Basit ESR Metre Devresi

Yazı, elektronik bir devredeki kötü kapasitörleri devre kartından pratik olarak çıkarmadan tanımlamak için kullanılabilecek basit bir ESR ölçer devresini tartışıyor. Bu fikir Manual Sofian tarafından talep edildi

Teknik özellikler

ESR sayacı ile ilgili bir şemanız var mı? Teknisyenler, her ölü devre ile karşılaştığımda önce elektroliti kontrol etmemi tavsiye ediyorlar, ancak nasıl ölçeceğimi bilmiyorum.

Cevabınız için şimdiden teşekkür ederim.

ESR nedir

Eşdeğer Seri Direnç anlamına gelen ESR, normalde tüm kapasitörlerin ve indüktörlerin bir parçası haline gelen ve gerçek birim değerleriyle seri olarak görünen, önemsiz derecede küçük bir direnç değeridir, ancak elektrolitik kapasitörlerde özellikle yaşlanma nedeniyle ESR değeri artmaya devam edebilir. ilgili devrenin genel kalitesini ve tepkisini olumsuz etkileyen anormal seviyelere.

Belirli bir kapasitörde gelişen ESR, kademeli olarak birkaç miliohm'dan 10 ohm'a kadar yükselebilir ve devre tepkisini ciddi şekilde etkiler.

Bununla birlikte, yukarıda açıklanan ESR, kapasitörün kapasitansının da etkileneceği anlamına gelmeyebilir, aslında kapasitans değeri sağlam ve iyi kalabilir, ancak kapasitörün performansı kötüleşebilir.

Bu senaryo nedeniyle, normal bir kapasitans ölçer, yüksek ESR değerinden etkilenen kötü bir kapasitör tespit etmekte tamamen başarısız olur ve bir teknisyen, kapasitörleri kapasitans değeri açısından uygun bulur ve bu da sorun gidermeyi son derece zor hale getirir.

Normal kapasitans ölçerler ve Ohm ölçerler hatalı kapasitörlerde anormal ESR'yi ölçmek veya tespit etmede tamamen etkisiz hale geldiğinde, bir ESR ölçer bu tür yanıltıcı cihazları tanımlamak için son derece kullanışlı hale gelir.

ESR ve Kapasitans arasındaki fark

Temel olarak, bir kapasitörün ESR değeri (ohm cinsinden), kapasitörün ne kadar iyi olduğunu gösterir.

Değer ne kadar düşükse, kapasitörün çalışma performansı o kadar yüksek olur.

ESR testi, kondansatör arızası konusunda bize hızlı bir uyarı sağlar ve bir kapasitans testine kıyasla çok daha faydalıdır.

Aslında, standart bir kapasitans ölçer kullanılarak incelendiğinde birkaç arızalı elektrolitik OKAY gösterebilir.

Son zamanlarda ESR'nin önemini desteklemeyen birçok kişiyle ve tam olarak hangi algıda kapasitanstan benzersiz olduğunu konuştuk.

Bu nedenle, Independence Electronics Inc.'in Başkanı Doug Jones tarafından yazılan tanınmış bir dergideki teknolojik bir haberden bir klip sunmaya değer olduğunu düşünüyorum. ESR'nin endişesini etkili bir şekilde ele alıyor. ESR, bir kapasitörün bir AC sinyaline karşı aktif doğal direncidir.

Daha yüksek ESR, zaman sabit komplikasyonlara, kapasitör ısınmasına, devre yüklemesinde artışa, sistemin genel arızasına vb. Neden olabilir.

ESR Hangi Sorunlara Neden Olabilir?

Yüksek ESR kapasitörlü anahtar modlu bir güç kaynağı, en iyi şekilde başlamayabilir veya hiç başlamayabilir.

Yüksek ESR kapasitöründen dolayı bir TV ekranı yanlardan / üstten / alttan eğilebilir. Ayrıca erken diyot ve transistör arızalarına da yol açabilir.

Tüm bunlar ve daha birçok sorun, genellikle uygun kapasitanslı, ancak statik bir rakam olarak algılanamayan ve bu nedenle standart bir kapasitans ölçer veya bir DC ohmmetre ile ölçülemeyen büyük ESR'li kapasitörler tarafından indüklenir.

