Простой измеритель esr конденсаторов – ESR

Простой измеритель ESR на микроконтроллере PIC


Что такое ESR?Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — это исключительно важный параметр электролитического конденсатора, характеризующий его работоспособность, качество и степень старения. С точки зрения ремонта электронной техники этот параметр даже более важен, чем емкость. Если, например, мы измерили емкость конденсатора номиналом 1000 микрофарад и она оказалась 650 микрофарад, конденсатор еще может долгое время работать в устройстве практически без заметного ухудшения характеристик (это конечно сильно зависит от конкретной схемы), в случае, если его ESR остается в приемлемых рамках. С другой стороны, если у конденсатора сильно выросло ESR, то во многих схемах, особенно в импульсных блоках питания, такой конденсатор уже не сможет выполнять своих функций даже если у него сохранилась номинальная емкость. Однако на практике такое бывает не часто, так как емкость и ESR — параметры взаимосвязанные и при росте ESR очень часто уменьшается и емкость конденсатора. Обычно ESR возрастает по мере высыхания электролита конденсатора.

В чем же смысл параметра ESR и почему он так важен? SER (Equivalent Series Resistance) или эквивалентное последовательное сопротивление — это паразитное сопротивление, которое можно представить себе как резистор, включенный последовательно с идеальным конденсатором. То есть  это дополнительное сопротивление, которое имеет место быть в любом реальном конденсаторе, которое ухудшает качество этого конденсатора. Иными словами — это параметр, который показывает насколько наш конденсатор не идеален. Таким образом, чем больше ESR, тем хуже конденсатор.

     


Нужно сказать, что допустимое ESR — это параметр не постоянный, он зависит от емкости и рабочего напряжения конденсатора. Поэтому сделать вывод о пригодности конденсатора после измерения его ESR можно с помощью специальной таблицы максимально допустимых значений ESR. Вы можете ее увидеть на фотографии прибора на его лицевой панели. Я распечатал таблицу и приклеил ее на панель прибора:
      


  
Как измерить ESR?
Эквивалентное последовательное сопротивление, так  же, как и обычное сопротивление, измеряется в Омах. В отличие от обычного омметра, прибор, измеряющий ESR, производит измерения не на постоянном токе, а на переменном токе сравнительно высокой частоты, обычно в районе 100 килогерц. На такой частоте емкость конденсатора практически не оказывает влияния на сопротивление конденсатора, поэтому измеряется именно последовательное эквивалентное сопротивление, а не емкость конденсатора. Фактически это главное и единственное отличие измерителя ESR от простого омметра.   

В общем виде метод измерения ESR показан на схеме ниже:
 


Большинство измерителей работают именно по этому принципу. У нас есть генератор переменного  напряжения G, резистор известного сопротивления R и измеряемый конденсатор Cx. Этот резистор совместно с измеряемым конденсатором образуют делитель напряжения. Дальше идет детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное и узел индикации этого постоянного напряжения, пересчитанного в Омы. Это может быть аналоговая или цифровая схема индикации, суть от этого не меняется.

 
   

Схема измерителя ESR (кликните чтобы увеличить)
  
Прибор собран на основе микроконтроллера  PIC16F873. Микроконтроллер измеряет выпрямленное напряжение, пересчитывает его значение в сопротивление в Омах. Кроме того микроконтроллер генерирует переменное напряжение прямоугольной формы частотй 100 кГц, которое используется для проведения измерений.

Для того, чтобы было возможно измерять ESR конденсаторов, не выпаивая их из схемы, измерительное напряжение должно быть достаточно низким, обычно 0,2-0,4 вольта, то есть меньше порога открывания pn — переходов полупроводниковых приборов.

Фактичекски представляет собой цифровой омметр работающий на переменном напряжении частотой 100кГц и позволяющий измерять сопротивления  от 0 до 25,5Ом.

Узел формирования образцового напряжения 2.5 В для АЦП контроллера в оригинальной схеме собран на микросхеме TL431. В то время, когда я собирал этот измеритель у меня такой микросхемы не было и я заменил его стабилитроном на 3.3 В и подстроечным резистором на 10 К. Подстроечником я установил на ножке 5 контроллера требуемое напряжение 2.5 В.

Сейчас TL431 — это очень распространенная и дешевая микросхема и проблем с ее приобретением нет. Так что если вы будете использовать мою печатную плату, то установите TL431. Подстроечник в таком случае устанавливать не нужно.

Блок питания  собран на  сетевом трансформаторе T1, диодном мостике и стабилизаторе напряжения LM7805 (K142ЕН5А).  В своей версии прибора я отказался от трансформатора, оставив, тем не менее, диодный мостик на печатной плате. Я использовал малогабаритный импульсный сетевой блок питания (адаптер) на напряжение 12 вольт,


который, благодаря наличию диодного мостика, можно подключать в любой полярности или вообще использовать адаптер с переменным напряжением на выходе (просто трансформатор).

В принципе можно избавиться вообще от блока питания, если использовать пяти-вольтовый адаптер — зарядку от смартфона.
 
