Eenvoudig ESR-metercircuit

De post bespreekt een eenvoudig ESR-metercircuit dat kan worden gebruikt voor het identificeren van slechte condensatoren in een elektronisch circuit zonder ze praktisch van de printplaat te verwijderen. Het idee werd aangevraagd door Manual Sofian

Technische specificaties

Heeft u een schema over de ESR-meter. Technici raden me aan om de elektrolytische stof eerst te controleren telkens als ik een defect circuit bedenk, maar ik weet niet hoe ik het moet meten.

Alvast bedankt voor je antwoord.

Wat is ESR

ESR, wat staat voor Equivalent Series Resistance, is een verwaarloosbaar kleine weerstandswaarde die normaal gesproken een onderdeel wordt van alle condensatoren en inductoren en in serie verschijnt met hun werkelijke eenheidswaarden, maar in elektrolytische condensatoren, vooral als gevolg van veroudering, kan de ESR-waarde blijven stijgen tot abnormale niveaus die de algehele kwaliteit en respons van het betrokken circuit nadelig beïnvloeden.

De zich ontwikkelende ESR in een bepaalde condensator kan geleidelijk toenemen van zo laag als enkele milliohm tot zo hoog als 10 ohm, wat de circuitrespons ernstig beïnvloedt.

De hierboven uiteengezette ESR hoeft echter niet noodzakelijk te betekenen dat de capaciteit van de condensator ook zou worden beïnvloed, in feite zou de capaciteitswaarde intact en goed kunnen blijven, maar de prestatie van de condensator verslechteren.

Het is vanwege dit scenario dat een normale capaciteitsmeter een slechte condensator met een hoge ESR-waarde helemaal niet kan detecteren en een technicus vindt dat de condensatoren in orde zijn in termen van de capaciteitswaarde, wat op zijn beurt het oplossen van problemen buitengewoon moeilijk maakt.

Waar normale capaciteitsmeters en ohm-meters totaal ineffectief worden bij het meten of detecteren van abnormale ESR in defecte condensatoren, wordt een ESR-meter uitermate handig voor het identificeren van dergelijke misleidende apparaten.

Verschil tussen ESR en capaciteit

Kortom, de ESR-waarde van een condensator (in ohm) geeft aan hoe goed de condensator is.

Hoe lager de waarde, hoe hoger de werkprestaties van de condensator.

Een ESR-test geeft ons een snelle waarschuwing voor condensatorstoringen en is veel nuttiger in vergelijking met een capaciteitstest.

In feite kunnen verschillende defecte elektrolytische systemen in orde zijn wanneer ze worden onderzocht met een standaard capaciteitsmeter.

De laatste tijd hebben we met veel mensen gesproken die de betekenis van ESR niet ondersteunen en in welke perceptie het uniek is van capaciteit.

Daarom denk ik dat het de moeite waard is om een ​​fragment aan te bieden uit technologisch nieuws over een gereputeerd tijdschrift geschreven door Doug Jones, de president van Independence Electronics Inc. Hij pakt de bezorgdheid van ESR effectief aan. 'ESR is de actieve natuurlijke weerstand van een condensator tegen een wisselspanningssignaal.

Een hogere ESR kan leiden tot tijdconstante complicaties, opwarming van de condensator, toename van de circuitbelasting, algehele storing van het systeem enz.

Welke problemen kunnen ESR veroorzaken?

Een schakelende voeding met hoge ESR-condensatoren start mogelijk niet optimaal of helemaal niet.

Een tv-scherm kan vanaf de zijkanten / boven- / onderkant scheef komen te staan ​​vanwege een hoge ESR-condensator. Het kan ook leiden tot voortijdige diode- en transistorstoringen.

Al deze en nog veel meer problemen worden meestal veroorzaakt door condensatoren met de juiste capaciteit maar een grote ESR, die niet als een statisch getal kunnen worden gedetecteerd en om die reden niet kunnen worden gemeten met een standaard capaciteitsmeter of een DC-ohmmeter.