ESR yalnızca alternatif bir akım bir kondansatöre bağlandığında veya bir kapasitörün dielektrik yükü sürekli olarak durum değiştirdiğinde ortaya çıkar.

Bu, kapasitörün toplam faz içi AC direnci, kapasitör uçlarının DC direnci, kapasitör dielektriği ile ara bağlantının DC direnci, kapasitörün plaka direnci ve dielektrik malzemenin faz içi AC'si olarak görülebilir. belirli bir frekans ve sıcaklıkta direnç.

ESR oluşumuna neden olan tüm unsurlar, bir kapasitör ile seri olarak bir direnç olarak kabul edilebilir. Bu direnç gerçekten fiziksel bir varlık olarak mevcut değildir, bu nedenle 'ESR direnci' üzerinden anında bir ölçüm yapmak mümkün değildir. Öte yandan, kapasitif reaktansın sonuçlarının düzeltilmesine yardımcı olan bir yaklaşım erişilebilirse ve tüm dirençlerin fazda olduğunu düşünürse, ESR, temel elektronik formül kullanılarak belirlenebilir ve test edilebilir. E = I x R!

Daha Basit Bir Alternatifi GÜNCELLEME

Aşağıda verilen op amp tabanlı devre şüphesiz karmaşık görünüyor, bu nedenle biraz düşündükten sonra, herhangi bir kapasitörün ESR'sini hızlı bir şekilde değerlendirmek için bu basit fikri bulabilirim.

Ancak bunun için önce yapmanız gerekecek hesaplamak Aşağıdaki formülü kullanarak belirli bir kapasitörün ideal olarak sahip olduğu direnç:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• burada Xc = reaktans (Ohm cinsinden direnç),
• pi = 22/7
• f = frekans (bu uygulama için 100 Hz alın)
• C = Faradlarda kondansatör değeri

Xc değeri size kapasitörün eşdeğer direncini (ideal değer) verecektir.

Ardından, Ohm yasası aracılığıyla akımı bulun:

I = V / R, Burada V 12 x 1.41 = 16.92V olacak, R yukarıdaki formülden elde edildiği gibi Xc ile değiştirilecektir.

Kapasitörün ideal akım derecesini bulduğunuzda, sonucu yukarıda hesaplanan değerle karşılaştırmak için aşağıdaki pratik devreyi kullanabilirsiniz.

Bunun için aşağıdaki malzemelere ihtiyacınız olacak:

• 0-12V / 220V trafo
• 4 diyot 1N4007
• 0-1 amp FSD hareketli bobin ölçer veya herhangi bir standart ampermetre

Yukarıdaki devre, kapasitörün içinden ne kadar akım verebileceğine ilişkin doğrudan bir okuma sağlayacaktır.

Yukarıdaki kurulumdan ölçülen akımı ve formülden elde edilen akımı not edin.

Son olarak, iki mevcut (I) okumadan dirençleri değerlendirmek için Ohm yasasını tekrar kullanın.

R = V / I, voltaj V 12 x 1.41 = 16.92 olacak, 'I' okumalara göre olacaktır.

Bir Kondansatörün İdeal Değerini Hızla Elde Etme

Yukarıdaki örnekte, hesaplamalardan geçmek istemiyorsanız, karşılaştırma için bir kapasitörün ideal reaktansını elde etmek için aşağıdaki kıyaslama değerini kullanabilirsiniz.

Formüle göre, 1 uF kapasitörün ideal reaktansı 100 Hz'de 1600 Ohm civarındadır. Bu değeri ölçüt olarak alabilir ve istenen herhangi bir kapasitörün değerini aşağıda gösterildiği gibi basit bir ters çapraz çarpma ile değerlendirebiliriz.

Bir 10 uF kapasitörün ideal değerini elde etmek istediğimizi varsayalım, oldukça basit bir şekilde:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Şimdi bu sonucu, ampermetre akımını Ohm yasasında çözerek elde edilen sonuçla karşılaştırabiliriz. Fark, kondansatörün etkili ESR'si ile ilgili olarak bize bilgi verecektir.

