Circuit de comptador ESR simple

El missatge tracta d'un circuit de comptador ESR simple que es pot utilitzar per identificar condensadors defectuosos en un circuit electrònic sense treure'ls pràcticament de la placa de circuit. La idea va ser sol·licitada per Manual Sofian

Especificacions tècniques

Té un esquema sobre el comptador ESR. Els tècnics em recomanen que comprovi l'electrolític primer cada vegada que tinc un circuit mort, però no sé com mesurar-lo.

Gràcies per endavant per la vostra resposta.

Què és l’ESR

ESR, que significa Equivalent Series Resistance (Resistència de sèries equivalents), és un valor de resistència insignificantment petit que normalment passa a formar part de tots els condensadors i inductors i apareix en sèrie amb els seus valors reals de la unitat, però, sobretot en els condensadors electrolítics, a causa de l'envelliment, el valor ESR podria continuar augmentant a nivells anormals que afecten negativament la qualitat i la resposta generals del circuit implicat.

El desenvolupament ESR en un condensador en particular pot augmentar gradualment des de tan sols uns pocs milliohms fins a un màxim de 10 ohms, afectant greument la resposta del circuit.

No obstant això, l'ESR explicat anteriorment no significa necessàriament que la capacitat del condensador també es vegi afectada, de fet, el valor de la capacitat podria romandre intacte i bo, tot i que el rendiment del condensador es deteriorés.

A causa d’aquest escenari, un mesurador de capacitat normal no detecta completament un condensador defectuós afectat amb un valor ESR elevat i un tècnic troba que els condensadors estan bé pel que fa al seu valor de capacitat, que al seu torn dificulta molt la resolució de problemes.

Quan els mesuradors de capacitat normals i els Ohm es tornen totalment ineficaços per mesurar o detectar un ESR anormal en condensadors defectuosos, un mesurador de ESR és extremadament útil per identificar aquests dispositius enganyosos.

Diferència entre ESR i capacitat

Bàsicament parlant, el valor ESR d’un condensador (en ohms) indica la qualitat del condensador.

Com més baix sigui el valor, major serà el rendiment de treball del condensador.

Una prova ESR ens proporciona un avís ràpid sobre el mal funcionament del condensador i és molt més útil si es compara amb una prova de capacitat.

De fet, diversos electrolítics defectuosos poden presentar OKAY quan s’examinen amb un mesurador de capacitat estàndard.

Darrerament hem parlat amb moltes persones que no donen suport a la importància de la VSH i en quina percepció és exactament única des de la capacitat.

Per tant, crec que val la pena proporcionar un clip d'una notícia tecnològica en una reputada revista escrita per Doug Jones, el president d'Independence Electronics Inc., que aborda la preocupació de l'ESR amb eficàcia. 'ESR és la resistència natural activa d'un condensador contra un senyal de corrent altern.

Un ESR més alt pot provocar complicacions constants de temps, escalfament del condensador, augment de la càrrega del circuit, fallada general del sistema, etc.

Quins problemes pot causar l’ESR?

És possible que una font d’alimentació en mode commutador amb condensadors ESR elevats no s’iniciï òptimament o simplement no s’iniciï gens.

Es podria inclinar una pantalla de televisió des dels laterals / superior / inferior a causa d’un condensador ESR elevat. També pot provocar fallades prematures del díode i del transistor.

Tots aquests problemes i molts més solen ser induïts per condensadors amb capacitància adequada però amb un ESR gran, que no es pot detectar com una xifra estàtica i, per aquest motiu, no es pot mesurar mitjançant un mesurador de capacitat estàndard o un ohmímetre de CC

L'ESR només apareix quan es connecta un corrent altern a un condensador o quan la càrrega dielèctrica d'un condensador canvia constantment d'estats.

Això es pot considerar com la resistència de CA total en fase del condensador, combinada amb la resistència de CC dels cables del condensador, la resistència de CC de la interconnexió amb el condensador dielèctric, la resistència de la placa del condensador i la CA de fase del material dielèctric. resistència en una freqüència i temperatura específiques.