ESR verschijnt alleen wanneer een wisselstroom is aangesloten op een condensator of wanneer de diëlektrische lading van een condensator constant van toestand verandert.

Dit kan worden gezien als de totale in-fase wisselstroomweerstand van de condensator, gecombineerd met de gelijkstroomweerstand van de condensatordraden, de gelijkstroomweerstand van de verbinding met het diëlektricum van de condensator, de plaatweerstand van de condensator en de in-fase wisselstroom van het diëlektrische materiaal. weerstand in een specifieke frequentie en temperatuur.

Alle elementen die de vorming van ESR veroorzaken, kunnen worden beschouwd als een weerstand in serie met een condensator. Deze weerstand bestaat niet echt als een fysieke entiteit, daarom is een onmiddellijke meting over de 'ESR-weerstand' gewoon niet haalbaar. Als, aan de andere kant, een benadering die helpt bij het corrigeren van de resultaten van capacitieve reactantie toegankelijk is, en overweegt dat alle weerstanden in fase zijn, kan de ESR worden bepaald en getest met behulp van de fundamentele elektronica-formule E = ik x R!

EEN eenvoudiger alternatief UPDATEN

Het opamp-gebaseerde circuit dat hieronder wordt gegeven, ziet er ongetwijfeld ingewikkeld uit, dus na enig nadenken kon ik dit eenvoudige idee bedenken om de ESR van elke condensator snel te beoordelen.

Hiervoor moet u echter eerst berekenen hoeveel weerstand de betreffende condensator idealiter bezit, met behulp van de volgende formule:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• waarbij Xc = reactantie (weerstand in Ohm),
• pi = 22/7
• f = frequentie (neem 100 Hz voor deze toepassing)
• C = condensatorwaarde in Farads

De Xc-waarde geeft u de equivalente weerstand (ideale waarde) van de condensator.

Zoek vervolgens de stroom door de wet van Ohm:

I = V / R, hier is V 12 x 1,41 = 16,92 V, R wordt vervangen door Xc zoals bereikt met de bovenstaande formule.

Zodra u de ideale stroomsterkte van de condensator hebt gevonden, kunt u het volgende praktische circuit gebruiken om het resultaat te vergelijken met de hierboven berekende waarde.

Hiervoor heeft u de volgende materialen nodig:

• Transformator 0-12V / 220V
• 4 diodes 1N4007
• 0-1 amp FSD moving coil meter, of een standaard ampèremeter

Het bovenstaande circuit geeft een directe aflezing van hoeveel stroom de condensator erdoorheen kan leveren.

Noteer de stroom die is gemeten met de bovenstaande opstelling en de stroom die is bereikt met de formule.

Gebruik ten slotte de wet van Ohm opnieuw om de weerstanden van de twee huidige (I) -waarden te evalueren.

R = V / I waarbij de spanning V 12 x 1,41 = 16,92 zal zijn, 'I' zal zijn volgens de metingen.

Snel de ideale waarde van een condensator verkrijgen

Als u in het bovenstaande voorbeeld de berekeningen niet wilt doorlopen, kunt u de volgende benchmarkwaarde gebruiken om de ideale reactantie van een condensator te krijgen voor de vergelijking.

Volgens de formule is de ideale reactantie van een condensator van 1 uF ongeveer 1600 Ohm bij 100 Hz. We kunnen deze waarde als maatstaf nemen en de waarde van elke gewenste condensator evalueren door middel van een eenvoudige inverse kruisvermenigvuldiging, zoals hieronder weergegeven.

Stel dat we de ideale waarde van een condensator van 10uF willen krijgen, dan zou het simpelweg zijn:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Nu kunnen we dit resultaat vergelijken met het resultaat dat wordt verkregen door de ampèremeterstroom op te lossen in de wet van Ohm. Het verschil zal ons vertellen over de effectieve ESR van de condensator.

OPMERKING: De spanning en de frequentie die in de formule en de praktische methode worden gebruikt, moeten identiek zijn.