Меандр с частотой 100кГц снимается с ножки RC2 микроконтроллера и через резистор R3 подается на усилитель тока, собранный на транзисторах  VT1,VT2. Я использовал КТ3102 и КТ3107. Хорошей идеей здесь будет использовать современные транзисторы BC547 и bc557.  Нагрузкой усилителя служит резистор R1 и диоды VD5,VD7, включенные встречно-параллельно  для ограничения амплитуды на измеряемом конденсаторе. Далее переменное напряжение, через конденсатор С1 и измеряемый конденсатор Cx поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора Т2. далее импульсы снимаются со вторичной обмотки и выпрямляются диодом VD6, после чего полученное пульсирующее напряжение сглаживается конденсатором  С3. Далее сформированное постоянное напряжение через подстроечный резистор  R4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера D3. Конденсатор С9 устраняет возможные высокочастотные помехи.

Информация отображается на трехразрядном семи-сегментном ЖК индикаторе. Транзисторы VT3, VT4, VT5 — ключи коммутации ЖК индикаторов (используется принцип динамической индикации.

Сетевой трансформатор (если вы решите его использовать) со вторичной обмоткой на 9-12 вольт. Повышающий трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольце марки М2000НМ и размером К10х6Х3 (можно использовать кольцо других размеров, не сильно отличающихся от указанных. Это не критично). Первичная обмотка намотана проводом диаметром 0,26мм, и состоит из 42 витков. Вторичная обмотка содержит 700витков провода диаметром 0,08мм.

Налаживание устройства. Подключаем к щупам измерителя резистор известного сопротивления в диапазоне 1 .. 5 Ом и подстроечным резистором добиваемся корректных показаний на дисплее. После такой настройки мой прибор при соединенных вместе щупах показывал сопротивление отличное от нуля, поэтому я еще слегка подкорректировал положение движка резистора таким образом чтобы на дисплее были нулевые показания при замкнутых щупах.

Печатная плата устройства когда-то была разведена в программе PCAD2006, а в последствии я импортировал файл платы в программу DIPTRACE.
  
  


Прошивка (программа) для микроконтроллера PIC16F873 написана на ассемблере. Архив с прошивкой и чертежом печатной платы вы можете скачать по ссылке а конце этой статьи.

Я разрабатывал печатную плату, когда у меня еще не было в наличии светодиодных 7-сегментных индикаторов, поэтому индикатор я установил на отдельной плате. Эта плата — кусок обычной макетной платы, куда были припаяны индикаторы. То есть, печатную плату для индикатора я не разводил.

  
  

Со стороны лицевой панели индикатор закрыт куском оргстекла синего цвета. Это улучшает контрастность дисплея.  
  


   
Провода щупов измерителя желательно выполнить из толстого многожильного провода, чтобы их сопротивление было как можно меньше. Сами щупы я сделал из толстых стальных швейных игл, такими щупами очень удобно измерять ESR конденсаторов непосредственно на печатных платах.
  
  


Перед измерением ESR конденсатора обязательно убедитесь что конденсатор разряжен. Остаточное напряжение на конденсаторе может вывести микроконтроллер из строя.

Ссылка для скачивания архива с прошивкой и печатной платой измерителя ESR

  
  

musbench.com

Измеритель ESR+LCF v3. — Микроконтроллеры — Схемы на МК и микросхемах

Степан Миронов.

Давно не секрет, что половина отказов в современной бытовой технике связана с электролитическими конденсаторами.
Вздувшиеся конденсаторы видно сразу, но есть и такие, которые выглядят вполне нормально. Все неисправные конденсаторы имеют потерю ёмкости и увеличенное значение ESR, или только увеличенное значение ESR(ёмкость нормальная или выше нормы).
Вычислить их — не так просто, приходится выпаивать их, если параллельно подключено несколько конденсаторов, или параллельно к измеряемому конденсатору подключены какие либо шунтирующие элементы, проверять и исправные запаивать обратно. Многие конденсаторы приклеены к плате, находятся в труднодоступных местах и демонтаж/монтаж их, занимает много времени. Ещё при нагревании, неисправный конденсатор может на время восстанавливать работоспособность.

Поэтому радиомеханики, да и не только они, мечтают иметь прибор для проверки исправности электролитических конденсаторов, внутри-схемно, не выпаивая их.
Хочу огорчить, на все 100% — это не возможно. Не возможно правильно измерять ёмкость и ESR, но проверить исправность электролитического конденсатора без выпаивания, во многих случаях возможно по увеличенному значению ESR.
Неисправные конденсаторы с увеличенным ESR и нормальной ёмкостью встречаются часто, а с нормальным ESR и с потерей ёмкости нет.
Уменьшение ёмкости от номинальной на 20% — не считается дефектом, это нормально даже для новых конденсаторов, поэтому для начальной дефектации электролитического конденсатора достаточно измерить ESR. Показания ёмкости при внутрисхемных измерениях, только для информации и в зависимости от шунтирующих элементов схемы, могут быть значительно завышенными или не измеряться.

Ориентировочная таблица допустимых значений ESR, приведена ниже:

Было разработано несколько версий измерителя ESR.
Измеритель ESR+LCF v3 (третья версия), разрабатывался с учётом максимальных возможностей при внутрисхемных измерениях. Кроме основного измерения ESR (на дисплее Rx>x.xxx), имеется дополнительная функция для внутрисхемного вычисления ESR, названная анализатором — «aESR» (на дисплее a x.xx).
Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно). Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR.
При измерении исправного конденсатора “aESR” и “ESR” близки по значению. На дисплее дополнительно выводится значение “aESR”.

