Circuito misuratore ESR semplice

Il post discute un semplice circuito del misuratore di ESR che può essere utilizzato per identificare i condensatori difettosi in un circuito elettronico senza rimuoverli praticamente dal circuito. L'idea è stata richiesta da Manual Sofian

Specifiche tecniche

Hai uno schema sul misuratore ESR. I tecnici mi consigliano di controllare prima l'elettrolitico ogni volta che trovo un circuito morto, ma non so come misurarlo.

Grazie in anticipo per la tua risposta.

Cos'è ESR

ESR che sta per Equivalent Series Resistance è un valore di resistenza trascurabile che normalmente diventa una parte di tutti i condensatori e induttori e appare in serie con i loro valori unitari effettivi, tuttavia nei condensatori elettrolitici in particolare, a causa dell'invecchiamento, il valore ESR potrebbe continuare ad aumentare a livelli anormali che influenzano negativamente la qualità complessiva e la risposta del circuito coinvolto.

L'ESR in via di sviluppo in un particolare condensatore può aumentare gradualmente da pochi milliohm a un massimo di 10 ohm, influenzando gravemente la risposta del circuito.

Tuttavia, l'ESR sopra spiegato potrebbe non significare necessariamente che anche la capacità del condensatore sarebbe influenzata, infatti il ​​valore della capacità potrebbe rimanere intatto e buono, ma le prestazioni del condensatore potrebbero deteriorarsi.

È a causa di questo scenario che un normale misuratore di capacità non riesce completamente a rilevare un condensatore difettoso affetto da un valore ESR elevato e un tecnico trova i condensatori OK in termini di valore di capacità, il che a sua volta rende estremamente difficile la risoluzione dei problemi.

Laddove i normali misuratori di capacità e Ohm diventano totalmente inefficaci nel misurare o rilevare ESR anormali in condensatori difettosi, un misuratore ESR diventa estremamente utile per identificare tali dispositivi fuorvianti.

Differenza tra ESR e capacità

Fondamentalmente, il valore ESR di un condensatore (in ohm) indica quanto è buono il condensatore ..

Più basso è il valore, maggiori sono le prestazioni di lavoro del condensatore.

Un test ESR ci fornisce un rapido avviso di malfunzionamento del condensatore ed è molto più utile rispetto a un test di capacità.

In effetti, diversi elettrolitici difettosi potrebbero risultare OK se esaminati utilizzando un misuratore di capacità standard.

Ultimamente abbiamo parlato con molte persone che non supportano il significato di ESR e in quale percezione esattamente è unico per capacità.

Pertanto penso che valga la pena fornire una clip da una notizia tecnologica su una rivista rinomata scritta da Doug Jones, il presidente di Independence Electronics Inc. Affronta efficacemente la preoccupazione dell'ESR. 'ESR è la resistenza naturale attiva di un condensatore contro un segnale AC.

Una ESR più alta può portare a complicazioni costanti nel tempo, riscaldamento del condensatore, aumento del carico del circuito, guasto generale del sistema, ecc.

Quali problemi può causare ESR?

Un alimentatore switching con condensatori ESR elevati potrebbe non avviarsi in modo ottimale o semplicemente non avviarsi affatto.

Lo schermo di un televisore potrebbe essere inclinato dai lati / dall'alto / dal basso a causa di un condensatore ESR alto. Può anche portare a guasti prematuri di diodi e transistor.

Tutti questi e molti altri problemi sono solitamente indotti da condensatori con capacità adeguata ma ESR di grandi dimensioni, che non possono essere rilevati come una figura statica e per questo motivo non possono essere misurati tramite un misuratore di capacità standard o un ohmmetro CC.

L'ESR si manifesta solo quando una corrente alternata è collegata a un condensatore o quando la carica dielettrica di un condensatore cambia costantemente stato.

Questo può essere visto come la resistenza CA in fase totale del condensatore, combinata con la resistenza CC dei conduttori del condensatore, la resistenza CC dell'interconnessione con il dielettrico del condensatore, la resistenza di placca del condensatore e la CA in fase del materiale dielettrico resistenza in una specifica frequenza e temperatura.

Tutti gli elementi che causano la formazione di ESR potrebbero essere considerati come un resistore in serie con un condensatore. Questo resistore non esiste realmente come entità fisica, quindi una misurazione immediata sul 'resistore ESR' non è fattibile. Se, d'altra parte, è accessibile un approccio che aiuta a correggere i risultati della reattanza capacitiva, e contemplando che tutte le resistenze sono in fase, l'ESR potrebbe essere determinato e testato utilizzando la formula elettronica fondamentale E = I x R!

