Простая схема измерителя СОЭ

В сообщении обсуждается простая схема измерителя ESR, которую можно использовать для определения неисправных конденсаторов в электронной схеме, практически не снимая их с печатной платы. Идею запросил Мануал Софиан

Технические характеристики

У вас есть схема измерителя СОЭ. Техники рекомендуют мне сначала проверять электролит каждый раз, когда я обнаруживаю неисправную цепь, но я не знаю, как это измерить.

Заранее благодарю за ответ.

Что такое СОЭ

ESR, что означает эквивалентное последовательное сопротивление, является пренебрежимо малым значением сопротивления, которое обычно становится частью всех конденсаторов и катушек индуктивности и появляется последовательно с их фактическими единицами измерения, однако, особенно в электролитических конденсаторах, из-за старения значение ESR может продолжать увеличиваться. к аномальным уровням, отрицательно влияющим на общее качество и реакцию задействованной цепи.

Развивающееся ESR в конкретном конденсаторе может постепенно увеличиваться от нескольких миллиомов до 10 Ом, что сильно влияет на отклик схемы.

Однако объясненное выше ESR может не обязательно означать, что емкость конденсатора также будет затронута, на самом деле значение емкости может оставаться неизменным и хорошим, но характеристики конденсатора ухудшаются.

Именно из-за этого сценария нормальный измеритель емкости полностью не может обнаружить неисправный конденсатор, на который влияет высокое значение ESR, и техник считает, что конденсаторы в порядке с точки зрения его значения емкости, что, в свою очередь, чрезвычайно затрудняет поиск и устранение неисправностей.

Там, где обычные измерители емкости и омметры становятся совершенно неэффективными при измерении или обнаружении аномального ESR в неисправных конденсаторах, измеритель ESR становится чрезвычайно удобным для идентификации таких вводящих в заблуждение устройств.

Разница между ESR и емкостью

По сути, значение ESR конденсатора (в омах) показывает, насколько хорош конденсатор.

Чем ниже значение, тем выше рабочие характеристики конденсатора.

Тест ESR дает нам быстрое предупреждение о неисправности конденсатора и намного более полезен по сравнению с тестом емкости.

Фактически, некоторые дефектные электролитические элементы могут показывать ОДОБРЕНИЕ при проверке с помощью стандартного измерителя емкости.

В последнее время мы разговаривали со многими людьми, которые не поддерживают значение СОЭ и то, в каком именно восприятии оно отличается от емкости.

Поэтому я думаю, что стоит предоставить отрывок из технологических новостей из известного журнала, автором которого является Дуг Джонс, президент Independence Electronics Inc. Он эффективно решает проблему ESR. ESR - это активное естественное сопротивление конденсатора сигналу переменного тока.

Более высокое значение ESR может привести к постоянным во времени осложнениям, нагреванию конденсатора, увеличению нагрузки цепи, общему отказу системы и т. Д.

Какие проблемы могут вызвать СОЭ?

Импульсный источник питания с конденсаторами с высоким ESR может не запуститься оптимально или просто не запуститься вообще.

Экран телевизора может быть перекошен сбоку / сверху / снизу из-за конденсатора с высоким ESR. Это также может привести к преждевременному отказу диодов и транзисторов.

Все эти и многие другие проблемы обычно вызваны конденсаторами с надлежащей емкостью, но большим ESR, которые не могут быть обнаружены как статические значения и по этой причине не могут быть измерены с помощью стандартного измерителя емкости или омметра постоянного тока.

ESR появляется только тогда, когда к конденсатору подключен переменный ток или когда диэлектрический заряд конденсатора постоянно переключает состояния.

Это можно рассматривать как общее синфазное сопротивление переменного тока конденсатора в сочетании с сопротивлением постоянному току проводов конденсатора, постоянным сопротивлением межсоединения с диэлектриком конденсатора, сопротивлением пластины конденсатора и синфазным переменным током материала диэлектрика. сопротивление при определенной частоте и температуре.

Все элементы, вызывающие образование ESR, можно рассматривать как резистор, включенный последовательно с конденсатором. Этот резистор на самом деле не существует как физический объект, поэтому немедленное измерение «резистора ESR» просто невозможно. Если, с другой стороны, доступен подход, который помогает корректировать результаты емкостного реактивного сопротивления и предполагает, что все сопротивления совпадают по фазе, ESR может быть определено и протестировано с использованием формулы фундаментальной электроники E = I x R!