Эта функция не имеет прототипа, поэтому на момент подготовки основной документации, был очень не большой опыт в её использовании.

На данный момент, есть множество положительных отзывов от разных людей с рекомендациями по её использованию.
Данный режим не даёт сто процентного результата, но при знании схемотехники и накопленном опыте — эффективность данного режима велика.
Результат внутрисхемного измерения, зависит от шунтирующего влияния элементов схемы.
Полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды) не оказывают влияния на результат измерения.
Наибольшее влияние оказывают низкоомные резисторы, индуктивности, а так же другие конденсаторы, подключенные к цепям измеряемого конденсатора.
В местах, где шунтирующее влияние на проверяемый конденсатор не велико, неисправный конденсатор хорошо измеряется в обычном режиме «ESR», а в местах, где шунтирующее влияние велико, неисправный конденсатор (не выпаивая) можно вычислить только с помощью «анализатора — aESR».

Следует помнить, что при внутрисхемных измерениях исправных электролитических конденсаторов, показания «aESR» в большинстве случаев немного выше показаний «ESR». Это нормально, так как многочисленные соединения с измеряемым конденсатором, вносят погрешность.

Наиболее сложными местами для измерения, являются схемы с одновременным шунтированием множеством элементов разных видов.

На схеме выше, неисправный конденсатор С2+1ом, шунтируется C1+L1+C3+R2.

При измерении такого конденсатора, значение ESR в норме, а анализатор показывает ”0,18” – это превышение нормы.

К сожалению, не всегда удаётся внутри-схемно определить исправность электролитического конденсатора.
Например: в материнских платах по питанию процессора не получится, там слишком велико шунтирование. Радиомеханик, как правило, ремонтирует однотипную аппаратуру, и со временем у него накапливается опыт, и он уже точно знает в каком месте и как диагностируются электролитические конденсаторы.

И так, что же может мой измеритель.

Измеритель ESR+LCF v3 — измеряет

ESR электролитических конденсаторов 0 — 50 Ом
Ёмкость электролитических конденсаторов      0,1 — 60 000 мкФ
Ёмкость неэлектролитических конденсаторов 1 пФ — 2,0 мкФ
Индуктивность 0,1 мкГн — 1,0 Гн
Частоту до 50 мГц

Напряжение питания
 
батарея 7 — 9 вольт
Ток потребления 10 — 30 мА

Дополнительные функции:

— В режиме ESR можно измерять постоянные сопротивления 0.001 – 100Ом, измерение сопротивления цепей, имеющих индуктивность или ёмкость, невозможно (т.к. измерение производится в импульсном режиме и измеряемое сопротивление шунтируется). Для корректного измерения таких сопротивлений необходимо нажать кнопку «+» (при этом измерение производится при постоянном токе 10мА). В этом режиме диапазон измеряемых сопротивлений равен 0.001 – 20Ом.
— В режиме ESR при нажатой кнопке «L/C_F/P» включается функция внутрисхемного анализатора ( подробное описание см. далее).
— В режиме частотомера при нажатой кнопке «Lx/Cx_Px» включается функция «счетчик импульсов» (непрерывный счёт импульсов поступающих на вход “Fx“). Обнуление счетчика производится кнопкой «+».
— Индикация разряда батареи.
— Автоматическое отключение — около 4х минут (в режиме ESR-2мин.). По истечении времени простоя, загорается надпись «StBy» и в течении 10 сек, можно нажать любую кнопку и продолжится работа в том же режиме.

В современной технике электролитические конденсаторы часто шунтируются индуктивностью менее 1 мкГн и керамическими конденсаторами. В обычном режиме здесь, измеритель не способен выявить неисправный электролитический конденсатор без выпаивания. Для этих целей, добавлена функция внутрисхемного анализатора.
Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно). Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR(Rx) = aESR(a). На дисплее дополнительно выводится значение aESR (a). Наиболее эффективна данная функция при измерении ёмкостей выше 300мкФ. Для включения этой функции необходимо нажать кнопку «L/C_F/P».

Принципиальная схема.

«Сердцем измерителя является микроконтроллер PIC16F886-I/SS. В этом измерителе также, без изменения прошивки, могут работать и микроконтроллеры PIC16F876, PIC16F877.

Конструкция и детали.

ЖК — индикатор на основе контроллера HD44780, 2 строки по 16 знаков.
Контроллер – PIC16F886-I/SS.
Транзисторы BC807 — любые P-N-P, близкие по параметрам.
ОУ TL082 – любой этой серии (TL082CP, AC и др.). Возможно применение ОУ MC34072. Применение других ОУ (с другим быстродействием) не рекомендуется.
Полевой транзистор P45N02 – 06N03, P3055LD и др., подходит практически любой из материнской платы компьютера.
Дроссель L101 – 100мкГн +-5%. Можно изготовить самому или применить готовый. Диаметр провода намотки должен быть не менее 0.2мм.
С101 — 430–650пФ с низким ТКЕ, К31-11-2-Г — можно найти в КОС отечественных телевизоров 4-5 поколения ( КВП контура ).
С102, С104 4–10мкФ SMD — можно найти в любой старой компьютерной материнской плате Пентиум-3 возле процессора, а также в боксовом процессоре Пентиум-2.
BF998 — можно найти в СКВ, телевизоров и видеомагнитофонов ГРЮНДИК.
SW1 (размер7*7mm)- обратите внимание на распиновку, встречаются двух типов. Разводка печатной платы соответствует рис 2.