AGGIORNARE un'alternativa più semplice

Il circuito basato sull'amplificatore operazionale fornito di seguito sembra complesso, senza dubbio, quindi dopo un po 'di riflessione potrei venire con questa semplice idea per valutare rapidamente l'ESR di qualsiasi condensatore.

Tuttavia per questo dovrai prima calcolare la quanta resistenza possiede idealmente il particolare condensatore, utilizzando la seguente formula:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• dove Xc = reattanza (resistenza in Ohm),
• pi = 22/7
• f = frequenza (prendi 100 Hz per questa applicazione)
• C = valore del condensatore in Farad

Il valore Xc ti darà la resistenza equivalente (valore ideale) del condensatore.

Quindi, trova la corrente attraverso la legge di Ohm:

I = V / R, qui V sarà 12 x 1,41 = 16,92 V, R sarà sostituito con Xc come ottenuto dalla formula sopra.

Una volta trovata la corrente nominale ideale del condensatore, è quindi possibile utilizzare il seguente circuito pratico per confrontare il risultato con il valore calcolato sopra.

Per questo avrai bisogno dei seguenti materiali:

• Trasformatore 0-12V / 220V
• 4 diodi 1N4007
• Misuratore a bobina mobile FSD da 0-1 amp o qualsiasi amperometro standard

Il circuito sopra fornirà una lettura diretta della quantità di corrente che il condensatore è in grado di fornire attraverso di esso.

Annotare la corrente misurata dalla configurazione di cui sopra e la corrente ottenuta dalla formula.

Infine, usa di nuovo la legge di Ohm, per valutare le resistenze dalle due letture di corrente (I).

R = V / I dove la tensione V sarà 12 x 1,41 = 16,92, 'I' sarà come da letture.

Ottenere rapidamente il valore ideale di un condensatore

Nell'esempio sopra, se non si desidera eseguire i calcoli, è possibile utilizzare il seguente valore di riferimento per ottenere la reattanza ideale di un condensatore, per il confronto.

Secondo la formula, la reattanza ideale di un condensatore da 1 uF è di circa 1600 Ohm a 100 Hz. Possiamo prendere questo valore come parametro e valutare il valore di qualsiasi condensatore desiderato attraverso una semplice moltiplicazione incrociata inversa come mostrato di seguito.

Supponiamo di voler ottenere il valore ideale di un condensatore da 10uF, molto semplicemente sarebbe:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Ora possiamo confrontare questo risultato, con il risultato ottenuto risolvendo la corrente dell'amperometro nella legge di Ohm. La differenza ci dirà riguardo all'effettiva ESR del condensatore.

NOTA: la tensione e la frequenza utilizzate nella formula e nel metodo pratico devono essere identiche.

Utilizzo di un amplificatore operazionale per realizzare un semplice misuratore ESR

Un misuratore ESR può essere utilizzato per determinare lo stato di salute di un condensatore dubbio durante la risoluzione dei problemi di un vecchio circuito o unità elettronica.

Inoltre la cosa buona di questi strumenti di misura è che possono essere usati per misurare l'ESR di un condensatore senza la necessità di rimuovere o isolare il condensatore dal circuito, rendendo le cose abbastanza facili per l'utente.

La figura seguente mostra un semplice circuito del misuratore ESR che può essere costruito e utilizzato per le misurazioni proposte.

Schema elettrico

Come funziona

Il circuito può essere interpretato nel modo seguente:

TR1 insieme al transistor NPN collegato forma un semplice oscillatore di blocco innescato con feed back che oscilla a una frequenza molto alta.

Le oscillazioni inducono una grandezza proporzionale di tensione attraverso i 5 giri secondari del trasformatore, e questa tensione ad alta frequenza indotta viene applicata attraverso il condensatore in questione.

Un amplificatore operazionale può anche essere visto collegato con l'alimentazione ad alta frequenza a bassa tensione sopra ed è configurato come un amplificatore di corrente.

Senza ESR o in caso di un nuovo buon condensatore, il misuratore è impostato per indicare una deflessione a fondo scala che indica una ESR minima attraverso il condensatore che scende proporzionalmente verso lo zero per diversi condensatori con diverse quantità di livelli di ESR.

Una ESR inferiore provoca lo sviluppo di una corrente relativamente più elevata attraverso l'ingresso di rilevamento invertente dell'amplificatore operazionale che viene corrispondentemente visualizzato nel misuratore con un grado di deflessione più elevato e viceversa.