ОБНОВЛЕНИЕ более простой альтернативы

Схема на основе операционного усилителя, приведенная ниже, без сомнения, выглядит сложной, поэтому, немного подумав, я мог прийти к этой простой идее для быстрой оценки ESR любого конденсатора.

Однако для этого вам нужно сначала вычислить Каким сопротивлением в идеале обладает конкретный конденсатор, используя следующую формулу:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• где Xc = реактивное сопротивление (сопротивление в Ом),
• пи = 22/7
• f = частота (для этого приложения возьмем 100 Гц)
• C = емкость конденсатора в фарадах

Значение Xc даст вам эквивалентное сопротивление (идеальное значение) конденсатора.

Затем найдите ток по закону Ома:

I = V / R, здесь V будет 12 x 1,41 = 16,92 В, R будет заменен на Xc, как это достигается из приведенной выше формулы.

Как только вы найдете идеальный номинальный ток конденсатора, вы можете использовать следующую практическую схему, чтобы сравнить результат с вычисленным выше значением.

Для этого вам потребуются следующие материалы:

• Трансформатор 0-12В / 220В
• 4 диода 1N4007
• Измеритель с подвижной катушкой 0-1 А FSD или любой стандартный амперметр

Вышеупомянутая схема обеспечивает прямое считывание того, сколько тока конденсатор может передать через нее.

Запишите ток, измеренный по приведенной выше настройке, и ток, полученный по формуле.

Наконец, снова воспользуйтесь законом Ома, чтобы оценить сопротивления по двум показаниям тока (I).

R = V / I, где напряжение V будет 12 x 1,41 = 16,92, «I» будет соответствовать показаниям.

Быстрое получение идеального конденсатора

В приведенном выше примере, если вы не хотите проводить вычисления, вы можете использовать следующее эталонное значение для получения идеального реактивного сопротивления конденсатора для сравнения.

Согласно формуле, идеальное реактивное сопротивление конденсатора емкостью 1 мкФ составляет около 1600 Ом при 100 Гц. Мы можем взять это значение как критерий и оценить значение любого желаемого конденсатора с помощью простого обратного перекрестного умножения, как показано ниже.

Предположим, мы хотим получить идеальную емкость конденсатора 10 мкФ, это было бы очень просто:

1/10 = х / 1600

x = 1600/10 = 160 Ом

Теперь мы можем сравнить этот результат с результатом, полученным путем решения тока амперметра по закону Ома. Разница скажет нам относительно эффективного ESR конденсатора.

ПРИМЕЧАНИЕ. Напряжение и частота, используемые в формуле и практическом методе, должны быть идентичными.

Использование операционного усилителя для создания простого измерителя ESR

Измеритель ESR можно использовать для определения исправности сомнительного конденсатора при поиске неисправностей в старой электронной схеме или блоке.

Кроме того, эти измерительные приборы хороши тем, что их можно использовать для измерения ESR конденсатора без необходимости снимать или изолировать конденсатор от печатной платы, что значительно упрощает работу пользователя.

На следующем рисунке показана простая схема измерителя ESR, которую можно построить и использовать для предлагаемых измерений.

Принципиальная электрическая схема

Как это устроено

Схема может быть понята следующим образом:

TR1 вместе с присоединенным транзистором NPN образует простой блокирующий генератор, запускаемый с обратной связью, который генерирует колебания с очень высокой частотой.

Колебания вызывают пропорциональную величину напряжения на 5 витках вторичной обмотки трансформатора, и это индуцированное высокочастотное напряжение прикладывается к рассматриваемому конденсатору.

Также можно увидеть операционный усилитель, подключенный к вышеупомянутому низковольтному высокочастотному источнику питания и сконфигурированный как усилитель тока.

При отсутствии ESR или в случае нового исправного конденсатора измеритель настроен так, чтобы показывать отклонение на полную шкалу, указывающее на минимальное ESR на конденсаторе, которое пропорционально уменьшается до нуля для разных конденсаторов, имеющих разные уровни ESR.

Более низкое ESR вызывает относительно более высокий ток, развивающийся через инвертирующий вход считывания операционного усилителя, который, соответственно, отображается в измерителе с более высокой степенью отклонения и наоборот.