NOT: Formülde ve pratik yöntemde kullanılan voltaj ve frekans aynı olmalıdır.

Basit Bir ESR Ölçer Yapmak İçin Op Amp Kullanma

Eski bir elektronik devre veya ünitede sorun giderilirken şüpheli bir kapasitörün sağlığını belirlemek için bir ESR ölçer kullanılabilir.

Dahası, bu ölçüm cihazlarının iyi yanı, kapasitörün devre kartından çıkarılmasına veya izole edilmesine gerek kalmadan bir kapasitörün ESR'sini ölçmek için kullanılabilmesidir, bu da kullanıcı için işleri oldukça kolaylaştırır.

Aşağıdaki şekil, önerilen ölçümler için oluşturulabilen ve kullanılabilen basit bir ESR ölçüm devresini göstermektedir.

Devre şeması

Nasıl çalışır

Devre aşağıdaki şekilde anlaşılabilir:

TR1, bağlı NPN transistörüyle birlikte, çok yüksek bir frekansta salınan basit bir geri besleme tetiklemeli engelleme osilatörü oluşturur.

Salınımlar, transformatörün sekonder 5 dönüşü boyunca orantılı bir voltaj büyüklüğünü indükler ve bu indüklenen yüksek frekans voltajı, söz konusu kapasitör boyunca uygulanır.

Bir opamp, yukarıdaki düşük voltajlı yüksek frekans beslemesine bağlı olarak da görülebilir ve bir akım amplifikatörü olarak yapılandırılır.

ESR olmadan veya yeni iyi bir kapasitör durumunda, sayaç, farklı miktarlarda ESR seviyelerine sahip farklı kapasitörler için orantılı olarak sıfıra inen kapasitör boyunca minimum ESR'yi gösteren tam ölçekli bir sapmayı gösterecek şekilde ayarlanır.

Daha düşük ESR, opampın ters çevirme algılama girdisi boyunca nispeten daha yüksek akımın gelişmesine neden olur ve bu da buna karşılık olarak, daha yüksek bir sapma derecesiyle sayaçta görüntülenir ve bunun tersi de geçerlidir.

Üst BC547 transistörü, osilatör aşamasını daha düşük bir 1.5 V ile çalıştırmak için ortak bir toplayıcı voltaj regülatörü aşaması olarak tanıtıldı, böylece devre kartındaki diğer elektronik cihaz, test edilen kapasitörün etrafındaki test frekansından sıfır gerilim altında tutulur. ESR ölçer.

Sayacın kalibrasyon işlemi kolaydır. Test uçlarını kısa devre yaparak uA sayacının yakınındaki 100k ön ayarı, sayaç kadranında tam ölçekli bir sapma elde edilene kadar ayarlanır.

Bundan sonra, yüksek ESR değerlerine sahip farklı kapasitörler, bu makalenin önceki bölümünde açıklandığı gibi, buna karşılık olarak daha düşük sapma derecelerine sahip sayaçta doğrulanabilir.

Transformatör, gösterilen sayıda dönüşe sahip herhangi bir ince mıknatıs teli kullanılarak herhangi bir ferrit halka üzerine inşa edilmiştir.

Tek LED'li Başka Bir Basit ESR Test Cihazı

Devre, kapasitörün test edilen ESR'sini sonlandırmak için negatif bir direnç sağlar ve sabit bir indüktör aracılığıyla sürekli bir seri rezonans oluşturur. Aşağıdaki şekil esr metrenin devre şemasını göstermektedir. Negatif direnç, IC 1b tarafından oluşturulur: Cx, test edilen kapasitörü gösterir ve L1, sabit indüktör olarak konumlandırılır.

Temel Çalışma

Pot VR1, negatif direncin ayarlanmasını kolaylaştırır. Test etmek için, salınım durana kadar VR1'i döndürmeye devam edin. Bu yapıldıktan sonra ESR değeri, VR1 kadranının arkasına takılı bir ölçekten kontrol edilebilir.