Il transistor BC547 superiore viene introdotto come stadio regolatore di tensione del collettore comune per far funzionare lo stadio dell'oscillatore con una tensione inferiore di 1,5 V in modo che l'altro dispositivo elettronico nella scheda del circuito attorno al condensatore in prova venga mantenuto sotto tensione zero dalla frequenza di prova da il misuratore ESR.

Il processo di calibrazione dello strumento è semplice. Mantenendo i puntali in cortocircuito, il valore preimpostato di 100k vicino al misuratore uA viene regolato finché non si ottiene una deflessione di fondo scala sul quadrante del misuratore.

Successivamente, è possibile verificare nel misuratore diversi condensatori con valori ESR elevati con gradi di deflessione corrispondentemente inferiori, come spiegato nella sezione precedente di questo articolo.

Il trasformatore è costruito su qualsiasi anello di ferrite, utilizzando qualsiasi filo sottile magnetico con il numero di giri indicato.

Un altro semplice ESR Tester con un LED

Il circuito fornisce una resistenza negativa per terminare l'ESR del condensatore che è in prova, creando una risonanza in serie continua attraverso un induttore fisso. La figura sotto mostra lo schema del circuito del misuratore esr. La resistenza negativa è generata da IC 1b: Cx indica il condensatore in prova e L1 è posizionato come induttore fisso.

Lavoro di base

Il vaso VR1 facilita la regolazione della resistenza negativa. Per eseguire il test, è sufficiente continuare a ruotare VR1 finché l'oscillazione non si ferma. Una volta fatto questo, il valore ESR potrebbe essere controllato da una scala attaccata dietro il quadrante VR1.

Descrizione del circuito

In assenza di una resistenza negativa, L1 e Cx funzionano come un circuito risonante in serie che viene soppresso dalla resistenza di L1 e dall'ESR di Cx. Questo circuito ESR inizierà a oscillare non appena viene alimentato tramite un trigger di tensione. IC1 a funziona come un oscillatore per generare un'uscita del segnale a onda quadra con una bassa frequenza in Hz. Questa particolare uscita è differenziata per creare i picchi di tensione (impulsi) che attivano il circuito risonante collegato.

Non appena l'ESR del condensatore insieme alla resistenza di R1 tendono a terminare con la resistenza negativa, l'oscillazione dell'anello si trasforma in un'oscillazione costante. Successivamente si accende il LED D1. Non appena l'oscillazione viene interrotta per la caduta della resistenza negativa, provoca lo spegnimento del LED.

Rilevamento di un condensatore in corto

Nel caso in cui venga rilevato un condensatore in corto circuito a Cx, il LED si illumina con una maggiore luminosità. Durante il periodo di oscillazione del circuito risonante, il LED si accende esclusivamente attraverso i semicicli con bordo positivo della forma d'onda: il che fa sì che si accenda solo al 50% della sua luminosità totale. IC 1 d fornisce una tensione di alimentazione a metà che viene utilizzata come riferimento per IC1b.

S1 può essere utilizzato per regolare il guadagno di ICIb, che a sua volta modifica la resistenza negativa per abilitare ampi intervalli di misurazione ESR, tra 0-1, 0-10 e 0-100 Ω.

Elenco delle parti

Costruzione L1

L'induttore L1 è realizzato avvolgendo direttamente intorno ai 4 pilastri interni della custodia che possono essere utilizzati per avvitare gli angoli del PCB.

Il numero di giri può essere 42, utilizzando 30 fili di rame super smaltato SWG. Crea L1 fino a quando non hai una resistenza di 3,2 Ohm alle estremità dell'avvolgimento, o intorno al valore di induttanza di 90uH.

Lo spessore del filo non è cruciale, ma i valori di resistenza e induttanza devono essere quelli indicati sopra.

Risultati del test

Con i dettagli dell'avvolgimento come descritto sopra, un condensatore da 1.000uF testato negli slot Cx dovrebbe generare una frequenza di 70 Hz. Un condensatore da 1 pF può causare un aumento di questa frequenza a circa 10 kHz.

Durante l'esame del circuito ho collegato un auricolare in cristallo attraverso un condensatore da 100 nF a R19 per testare i livelli di frequenza. Il clic di una frequenza a onda quadra era ben udibile mentre VR1 veniva regolato molto lontano dalla posizione che causava la cessazione delle oscillazioni. Mentre il VR1 veniva regolato verso il suo punto critico, ho potuto iniziare a sentire il suono puro di una frequenza sinusoidale a bassa tensione.