Печатная плата выполнена из одностороннего стеклотекстолита.

Одновременно печатная плата служит основанием для корпуса. По периметру платы припаяны полоски стеклотекстолита шириной 21мм.

Крышки сделаны из чёрной пластмассы.

Сверху расположены кнопки управления, а спереди три гнезда типа «ТЮЛЬПАН», для съёмного щупа. Для режима “R/ESR” – гнездо более высокого качества.

 

Конструкция щупа:

В качестве щупа, использован металлический штекер типа « тюльпан». К центральному выводу припаяна игла.

Из доступного материала для изготовления иглы можно использовать латунный стержень, диаметром 3мм. Через некоторое время, игла окисляется и для восстановления надёжного контакта, достаточно протереть кончик, мелкой наждачной бумагой.

 

Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки и настройки данного измерителя.

Удачи всем и всего наилучшего!

miron63.

Архив Измеритель ESR+LCF v3.

 

vprl.ru

Простейший измеритель ESR — Измерительная техника — Инструменты

О способах измерений ESR написано немало статей, поэтому повторять разъяснения о теории и практике нахождения неисправных электролитических конденсаторов в любой конструкции, не выпаивая его, не считаю нужным. За основу всех измерителей брался генератор с выходной частотой 50…100 кГц и измеритель напряжения или тока, между ними включался испытуемый конденсатор, и его внутреннее сопротивление определялось по показаниям стрелочного или светодиодного индикатора. Некоторые измерители обладают достаточно высокими показателями и довольно надежными способами защиты от попадания напряжения от заряженного проверяемого конденсатора на вход прибора. Мной преследовалась цель разработать наипростейший измеритель, который может быть собран и настроен в течение получаса (при наличии всех составляющих, да они и не представляют никакого дефицита).
За основу был взят генератор, собранный по классической схеме блокинг-генератора, работающего на частоте около 40…50 кГц. Генерация колебаний в нем образуется из-за положительной обратной связи между коллекторной и базовой цепями, осуществляемой благодаря использованию индуктивной связи между двумя катушками Ll и Ь2. Частота во многом зависит от индуктивности этих катушек, а также и от базового резистора R1. Конденсатор С2, включенный между коллектором и базой транзистора, служит для уменьшения паразитных колебаний, возникающих при подобном включении. Вторичная обмотка служит иск лючительно для индикации, собранной на прозрачном (не матовом и не цветном) светодиоде и служащей для индикации работы генератора и определения неисправности испытуемого конденсатора. Еще одна обмотка служит для подключения испытуемого конденсатора. При подключении исправного конденсатора светодиод должен гаснуть пол. ностью, т.к. короткозамкнутые витки полностью срывают генерацию. При неисправных — диод продолжает гореть или чуть-чуть пригасает, в зависимости от величины ESR.
Пустота данного пробника позволяет собрать его в корпусе от обычного фломастера; основное место в нем уделяется батарее, кнопке включения и светодиоду, выступающему над корпусом. Миниатюрность пробника позволяет разместить один из щупов там же, а второй — сделать максимально коротким проводом, что уменьшит влияние индуктивности щупов а показания. К тому же не понадобится крутить головой для визуального контроля индикатора и установки щупов, что
часто неудобно в процессе работы.
Конструкция и детали. Катушки трансформатора намотаны на одном кольце, желательно наименьшего размера, его магнитная проницаемость не очень важна. Генераторные обмотки имеют числа витков 30 и 10, индикаторная — 6 и измерительная — 4 или 3 (подбирается при настройке). Диаметр провода всех обмоток, кроме измерительной, 0,2…0,3 мм. Измерительную обмотку следует мотать проводом диаметром не менее 1 мм. Резистор И, регулирует в небольших пределах частоту и потребляемый ток. Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания, создаваемого проверяемым конденсатором. Мощность этого резистора по соображениям защиты от заряженного конденсатора, который разрядится через него и обмотку, должна быть не менее 2 Вт. Варьируя его сопротивлением, можно легко отличить сопротивление проверяемого конденсатора от 0,5 Ом и выше по свечению светодиода. Транзистор подойдет любой маломощный. Питание осуществляется от одной батареи напряжением 1,5 В. В ходе испытаний прибора его даже удавалось записать от двух щупов стрелочного омметра, включенного на единицы Ом.