Een opamp gebruiken om een ​​eenvoudige ESR-meter te maken

Een ESR-meter kan worden gebruikt om de gezondheid van een twijfelachtige condensator te bepalen tijdens het oplossen van problemen met een oud elektronisch circuit of oude eenheid.

Bovendien is het goede van deze meetinstrumenten dat ze kunnen worden gebruikt om de ESR van een condensator te meten zonder de condensator van de printplaat te hoeven verwijderen of isoleren, wat het voor de gebruiker vrij gemakkelijk maakt.

De volgende afbeelding toont een eenvoudig ESR-metercircuit dat kan worden gebouwd en gebruikt voor de voorgestelde metingen.

Schakelschema

Hoe het werkt

Het circuit kan als volgt worden begrepen:

TR1 vormt samen met de aangesloten NPN-transistor een eenvoudige door terugkoppeling geactiveerde blokkeeroscillator die met een zeer hoge frequentie oscilleert.

De oscillaties veroorzaken een evenredige grootte van de spanning over de 5 secundaire windingen van de transformator, en deze geïnduceerde hoogfrequente spanning wordt aangelegd over de condensator in kwestie.

Een opamp kan ook worden gezien bevestigd met de bovenstaande laagspanning hoogfrequente voeding en is geconfigureerd als een stroomversterker.

Zonder ESR of in het geval van een nieuwe goede condensator is de meter ingesteld om een ​​volledige afbuiging aan te geven die een minimum ESR over de condensator aangeeft, die proportioneel naar nul daalt voor verschillende condensatoren met verschillende hoeveelheden ESR-niveaus.

Een lagere ESR zorgt ervoor dat een relatief hogere stroom wordt ontwikkeld over de inverterende detectie-ingang van de opamp die overeenkomstig wordt weergegeven in de meter met een hogere mate van afbuiging en vice versa.

De bovenste BC547-transistor wordt geïntroduceerd als een gemeenschappelijke collectorspanningsregelaarstrap om de oscillatortrap met een lagere 1,5 V te laten werken, zodat het andere elektronische apparaat in de printplaat rond de te testen condensator onder nulspanning wordt gehouden door de testfrequentie van de ESR-meter.

Het kalibratieproces van de meter is eenvoudig. Door de meetsnoeren bij elkaar te houden, wordt de 100k-preset in de buurt van de uA-meter aangepast totdat een volledige afbuiging is bereikt op de meterknop.

Hierna konden verschillende condensatoren met hoge ESR-waarden in de meter worden geverifieerd met dienovereenkomstig lagere graden van afbuiging, zoals uitgelegd in het vorige gedeelte van dit artikel.

De transformator wordt over elke ferrietring heen gebouwd met behulp van een dunne magneetdraad met het aangegeven aantal windingen.

Nog een eenvoudige ESR-tester met één LED

Het circuit biedt een negatieve weerstand om de te testen ESR van de condensator te beëindigen, waardoor een continue serieresonantie ontstaat via een vaste inductor. Onderstaande figuur toont het schakelschema van de ESR-meter. De negatieve weerstand wordt gegenereerd door IC 1b: Cx geeft de te testen condensator aan en L1 is gepositioneerd als de vaste inductor.

Basiswerkzaamheden

Pot VR1 vergemakkelijkt het aanpassen van de negatieve weerstand. Om te testen, blijft u aan VR1 draaien totdat de oscillatie gewoon stopt. Zodra dit is gebeurd, kan de ESR-waarde worden gecontroleerd vanaf een schaal die achter de VR1-draaiknop is bevestigd.

Circuit Beschrijving

Bij afwezigheid van een negatieve weerstand werken L1 en Cx als een serie resonantiecircuit dat wordt onderdrukt door de weerstand van L1 en de ESR van Cx. Dit ESR-circuit begint te oscilleren zodra het wordt gevoed door een spanningstrigger. IC1 a functioneert als een oscillator om een ​​blokgolfsignaal te genereren met een lage frequentie in Hz. Deze specifieke output wordt gedifferentieerd om de spanningspieken (impulsen) te creëren die het aangesloten resonantiecircuit activeren.