Come calibrare

Prendi un condensatore di alta qualità da 1.000 µF con una tensione nominale di almeno 25 V e inseriscilo nei punti Cx. Varia gradualmente il VR1 fino a trovare il LED completamente spento. Segna questo punto specifico dietro il quadrante della scala del piatto come 0,1 Ω.

Quindi, collegare un resistore noto in serie con il Cx esistente in prova che farà accendere il LED, ora regolare nuovamente VR1 fino a quando il LED non viene appena spento.

A questo punto contrassegnare la scala del quadrante VR1 con il nuovo valore di resistenza totale. Potrebbe essere preferibile lavorare con incrementi di 0,1 Ω sull'intervallo 1 Ω e incrementi opportunamente maggiori sugli altri due intervalli.

Interpretazione dei risultati

Il grafico sotto mostra i valori ESR standard, secondo i registri dei produttori e tenendo conto del fatto che ESR calcolato a 10 kHz è generalmente 1/3 di quello testato a 1 kHz. È possibile riscontrare che i valori ESR con condensatori di qualità standard da 10 V sono 4 volte superiori a quelli con i tipi a 63V a bassa ESR.

Pertanto, ogni volta che un condensatore di tipo a bassa ESR degrada a un livello in cui la sua ESR è molto simile a quella di un tipico condensatore elettrolitico, le sue condizioni di riscaldamento interno aumenteranno di 4 volte!

Nel caso in cui si vede che il valore ESR testato è maggiore di 2 volte il valore mostrato nella figura seguente, si può presumere che il condensatore non sia più nella sua condizione migliore.

I valori ESR per condensatori con valori nominali di tensione diversi da quelli indicati di seguito saranno compresi tra le linee applicabili sul grafico.

Misuratore ESR con IC 555

Non così tipico, eppure questo semplice circuito ESR è estremamente preciso e facile da costruire. Impiega componenti molto comuni come un IC 555, una sorgente a 5 V CC e poche altre parti passive.

Il circuito è costruito utilizzando un CMOS IC 555, impostato con un duty factor di 50:50.
Il ciclo di lavoro potrebbe essere alterato tramite il resistore R2 e r.
Anche una piccola variazione del valore di r che corrisponde all'ESR del condensatore in questione, provoca una variazione significativa della frequenza di uscita dell'IC.

La frequenza di uscita è risolta dalla formula:

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

In questa formula C rappresenta la capacità, R è formato da (R1 + R2 + r), r denota l'ESR del condensatore C, mentre k è posizionato come fattore uguale a:

k = (R2 + r) / R.

Per garantire il corretto funzionamento del circuito, il valore del fattore k non deve essere superiore a 0,333.

Se viene aumentato al di sopra di questo valore, l'IC 555 diventerà una modalità di oscillazione incontrollata ad una frequenza estremamente elevata, che sarà controllata esclusivamente dal ritardo di propagazione del chip.

Troverete un aumento esponenziale nella frequenza di uscita dell'IC di 10 volte, in risposta a un aumento del fattore k da 0 a 0,31.

Poiché aumenta ulteriormente da 0,31 a 0,33, la quantità di output aumenta di altre 10 volte.

Supponendo R1 = 4k7, R2 = 2k2, un ESR minimo = 0 per C, il fattore k dovrebbe essere intorno a 0,3188.

Ora, supponiamo di avere il valore ESR di circa 100 ohm, il valore k aumenterebbe del 3% a 0,3286. Questo ora forza l'IC 555 ad oscillare con una frequenza 3 volte maggiore rispetto alla frequenza originale con r = ESR = 0.

Ciò mostra che all'aumentare di r (ESR) provoca un aumento esponenziale della frequenza dell'uscita IC.

Come testare

Per prima cosa sarà necessario calibrare la risposta del circuito utilizzando un condensatore di alta qualità con ESR trascurabile e con un valore di capacità identico a quello che deve essere testato.

Inoltre dovresti avere una manciata di resistori assortiti con valori precisi che vanno da 1 a 150 ohm.

Ora traccia un grafico di frequenza di uscita vs r per i valori di calibrazione,

Quindi, collega il condensatore che deve essere testato per l'ESR e inizia ad analizzare il suo valore ESR confrontando la frequenza IC 555 corrispondente e il valore corrispondente nel grafico tracciato.

Per garantire una risoluzione ottimale per valori ESR inferiori, ad esempio inferiori a 10 ohm, e anche per eliminare le disparità di frequenza, si consiglia di aggiungere un resistore tra 10 ohm e 100 ohm in serie con il condensatore in prova.

Una volta ottenuto il valore r dal grafico, devi solo sottrarre il valore del resistore fisso da questo r per ottenere il valore ESR.