начинает работать сразу на частоте 50…60 кГц. Если не загорится светодиод, нужно поменять полярность включения одной из обмоток обратной связи. Потом, подключая к измерительной обмотке вместо конденсатора резистор 0,5..0,3 Ом, добиваются еле заметного свечения, подбирая витки и резистор R2, но обычно количество витков составляет от 3-х до 4-х. В конце все проверяют на заведомо исправном и неисправном конденсаторах. При наличии небольших навыков легко распознаются ESR конденсатора до 0 3…0,2 Ом, что вполне достаточно для отыскания неисправного конденсатора (при емкости от 0,47 и до 1000 мкФ). Вместо одного светодиода можно поставить два и в цепь одного из них включить стабилитрон на 2…3 В, но понадобится увеличить обмотку, да и конструктивно прибор усложнится. Можно сделать сразу два щупа выходящими из корпуса, но следует предусмотреть расстояние между ними, чтобы было удобно измерять различные по величине конденсаторы.
Еще одно применение этого прибора: им удобно проверять кнопки управления в аудио и видеоаппаратуре, т. к. со временем некоторые кнопки дают ложные команды из-за повышенного внутреннего сопротивления. Надеюсь, пробник займет достойное место в строю приборов-помощников телемастера.
Наладка: не представляет никаких трудностей. Правильно собранный генератор. УРА

cxema.my1.ru

Цифровой измеритель емкости конденсаторов своими руками. ESR метр своими руками — измеритель емкости конденсаторов. Схема и описание

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе «Омы» удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе «кОм х 1» можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе «кОм х 10» — в десятки микрофарад, на пределе «кОм х 100» — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе «кОм х 1000» или «МОм» — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12…20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 …2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17…500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50…1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку «Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра». Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ…0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от… мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

В процессе эксплуатации внутри оксидных конденсаторов постоянно происходят электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. И из-за этого появляется переходное сопротивление, достигающее иногда десятков Ом. Токи Заряда и разряда вызывают нагрев этого места, что еще больше ускоряет процесс разрушения. Еще одной частой причиной выхода из строя электролитических конденсаторов является «высыхание», электролита. Чтоб уметь отбраковывать такие конденсаторы предлагаем радиолюбителям собрать эту несложную схему

Идентификация и проверка стабилитронов оказывается несколько сложнее чем проверка диодов,

stroycos.ru

РАДИО для ВСЕХ — Измеритель R/L/C/ESR

Прибор R/L/C/ESR-Meter для измерения малых сопротивлений, индуктивностей, емкостей конденсаторов и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) или по английски Equivalent Series Resistance (ESR) электролитических конденсаторов

В связи с тем, что в настоящее время очень широкое применение получили импульсные блоки питания, инверторы и пр. преобразователи, работающие на высоких частотах, то при их ремонте возникла необходимость в приборе для измерения ESR электролитических конденсаторов. Несколько месяцев я «гулял» по просторам Интернета в поисках нужного мне прибора, собрал несколько аналоговых и цифровых приборов для измерения ESR и остановился на одном, который и предлагаю к повторению. Множество предлагаемых в Интернете приборов, в том числе и тестер полупроводниковых приборов описание которого приведено здесь, кроме своих основных функций могут измерять и ёмкости, и индуктивности, и т.д. Но, к сожалению, я не нашёл универсальный измерительный прибор, который может измерять абсолютно всё и качественно. Просмотрел кучу схем и видеороликов на YouTube и для себя решил, что нужно иметь несколько разных приборов, умеющих делать свою работу. В любом случае, все наши самоделки не являются высокоточными измерительными приборами, но обеспечивают измерения с достаточной для нашего творчества точностью. Дополнительно радует, лично меня, то, что устройство собрано моими руками, да ещё и работает 🙂 короче говоря, кому интересно — читаем дальше о конструкторе который я всем предлагаю…

С помощью конструктора можно собрать очень полезный и, что самое главное, простой в сборке и наладке прибор, который будет  очень полезен в повседневной работе специалисту по ремонту радиоаппаратуры, радиолюбителю и т.д. – измеритель индуктивности, ёмкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС или ESR) электролитических конденсаторов, очень маленьких сопротивлений (миллиомметр) — «LCM TESTER». Индикация выполнена на жидкокристаллическом дисплее 2х16 символов с функцией подсветки.

Технические характеристики:

  • Напряжение питания (при питании от батарейки 6F22)        9 В
  • Ток потребляемый при работе от батарейки                    8-10 мА
  • Напряжение питания (при питании от блока питания)         9-12 В
  • Тип индикатора                                                   ЖКИ 2х16
  • Ток, потребляемый от сетевого адаптера                       60-100 мА
  • Максимальное измеряемое сопротивление                      30 Ом
  • Диапазон измерения ёмкости                                    0,1 пФ-0,1 Ф
  • Погрешность при измерении ёмкости 0,1 пФ-200нФ           1%
  • Погрешность измерения ёмкости >200 нФ                       2,5%
  • Погрешность измерения сопротивления до/более 500 мОм    5%/10%
  • Диапазон измерения индуктивности (погр. 5%)                 10 нГн-20 Гн
  • Диапазон измерения сопротивлений (погр. 5%)                0-30 Ом
  • Размеры печатной платы                                         80х65 мм

Что такое ЭПС или ESR? Зачем нужно его измерять?

ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой сумму последовательно включенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками (пластинами) электролитического конденсатора, что является важнейшим параметром электролитических конденсаторов. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление – ЭПС. По сути, измеритель ESR — это омметр переменного тока, работающей на частоте 50…120 кГц. На этих частотах емкостное сопротивление электролитических конденсаторов мало (около нуля), поэтому показания этого омметра при проверке конденсаторов как раз и дают ESR. Чем меньше это сопротивление — тем качественнее электролитический конденсатор! Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. Рассматривать детально процессы всех видов поляризации нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом. Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией). В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути, уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают. В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше. Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой, по сути, резистор, подключенный последовательно с конденсатором. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0,01 Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей импульсных источников питания  на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров импульсных источников питания обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите. Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем, может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что, впоследствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу. Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR. Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора! Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства. Но, следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

Данная информация позаимствована с сайта http://tel-spb.ru, там размещена более подробная теоретическая информация по вопросам измерения ESR

В отличие от универсальных измерителей, предлагаемых на рынке, да и измерителей специализирующихся именно на измерении ESR, данный прибор обладает высокой точностью и отображает на дисплее достоверные данные измеренных величин, а не шо попало, абы только носить гордое имя измерителя ESR – это проверено неоднократно на практике. 

Сборка и калибровка прибора:

В набор входят: печатная плата с маской и маркировкой радиокомпонентов, все необходимые для сборки тестера радиокомпоненты, кнопки с колпачками, провод с разъёмом для батарейки типа «крона», гнездо для подключения вешнего блока питания, ЖКИ дисплей 2х16. Необходимо запаять в плату все детали согласно принципиальной схеме, смыть флюс и выполнить осмотр печатной платы на предмет отсутствия ненужных перемычек из припоя между дорожками. После этого можно подключать дисплей и источник питания. Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Только необходимо при первом включении отрегулировать контрастность ЖКИ дисплея при помощи подстроечного резистора RV1. Для этого необходимо подать напряжение питания на тестер — нажать кнопку «POWER» и отрегулировать контрастность дисплея. После включения прибора необходимо выполнить его калибровку.

Начальная калибровка в режиме «С» происходит при включении прибора (прибор должен быть в этом режиме при включении прибора).

Если ноль «ушел», то для калибровки нужно:

1. Включить кнопку калибровки.

2. Дождаться появления сообщения типа R=0238 Ом

3. Отключить кнопку повторным нажатием и убрать руки от прибора.

4. Дождаться сообщения о подтверждении калибровки типа С->0. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Для режима «L» все точно также, только нужно замкнуть  контакты разъема измерения индуктивности перемычкой (для режима «С» контакты открытые).

Аналогично для режима ESR нужно обязательно сделать калибровку, иначе малые значения R могут «съедаться»:

1. Замкнуть контакты разъема измерения ёмкости и ESR перемычкой.

2. Нажать кнопку калибровки и будет выведена информация на экран о напряжении, прилагаемом к конденсатору, и частота измерения ESR.

3. После этого дождаться появления сообщения R= 0238 Ом, отжать кнопку. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Ток, потребляемый устройством очень мал, порядка 8-10 мА, поэтому батарейки 6F22 «Крона» 9В хватит на очень долгое время. При этом подсветка дисплея не работает. Чтобы работала подсветка дисплея необходимо подключить к разъёму на плате внешний сетевой адаптер 7-12В.

Диаграмма ESR электролитических конденсаторов:

По приведенным выше графикам можно определить максимально допустимое сопротивление (значение ESR) электролитического конденсатора в зависимости от ёмкости и рабочего напряжения. Следовательно, для определения наибольшего эквивалентного сопротивления электролита необходимо на вертикальной оси найти значение (отметить точку) ёмкости указанное на корпусе конденсатора и провести через это значение горизонтальную прямую линию до пересечения с необходимым графиком. График нужно выбрать исходя из номинального рабочего напряжения конденсатора. Из точки пересечения горизонтальной прямой и графика опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. По шкале на горизонтальной оси определяем наибольшее допустимое значение ESR для испытываемого конденсатора. Кроме того, прибор отображает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика. Отображение выполняется при помощи индикатора Bar Graph (закрашиваемый столбик). Чем больше закрашен индикатор, тем хуже состояние диэлектрика и наоборот.

Что значит надпись m60 и т.п.? Эффект памяти конденсатора. Конденсатор заряжается постоянным напряжением, затем оставляется в покое на некоторое время, после этого проверяется напряжение на конденсаторе. Чем меньше «m**», тем лучше, для m60 памяти, я думаю это что-то похожее на плохой конденсатор из какого-то блока питания, хороший же электролитический конденсатор имеет «m20» или меньше, по крайней мере большинство из них которые я измерял, имели такую величину. И наилучшие могут иметь «m1-m2», это в основном металлизированные конденсаторы. Однако действительно очень хорошие электролитические конденсаторы могут иметь такие величины тоже. Теперь понятно также, что означают буквы и цифры типа «m60» в строке где показывается емкость — это эффект памяти конденсатора. Т.е. чем меньше это значение, тем лучше качество конденсатора.

Дополнительные функции:

Если дополнительно изготовить простенькие щупы, то можно производить измерение ESR конденсаторов непосредственно в печатной плате без выпаивания и без вреда компонентам платы! На схеме: резистор R1 0,6-2 Вт, 22±1% Ом, конденсатор С1 полипропиленовый с малыми потерями типа WIMO, D1 и D2 диоды с барьером Шоттки типа BAT46. 