Devre Tanımı

Negatif bir direncin yokluğunda, L1 ve Cx, L1'in direnci ve Cx'in ESR'si tarafından bastırılan bir seri rezonans devresi gibi çalışır. Bu ESR devresi, bir voltaj tetiği ile çalıştırıldığı anda salınmaya başlayacaktır. IC1 a, Hz cinsinden biraz düşük frekanslı bir kare dalga sinyal çıkışı oluşturmak için bir osilatör gibi işlev görür. Bu özel çıktı, ekli rezonans devresini tetikleyen voltaj yükselmelerini (impulslar) oluşturmak için farklılaştırılır.

Kondansatörün ESR'si ve R1'in direnci negatif dirençle sona erme eğiliminde olur olmaz, çınlama salınımı sabit bir salınıma dönüşür. Bu daha sonra LED D1'i açar. Negatif dirençteki düşüş nedeniyle salınım durur durmaz, LED'in KAPALI olmasına neden olur.

Kısa Devre Yapmış Bir Kapasitör Algılama

Cx'te kısa devre olan bir kapasitör tespit edilirse, LED artan bir parlaklık ile yanar. Rezonans devresinin salınım yaptığı süre boyunca, LED yalnızca dalga formunun pozitif kenarlı yarım döngüleri aracılığıyla açılır: bu, toplam parlaklığının yalnızca% 50'si ile yanmasına neden olur. IC 1 d, IC1b için referans olarak kullanılan yarı besleme voltajı sağlar.

S1, ICIb kazancını ayarlamak için kullanılabilir ve bu da 0-1, 0-10 ve 0-100 Ω arasında geniş ESR ölçüm aralıklarını etkinleştirmek için negatif direnci değiştirir.

Parça listesi

L1 İnşaat

İndüktör L1, PCB köşelerini vidalamak için kullanılabilecek muhafazanın dahili 4 sütununun etrafına doğrudan sarılarak yapılır.

30 SWG süper emaye bakır tel kullanılarak sarım sayısı 42 olabilir. Sargı uçlarında 3,2 Ohm'luk bir dirence veya yaklaşık 90uH endüktans değerine sahip olana kadar L1 oluşturun.

Tel kalınlığı çok önemli değildir, ancak direnç ve endüktans değerleri yukarıda belirtildiği gibi olmalıdır.

Test sonuçları

Yukarıda açıklandığı gibi sargı ayrıntılarıyla birlikte, Cx yuvalarında test edilen 1.000 uF'lik bir kapasitör, 70 Hz'lik bir frekans oluşturmalıdır. 1 pF kapasitör, bu frekansta 10 kHz civarında bir artışa neden olabilir.

Devreyi incelerken, frekans seviyelerini test etmek için bir kristal kulaklığı R19'da 100 nF'lik bir kapasitör aracılığıyla bağladım. Bir kare dalga frekansının tıklaması hoş bir şekilde duyulabilirken, VR1 salınımların durmasına neden olan konumdan çok uzakta ayarlanmıştı. VR1 kritik noktasına doğru ayarlanırken, düşük voltajlı sinüs dalgası frekansının saf sesini duymaya başlayabildim.

Nasıl Kalibre Edilir

Minimum 25 V voltaj değerine sahip yüksek dereceli 1.000µF kapasitör alın ve Cx noktalarına yerleştirin. LED'in tamamen kapalı olduğunu bulana kadar VR1'i kademeli olarak değiştirin. Pot ölçeği kadranının arkasındaki bu belirli noktayı 0,1 Ω olarak işaretleyin.

Daha sonra, test edilen mevcut Cx ile seri olarak bilinen bir direnci bağlayın, bu LED'in yanmasına neden olur, şimdi LED KAPALI konuma gelene kadar VR1'i tekrar ayarlayın.

Bu noktada VR1 kadran ölçeğini taze toplam direnç değeri ile işaretleyin. 1Ω aralığında 0.1Ω'lik artışlarla ve diğer iki aralıkta uygun şekilde daha büyük artışlarla çalışmak oldukça tercih edilebilir.

Sonuçları Yorumlamak

Aşağıdaki grafik, üreticilerin kayıtlarına göre standart ESR değerlerini göstermektedir ve 10 kHz'de hesaplanan ESR'nin genellikle 1 kHz'de test edilenin 1 / 3'ü olduğu gerçeğini hesaba katarak. 10V standart kalite kondansatörlere sahip ESR değerleri, düşük ESR 63V tiplere göre 4 kat daha yüksek bulunabilir.

