan i jednostavan za izradu. Zapošljava vrlo uobičajene komponente poput IC 555, 5V istosmjernog izvora, nekoliko drugih pasivnih dijelova.

Krug je izrađen pomoću CMOS IC 555, postavljenog s radnim faktorom 50:50.
Radni ciklus se mogao mijenjati kroz otpor R2 i r.
Čak i mala promjena vrijednosti r koja odgovara ESR dotičnog kondenzatora, uzrokuje značajne razlike u izlaznoj frekvenciji IC.

Izlazna frekvencija rješava se formulom:

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

U ovoj formuli C predstavlja kapacitet, R je formiran od (R1 + R2 + r), r označava ESR kondenzatora C, dok je k pozicioniran kao faktor jednak:

k = (R2 + r) / R.

Da bi se osiguralo da krug radi ispravno, vrijednost faktora k ne smije biti veća od 0,333.

Ako se poveća iznad ove vrijednosti, IC 555 će postati nekontrolirani način osciliranja na izuzetno visokoj frekvenciji, koja će se kontrolirati isključivo zakašnjenjem širenja čipa.

Naći ćete eksponencijalni rez u izlaznoj frekvenciji IC za 10X, kao odgovor na povećanje faktora k s 0 na 0,31.

Kako se još više povećava s 0,31 na 0,33, učinite da se izlazni frquecny poveća za još 10X magnitude.

Pod pretpostavkom da je R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimalni ESR = 0 za C, k faktor bi trebao eb oko 0,3188.

Sada, pretpostavimo da imamo ESR vrijednost od oko 100 ohma, što bi dovelo do povećanja vrijednosti k za 3% na 0,3286. Ovo sada prisiljava IC 555 na osciliranje s frekvencijom koja je 3 puta veća u odnosu na izvornu frekvenciju pri r = ESR = 0.

To pokazuje da s porastom r (ESR) uzrokuje eksponencijalni porast frekvencije IC izlaza.

Kako testirati

Prvo ćete trebati kalibrirati odziv kruga pomoću visokokvalitetnog kondenzatora sa zanemarivim ESR-om i koji ima vrijednost kapacitivnosti identičnu onoj koju treba testirati.

Također biste trebali imati pregršt različitih otpornika s točnim vrijednostima u rasponu od 1 do 150 ohma.

Sada ucrtajte grafikon izlazna frekvencija vs. r za kalibracijske vrijednosti,

Zatim spojite kondenzator koji treba testirati na ESR i započnite analizirati njegovu ESR vrijednost uspoređujući odgovarajuću IC 555 frekvenciju i odgovarajuću vrijednost u ucrtanom grafikonu.

Da bi se osigurala optimalna razlučivost za niže vrijednosti ESR-a, na primjer ispod 10 ohma, a također i da bi se riješili nejednakosti frekvencija, preporučuje se dodavanje otpora između 10 ohma i 100 ohma u seriju s kondenzatorom koji se ispituje.

Jednom kada se vrijednost r dobije na grafikonu, samo trebate od toga oduzeti vrijednost fiksnog otpora r da biste dobili ESR vrijednost.




Prethodno: 3-fazni krug pokretača motora bez četkica (BLDC) Dalje: Krug regulatora brzine pedale za električna vozila