Верхний транзистор BC547 вводится как каскад регулятора напряжения с общим коллектором, чтобы управлять каскадом генератора с более низким напряжением 1,5 В, чтобы другое электронное устройство на печатной плате вокруг тестируемого конденсатора поддерживалось под нулевым напряжением от тестовой частоты от измеритель СОЭ.

Процесс калибровки измерителя прост. Удерживая тестовые провода закороченными, предустановка 100k возле мкА-метра регулируется до тех пор, пока на шкале измерителя не будет достигнуто отклонение полной шкалы.

После этого различные конденсаторы с высокими значениями ESR могут быть проверены в измерителе с соответственно более низкими степенями отклонения, как описано в предыдущем разделе этой статьи.

Трансформатор построен на любом ферритовом кольце с использованием любого тонкого магнитного провода с указанным числом витков.

Еще один простой тестер СОЭ с одним светодиодом

Цепь обеспечивает отрицательное сопротивление, чтобы ограничить ESR конденсатора, которое проверяется, создавая непрерывный последовательный резонанс через фиксированный индуктор. На рисунке ниже представлена ​​принципиальная схема измерителя esr. Отрицательное сопротивление создается микросхемой IC 1b: Cx указывает на тестируемый конденсатор, а L1 позиционируется как фиксированная катушка индуктивности.

Базовая работа

Поток VR1 позволяет регулировать отрицательное сопротивление. Для проверки просто продолжайте поворачивать VR1, пока колебания не прекратятся. Как только это будет сделано, значение ESR можно будет проверить по шкале, прикрепленной за шкалой VR1.

Описание схемы

В отсутствие отрицательного сопротивления L1 и Cx работают как последовательный резонансный контур, который подавляется сопротивлением L1 и ESR Cx. Этот контур ESR начнет колебаться, как только он будет запитан через триггер напряжения. IC1a работает как генератор для генерации прямоугольного выходного сигнала с некоторой низкой частотой в Гц. Этот конкретный выход дифференцируется для создания пиков напряжения (импульсов), которые запускают подключенный резонансный контур.

Как только ESR конденсатора вместе с сопротивлением R1 имеют тенденцию прекращаться с отрицательным сопротивлением, колебание звонка превращается в постоянное колебание. Затем включается светодиод D1. Как только колебание прекращается из-за падения отрицательного сопротивления, светодиод выключается.

Обнаружение закороченного конденсатора

В случае обнаружения короткозамкнутого конденсатора на Cx, светодиод загорается с повышенной яркостью. В течение периода колебаний резонансного контура светодиод включается только в течение полупериодов сигнала с положительной кромкой, что заставляет его загораться только с 50% его общей яркости. IC 1 d подает напряжение питания наполовину, который используется в качестве ссылки для IC1B.

S1 может использоваться для регулировки усиления ICIb, который, в свою очередь, изменяет отрицательное сопротивление для обеспечения широких диапазонов измерения ESR в диапазоне 0–1, 0–10 и 0–100 Ом.

Список деталей

L1 Строительство

Индуктор L1 изготовлен путем намотки непосредственно на четыре внутренние стойки корпуса, которые можно использовать для прикручивания углов печатной платы.

Количество витков может достигать 42 при использовании 30 медных эмалированных проводов SWG. Создавайте L1 до тех пор, пока не получите сопротивление на концах обмотки 3,2 Ом или значение индуктивности около 90 мкГн.

Толщина проволоки не имеет решающего значения, но значения сопротивления и индуктивности должны быть такими, как указано выше.

Результаты теста

При описанных выше деталях обмотки конденсатор емкостью 1000 мкФ, проверенный в разъемах Cx, должен генерировать частоту 70 Гц. Конденсатор 1 пФ может вызвать увеличение этой частоты примерно до 10 кГц.

Во время исследования схемы я подключил кварцевый наушник через конденсатор емкостью 100 нФ на R19, чтобы проверить уровни частот. Щелчок частоты прямоугольной волны был хорошо слышен, в то время как VR1 был отрегулирован на большом расстоянии от места, в котором колебания прекратились. Когда VR1 настраивался на критическую точку, я мог начать слышать чистый звук синусоидальной частоты низкого напряжения.