Доступны собранные приборы и наборы для сборки с ЖКИ дисплеем с синей подсветкой и белыми символами:

В варианте с синим дисплеем подсветка включается при питании как от батарейки, так и от сетевого адаптера. Ток, потребляемый от источника питания при работе измерителя, составляет 20…22 мА.

Схема электрическая принципиальная:

Видео работы прибора можно увидеть здесь:

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 90 грн.

Стоимость запрограммированного микроконтроллера: 110 грн.

Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 430 грн.

Стоимость собранного и проверенного прибора: 460 грн.

Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится здесь >>>

Для заказа устройства просьба обращаться сюда >>> или сюда >>>

Удачи, мирного неба, добра! 73!

radio-kits.ucoz.ru

ПЕРЕНОСНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR — Измерительная техника — Архив схем

Мастера занимающиеся ремонтом радиоаппаратуры знают что 50% всех неисправностей телевизоров и другой бытовой техники составляют электролитические конденсаторы. Для локализации неисправности приходится выпаивать и заменять на заведомо исправные. Так как проверка конденсатора омметром или измерителем емкости не дает уверенности в полной его исправности. Еще хуже если имеются бывшие в употреблении конденсаторы которые устанавливаются в устройство, а оно работать не хочет. В чем тут проблема? Оказывается что качество конденсатора зависит от его внутреннего сопротивления (ESR), это выглядит как цепочка из последовательно соединенного конденсатора и резистора. Чем меньше этот резистор тем качественнее конденсатор. У новых экземпляров эта величина составляет от 0,1 до 1-2 Ом в зависимости от производителя и рабочего напряжения. Нередко бывают случаи когда эта величина достигает 10-20 Ом, устройство прекращает работать при этом измеритель емкости не показывает каких либо значительных отличий от нормы. При проверке автором бывших в употреблении конденсаторов не прошли отбраковку около 30% всех запасов.

Предлагаемая схема в виде переносного щупа изображена на рис1. Он позволяет проверять конденсаторы прямо в схеме не выпаивая, так как напряжение на щупах не превышает 0,6 вольт и тем самым не дает открыться полупроводниковым приборам.

Схема представляет из себя генератор собранный на микросхеме D1:1, D1:2 настроенный на частоту 100кГц. Элементы D1:3-D1:6 необходимы для увеличения выходной мощности генератора. Для этих же целей служат и транзисторы VT1, VT2 так как нагрузкой генератора в итоге является низкоомный измерительный мост R5,R6,Cх и перемычка с нулевым сопротивлением (заземляющий провод). Конденсатор С3 служит для исключения попадания постоянной составляющей на измерительный мост, а диоды VD1,VD2 ограничивают амплитуду на измеряемом конденсаторе. В диагональ моста включен выпрямитель на VD3,C4 и индикатор PA1 для отображения измерений. Все устройство запитано от кроны через стабилизатор напряжения на микросхеме D2 для исключения изменения результатов измерения в результате разрядки батареи. Так как мост низкоомный ток потребления прибора равен примерно 45ма и поэтому измерение проводится кратковременно по нажатию кнопки SB1. Можно конечно использовать и мост построенный на более высокоомных резисторах но тогда шкала прибора изменится и сложно будет оценить величины низкоомных сопротивлений. Примерная шкала изображена на рис 2. SB2 служит для подстройки шкалы на нулевое значение резистором R3, а также контроля работоспособности прибора.

Для уменьшения амплитуды выбросов на щупах в случае неисправности измеряемого конденсатора можно подключить параллельно диодам VD1,VD2 конденсатор емкостью 22Н , а также заменить диоды на более быстрые например диоды шотки. Данные диоды служат также для защиты пробника от пробоя, если конденсаторы окажутся заряженные поэтому автор рекомендует при возможности установить их на более высокое пробивное напряжение и ток.

Настройка сводится как упоминалось ранее к установке стрелки микроамперметра PA1 на максимум шкалы при замкнутой кнопке SB2, а так же разметке шкалы. Для этого по очереди подсоединяют к щупам резисторы типа МЛТ на 1,2,3,5,10 и 20 оМ и размечают шкалу.

Вместо индикатора можно использовать цифровой милливольтметр, для этого вместо PA1 устанавливаем резистор 660 Ом и параллельно подсоединяем цифровой прибор. На его индикаторах будет приблизительно такое соответствие: 100мВ-0Ом; 83мВ-1Ом; 70мВ-2Ом; 54мВ-3Ом; 44мВ-5Ом; 24мВ-10Ом; 11мВ-20Ом.

Печатная плата изображена на рис 3 и изготовлена на одностороннем фольгированном стеклотектолите толщиной 1,5мм и размерами 80х32мм.

Резистор R3 типа С5-2 остальные МЛТ. Электролитические конденсаторы типа К50-35, микросхема D1 заменяема на импортную ТС4069. Вместо D2 возможно применить 78L06 или в крайнем случае КР142ЕН5А. Вместо VD1,VD2 возможно установить 1N4007. В качестве микроамперметра применен прибор ранее устанавливавшийся на бытовые магнитофоны с внутренним сопротивлением катушки 660 Ом и полным отклонением шкалы при напряжении 90мВ. Но возможно применение и других микроамперметров с похожими характеристиками.