Bu nedenle, düşük ESR tipi bir kapasitör, ESR'sinin tipik bir elektrolitik kapasitörinkine çok benzediği bir seviyeye düştüğünde, dahili ısınma koşulları 4 kat daha fazla artacaktır!

Test edilen ESR değerinin aşağıdaki şekilde gösterilen değerin 2 katından daha büyük olduğunu görürseniz, kondansatörün en iyi durumda olmadığını varsayabilirsiniz.

Aşağıda belirtilenden farklı voltaj değerlerine sahip kapasitörler için ESR değerleri, grafikteki ilgili çizgiler arasında olacaktır.

IC 555 Kullanan ESR Ölçer

Çok tipik değil, yine de bu basit ESR devresi son derece doğru ve yapımı kolaydır. IC 555, 5V DC kaynağı, birkaç diğer pasif parça gibi çok sıradan bileşenleri kullanır.

Devre, 50:50 görev faktörü ile ayarlanmış bir CMOS IC 555 kullanılarak oluşturulmuştur.
Görev döngüsü, direnç R2 ve r ile değiştirilebilir.
Söz konusu kapasitörün ESR'sine karşılık gelen r'nin değerindeki küçük bir değişiklik bile, IC'nin çıkış frekansında önemli bir değişikliğe neden olur.

Çıkış frekansı aşağıdaki formülle çözülür:

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

Bu formülde C, kapasitansı temsil eder, R, (R1 + R2 + r) ile oluşturulur, r, C kapasitörünün ESR'sini gösterirken, k, şuna eşit faktör olarak konumlandırılır:

k = (R2 + r) / R.

Devrenin doğru çalıştığından emin olmak için faktör k değerinin 0.333'ün üzerinde olmaması gerekir.

Bu değerin üzerine yükseltilirse, IC 555, son derece yüksek bir frekansta kontrolsüz salınım modu haline gelecektir ve bu, yalnızca çipin yayılma gecikmesi tarafından kontrol edilecektir.

K faktöründeki 0'dan 0.31'e bir artışa yanıt olarak, IC'nin çıkış frekansında 10 kat üstel bir artış bulacaksınız.

0.31'den 0.33'e daha da arttığı için, çıktı frekansı 10X büyüklüğünde başka bir artışa neden olur.

R1 = 4k7, R2 = 2k2 varsayarsak, C için minimum ESR = 0, k faktörü 0.3188 civarında olmalıdır.

Şimdi, 100 ohm civarında ESR değerine sahip olduğumuzu varsayalım, k değerinin 0,3286'da% 3 artmasına neden olur. Bu şimdi IC 555'i, r = ESR = 0'daki orijinal frekansa kıyasla 3 kat daha büyük bir frekansla salınım yapmaya zorlar.

Bu, r (ESR) arttıkça IC çıkışının frekansında üstel bir artışa neden olduğunu gösterir.

Nasıl Test Edilir

Öncelikle, ihmal edilebilir ESR'ye sahip yüksek kaliteli bir kapasitör kullanarak ve test edilmesi gereken ile aynı kapasitans değerine sahip bir devre tepkisini kalibre etmeniz gerekecektir.

Ayrıca, 1 ila 150 ohm arasında değişen doğru değerlere sahip bir avuç çeşitli dirençlere sahip olmalısınız.

Şimdi, bir grafik çizin çıkış frekansı vs r kalibrasyon değerleri için,

Ardından, ESR için test edilmesi gereken kondansatörü bağlayın ve karşılık gelen IC 555 frekansını ve çizilen grafikte karşılık gelen değeri karşılaştırarak ESR değerini analiz etmeye başlayın.

Daha düşük ESR değerleri için, örneğin 10 ohm'un altında optimal bir çözünürlük sağlamak ve ayrıca frekans eşitsizliklerinden kurtulmak için, test edilen kapasitör ile seri olarak 10 ohm ile 100 ohm arasında bir direnç eklenmesi önerilir.

Grafikten r değeri elde edildiğinde, bundan sabit direnç değerini çıkarmanız yeterlidir. r ESR değerini almak için.