Как откалибровать

Возьмите высококачественный конденсатор емкостью 1000 мкФ с номинальным напряжением не менее 25 В и вставьте его в точки Cx. Постепенно изменяйте VR1, пока не увидите, что светодиод полностью погас. Отметьте эту точку за шкалой шкалы как 0,1 Ом.

Затем подключите известный резистор последовательно с существующим тестируемым Cx, что приведет к включению светодиода, теперь снова регулируйте VR1, пока светодиод просто не выключится.

В этот момент отметьте шкалу шкалы VR1 новым значением общего сопротивления. Возможно, будет предпочтительнее работать с шагом 0,1 Ом в диапазоне 1 Ом и подходящим большим шагом в двух других диапазонах.

Интерпретация результатов

На приведенном ниже графике показаны стандартные значения ESR в соответствии с записями производителей и с учетом того факта, что ESR, вычисленное на частоте 10 кГц, обычно составляет 1/3 от значения, измеренного на частоте 1 кГц. Значения ESR с конденсаторами стандартного качества 10 В могут быть в 4 раза выше, чем у конденсаторов с низким ESR 63 В.

Следовательно, всякий раз, когда конденсатор типа с низким ESR деградирует до уровня, при котором его ESR очень похож на ESR типичного электролитического конденсатора, условия его внутреннего нагрева увеличиваются в 4 раза!

Если вы видите, что проверенное значение ESR более чем в 2 раза превышает значение, показанное на следующем рисунке, вы можете предположить, что конденсатор больше не находится в лучшем состоянии.

Значения ESR для конденсаторов с номинальным напряжением, отличным от указанного ниже, будут находиться между соответствующими линиями на графике.

Измеритель СОЭ с использованием IC 555

Не так типично, но эта простая схема ESR чрезвычайно точна и проста в сборке. В нем используются очень обычные компоненты, такие как IC 555, источник постоянного тока 5 В и несколько других пассивных компонентов.

Схема построена на CMOS IC 555 с коэффициентом заполнения 50:50.
Рабочий цикл можно изменить с помощью резистора R2 и r.
Даже небольшое изменение значения r, которое соответствует ESR рассматриваемого конденсатора, вызывает значительное изменение выходной частоты ИС.

Выходная частота решается по формуле:

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

В этой формуле C представляет собой емкость, R состоит из (R1 + R2 + r), r обозначает ESR конденсатора C, а k позиционируется как множитель, равный:

k = (R2 + r) / R.

Чтобы гарантировать правильную работу схемы, значение коэффициента k не должно быть выше 0,333.

Если его увеличить выше этого значения, IC 555 перейдет в неконтролируемый колебательный режим с чрезвычайно высокой частотой, которая будет контролироваться исключительно задержкой распространения микросхемы.

Вы обнаружите экспоненциальное увеличение выходной частоты ИС в 10 раз в ответ на увеличение коэффициента k с 0 до 0,31.

Поскольку он увеличивается еще больше с 0,31 до 0,33, это вызывает увеличение выходной мощности еще в 10 раз.

Предполагая, что R1 = 4k7, R2 = 2k2, минимальное ESR = 0 для C, коэффициент k должен составлять около 0,3188.

Теперь предположим, что у нас есть значение ESR около 100 Ом, что приведет к увеличению значения k на 3% до 0,3286. Теперь это заставляет IC 555 колебаться с частотой, в 3 раза большей по сравнению с исходной частотой при r = ESR = 0.

Это показывает, что увеличение r (ESR) вызывает экспоненциальный рост частоты выходного сигнала IC.

Как протестировать

Сначала вам необходимо откалибровать отклик схемы, используя высококачественный конденсатор с незначительным ESR и имеющий значение емкости, идентичное тому, которое необходимо проверить.

Также у вас должно быть несколько различных резисторов с точными значениями от 1 до 150 Ом.

Теперь постройте график выходная частота vs р для калибровочных значений,

Затем подключите конденсатор, который необходимо проверить на ESR, и начните анализировать его значение ESR, сравнивая соответствующую частоту IC 555 и соответствующее значение на построенном графике.

Чтобы обеспечить оптимальное разрешение для более низких значений ESR, например, менее 10 Ом, а также для устранения несоответствия частот, рекомендуется добавить резистор между 10 Ом и 100 Ом последовательно с тестируемым конденсатором.

После того, как значение r получено из графика, вам просто нужно вычесть значение постоянного резистора из этого р чтобы получить значение ESR.