Автор разработки: Абрамов С. М. г. Оренбург


Поделиться в социальных сетях

elektrosat.ru

Измеритель ESR оксидных конденсаторов.

    Для контроля работоспособности оксидных конденсаторов очень важно знать их параметры.Одним из таких параметров является эквивалентное последовательное сопротивление  ESR  (Equivalent Serial Resistance). Прибор, описанный в данной статье позволяет быстро оценить значение ESR.

 

 

 

 

   В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом – электролитом. Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы.Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.

 

   В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе.

 

   Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого “резистора”,что еще больше усугубляет разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора – это известное радиолюбителям “высыхание”, когда из за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме (eсли включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10…20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до 3…5 Ом) на работе импульсных блоков питания, выводя из строя более дорогостоящие транзисторы или микросхемы.

 

   Принцип работы описываемых измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известно, что

 

Xс=1/2πfC,  (1)

 

   где Xс – емкостное сопротивление, Ом; f –частота, Гц; С – емкость, Ф. Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь ёмкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ – 0,016Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из за наличия паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений не нужна. Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем,что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (т.е. ESR) задают именно на этой частоте. Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемый же измеритель работает с генератором прямоугольных импульсов. Но нам нужна не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например 0,5 и 5 Ом. Рассмотрим работу схему измерителя ESR, показанную на рисунке:

 

   На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов. Из за низкой нагрузочной способности элементов КМОП на выходе генератора в качестве буферного усилителя пришлось включить пару дополнительных ИМС. Реально на плате микросхемы DD2 и DD3 запаяны “ножка в ножку” одна над другой, поэтому конструктивно добавляется как бы одна микросхема – буферный усилитель с 8 ю параллельно включенными инверторами. Потребляемый прибором ток при Uп=3 В составляет примерно 2,5 мА. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и приблизительно равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 и резистор R2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде VD1 включен микроамперметр РА1, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2).Такое ее положение соответствует значению“бесконечность” измеряемого ESR.

 

   Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому ёмкостному сопротивлению (помните, при С=10 мкФ,Хс=0,16 Ом на частоте 100 кГц) конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом конденсаторе какого либо из описанных выше дефектов, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения “бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению“бесконечность” находится стрелка. Шкала прибора нелинейная и напоминает шкалу омметра обычного тестера. В качестве измерительной головки можно использовать любой микроамперметр на ток до 500 мкА, хорошо подходят головки от индикаторов уровня записи магнитофонов.

 

   Градуировать шкалу не обязательно, достаточно засечь, где будет находиться стрелка, подключая калибровочные резисторы. Благодаря разделительному повышающему трансформатору напряжение на измерительных щупах прибора не превышает значения 0,05…0,1 В, при котором еще не открываются переходы полупроводниковых приборов. Это дает возможность проверять конденсаторы, не выпаивая их из схемы.

 

   В верхнем положении контактoв переключателя S1; (как показано на схеме) прибор работает как измеритель ESR, истрелка измерительной головки отклоняется под воздействием выпрямленного напряжения генератора. В нижнем же положении контактов переключателя S1 стрелка измерителя отклоняется под воздействием постоянного напряжения источника питания, а измеряемый конденсатор подключают параллельно головке.

   Процедура измерения выглядит так: подключают щупы к измеряемому конденсатору и наблюдают за стрелкой. Допустим, стрелка приблизилась к нулю, по части ESR конденсатор исправен. Переключают S1 в нижнее положение. При исправном конденсаторе стрелка измерительного прибора должна вернуться в положение “бесконечность”, так как конденсаторы не проводят (вернее, не должны проводить) постоянный ток. Пробитый же конденсатор зашунтирует головку,и стрелка измерителя останется в нулевом положении. Отклонения стрелки на конечную отметку шкалы на постоянном токе (в нижнем положении S1) добиваются подбором резистора R3. Для защиты измерительной головки от механических повреждений импульсом разрядного тока (при случайном подключении измерительных щупов к заряженному конденсатору) служат кремниевые диоды VD2, VD3. Заряженный конденсатор будет разряжаться через обмотку I трансформатора Т1.

 

   Детали. Трансформатор Т1 наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм и магнитной проницаемостью 600…2000 (значения некритичны). Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ 2 диаметром 0,4…0,5 мм, вторичная –200 витков провода ПЭВ 2 диаметром 0,1…0,15 мм. В качестве провода для первичной обмотки идеально подходит монтажный провод марки МГТФ 0,5 или одножильный провод в ПВХ изоляции (“кроссировка”). Диод VD1 обязательно должен быть германиевым, например, типов Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы прибора в области измерения малых сопротивлений. Германиевые же диоды начинают проводить ток при прямом напряжении 0,1…0,2 В. Налаживание прибора такое же, как и для описанных выше: отклонения стрелки измерителя на конечную отметку шкалы в положении “ESR” переключателя S1 добиваются, вращая движок подстроечного резистора R3, а в положении “Пробой” – движок резистора R4. Достоинством схемы является низкое напряжение питания и малый потребляемый ток. Двух батареек питания хватит на много месяцев работы.

 


   Источник: 

1. Воличенко Г. В., Измеритель ESR оксидных конденсаторов, Радиоматор  2006г., №8, стр. 20.

comporator.ru