Zodra de ESR van de condensator samen met de weerstand van R1 de neiging heeft om te worden beëindigd met de negatieve weerstand, verandert de piepende oscillatie in een constante oscillatie. Deze schakelt vervolgens de LED D1 in. Zodra de oscillatie wordt gestopt door de daling van de negatieve weerstand, gaat de LED UIT.

Een kortgesloten condensator detecteren

In het geval dat er een kortgesloten condensator wordt gedetecteerd bij Cx, licht de LED op met een verhoogde helderheid. Gedurende de periode dat het resonantiecircuit oscilleert, wordt de LED alleen ingeschakeld tijdens de positieve halve cycli van de golfvorm: waardoor deze slechts oplicht met 50% van zijn totale helderheid. IC 1 d levert een halve voedingsspanning die wordt gebruikt als referentie voor IC1b.

S1 kan worden gebruikt voor het aanpassen van de versterking van ICIb, die op zijn beurt de negatieve weerstand verandert om brede ESR-meetbereiken mogelijk te maken, over 0-1, 0-10 en 0-100 Ω.

Onderdelen lijst

L1 Constructie

De inductor L1 is gemaakt door hem direct rond de 4 interne pilaren van de behuizing te wikkelen die kunnen worden gebruikt voor het schroeven van de PCB-hoeken.

Het aantal windingen kan 42 zijn met 30 SWG super geëmailleerd koperdraad. Creëer L1 totdat je een weerstand van 3,2 Ohm hebt over de wikkelingsuiteinden, of ongeveer 90uH inductantiewaarde.

De draaddikte is niet cruciaal, maar de weerstands- en inductantiewaarden moeten zijn zoals hierboven vermeld.

Test resultaten

Met de details van de wikkeling zoals hierboven beschreven, zou een condensator van 1.000uF getest in de Cx-slots een frequentie van 70 Hz moeten genereren. Een condensator van 1 pF kan een verhoging van deze frequentie veroorzaken tot ongeveer 10 kHz.

Tijdens het onderzoeken van het circuit heb ik een kristallen oortje aangesloten via een condensator van 100 nF op R19 om de frequentieniveaus te testen. Het klikken van een blokgolffrequentie was mooi hoorbaar terwijl VR1 ver van de locatie werd afgesteld waardoor de oscillaties ophielden. Terwijl de VR1 werd aangepast naar het kritieke punt, kon ik het pure geluid van een sinusgolffrequentie met lage spanning gaan horen.

Hoe te kalibreren

Neem een ​​hoogwaardige condensator van 1.000 µF met een nominale spanning van minimaal 25 V en plaats deze in de Cx-punten. Varieer de VR1 geleidelijk totdat u merkt dat de LED volledig is uitgeschakeld. Markeer dit specifieke punt achter de schaal van de potschaal als 0,1 Ω.

Bevestig vervolgens een bekende weerstand in serie met de bestaande Cx die wordt getest waardoor de LED gaat branden, pas nu weer VR1 aan totdat de LED net UIT gaat.

Markeer op dit punt de VR1-schaalverdeling met de nieuwe totale weerstandswaarde. Het kan best de voorkeur hebben om te werken met stappen van 0,1 Ω in het bereik van 1 Ω en passende grotere stappen in de andere twee bereiken.

De resultaten interpreteren

De onderstaande grafiek toont standaard ESR-waarden, volgens de gegevens van de fabrikant en rekening houdend met het feit dat ESR berekend bij 10 kHz over het algemeen 1/3 is van die getest bij 1 kHz. De ESR-waarden met condensatoren van standaardkwaliteit van 10V blijken 4 keer hoger te zijn dan die met 63V-typen met lage ESR.

Daarom, wanneer een condensator van het type met lage ESR degradeert tot een niveau waar de ESR veel lijkt op die van een typische elektrolytische condensator, zullen de interne opwarmomstandigheden 4 keer hoger worden!

Als u ziet dat de geteste ESR-waarde groter is dan 2 keer de waarde die wordt weergegeven in de volgende afbeelding, mag u ervan uitgaan dat de condensator niet meer in zijn beste staat verkeert.

ESR-waarden voor condensatoren met spanningswaarden die verschillen van de hieronder aangegeven waarden, bevinden zich tussen de toepasselijke lijnen in de grafiek.

ESR-meter met behulp van IC 555

Niet zo typisch, maar dit eenvoudige ESR-circuit is extreem nauwkeurig en gemakkelijk te bouwen. Het maakt gebruik van zeer gewone componenten zoals een IC 555, een 5V DC-bron, een paar andere passieve onderdelen.

Het circuit is gebouwd met behulp van een CMOS IC 555, ingesteld met een duty-factor van 50:50.
De duty-cycle kan worden gewijzigd via de weerstand R2 en r.
Zelfs een kleine verandering in de waarde van de r die overeenkomt met de ESR van de betreffende condensator, veroorzaakt een aanzienlijke variatie in de uitgangsfrequentie van de IC.

De uitgangsfrequentie wordt opgelost door de formule:

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

In deze formule stelt C de capaciteit voor, R wordt gevormd door (R1 + R2 + r), r staat voor de ESR van condensator C, terwijl de k wordt gepositioneerd als de factor gelijk aan:

k = (R2 + r) / R.

Om ervoor te zorgen dat de schakeling correct werkt, mag de factor k-waarde niet hoger zijn dan 0,333.

Als deze boven deze waarde wordt verhoogd, wordt de IC 555 een ongecontroleerde oscillatiemodus met een extreem hoge frequentie, die uitsluitend wordt bestuurd door de voortplantingsvertraging van de chip.

U vindt een exponentiële toename in de uitgangsfrequentie van de IC met 10x, als reactie op een toename van de factor k van 0 naar 0,31.

Omdat het nog verder toeneemt van 0,31 tot 0,33, verhoogt u de outputfrekwentie met nog eens 10X magnitude.

Ervan uitgaande dat R1 = 4k7, R2 = 2k2, een minimale ESR = 0 voor de C, zou de k-factor rond de 0,3188 eb moeten zijn.

Stel nu dat we een ESR-waarde van ongeveer 100 ohm hebben, dan zou de k-waarde met 3% toenemen bij 0,3286. Dit dwingt de IC 555 nu te oscilleren met een frequentie die 3 keer zo hoog is als de oorspronkelijke frequentie bij r = ESR = 0.

Dit toont aan dat als de r (ESR) toeneemt, een exponentiële stijging van de frequentie van de IC-output veroorzaakt.

Hoe te testen

Eerst moet u de circuitrespons kalibreren met een condensator van hoge kwaliteit met een verwaarloosbare ESR en met een capaciteitswaarde die identiek is aan de waarde die moet worden getest.

Je zou ook een handvol geassorteerde weerstanden moeten hebben met nauwkeurige waarden variërend van 1 tot 150 ohm.

Teken nu een grafiek van uitgangsfrequentie vs r voor de kalibratiewaarden,

Sluit vervolgens de condensator aan die voor de ESR moet worden getest en begin met het analyseren van de ESR-waarde door de corresponderende IC 555-frequentie en de corresponderende waarde in de getekende grafiek te vergelijken.

Om een ​​optimale resolutie te garanderen voor lagere ESR-waarden, bijvoorbeeld onder 10 ohm, en ook om frequentieverschillen weg te werken, wordt aanbevolen om een ​​weerstand tussen 10 ohm en 100 ohm toe te voegen in serie met de te testen condensator.

Zodra de r-waarde uit de grafiek is verkregen, hoeft u hier alleen de vaste weerstandswaarde van af te trekken r om de ESR-waarde te krijgen.