Tots els elements que provoquen la formació d’ESR es podrien considerar com una resistència en sèrie amb un condensador. Aquesta resistència no existeix realment com a entitat física, per tant, una mesura immediata sobre la 'resistència ESR' no és possible. Si, en canvi, es pot accedir a un enfocament que ajudi a corregir els resultats de la reactància capacitiva i contemplant que totes les resistències estan en fase, es podria determinar i provar l’ESR utilitzant la fórmula electrònica fonamental E = I x R!

ACTUALITZACIÓ d’una alternativa més senzilla

El circuit basat en amplificador operatiu que es mostra a continuació sembla complex, sens dubte, per tant, després d’haver pensat alguna cosa, se m’acut aquesta senzilla idea per avaluar ràpidament l’ESR de qualsevol condensador.

No obstant això, per a això haurà de fer-ho primer calcular la quantitat de resistència que té el condensador en particular idealment, mitjançant la fórmula següent:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• on Xc = reactància (resistència en ohms),
• pi = 22/7
• f = freqüència (pren 100 Hz per a aquesta aplicació)
• C = valor del condensador en Farads

El valor Xc us proporcionarà la resistència equivalent (valor ideal) del condensador.

A continuació, trobeu el corrent a través de la llei d'Ohm:

I = V / R, aquí V serà 12 x 1,41 = 16,92V, R es reemplaçarà per Xc tal com s’aconsegueix a partir de la fórmula anterior.

Un cop trobeu la potència de corrent ideal del condensador, podeu utilitzar el següent circuit pràctic per comparar el resultat amb el valor calculat anteriorment.

Per a això, necessitareu els materials següents:

• Transformador 0-12V / 220V
• 4 díodes 1N4007
• Medidor de bobina mòbil FSD de 0-1 amperes o qualsevol amperímetre estàndard

El circuit anterior proporcionarà una lectura directa sobre la quantitat de corrent que el condensador pot transmetre a través d'ell.

Anoteu el corrent mesurat a partir de la configuració anterior i el corrent assolit a partir de la fórmula.

Finalment, torneu a utilitzar la llei d'Ohm per avaluar les resistències de les dues lectures (I) actuals.

R = V / I on la tensió V serà 12 x 1,41 = 16,92, 'I' serà segons les lectures.

S’obté el valor ideal d’un condensador ràpidament

A l'exemple anterior, si no voleu fer els càlculs, podeu utilitzar el següent valor de referència per obtenir la reactància ideal d'un condensador, per a la comparació.

Segons la fórmula, la reactància ideal d’un condensador d’1 uF és d’uns 1600 Ohms a 100 Hz. Podem prendre aquest valor com a criteri i avaluar el valor de qualsevol condensador desitjat mitjançant una simple multiplicació inversa creuada, tal com es mostra a continuació.

Suposem que volem obtenir el valor ideal d’un condensador de 10uF, senzillament seria:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohms

Ara podem comparar aquest resultat, amb el resultat obtingut resolent el corrent de l'amperímetre a la llei d'Ohms. La diferència ens indicarà quant a l’ESR efectiu del condensador.

NOTA: El voltatge i la freqüència utilitzats en la fórmula i el mètode pràctic han de ser idèntics.

Ús d’un amplificador operatiu per fer un comptador ESR simple

Es pot utilitzar un comptador ESR per determinar la salut d’un condensador dubtós mentre es resol un circuit o unitat electrònica antiga.

A més, el bo d’aquests instruments de mesura és que es pot utilitzar per mesurar la VSS d’un condensador sense necessitat d’eliminar o aïllar el condensador de la placa de circuit, cosa que facilita l’ús de l’usuari.

La següent figura mostra un circuit de comptador ESR senzill que es pot construir i utilitzar per a les mesures proposades.

Esquema de connexions

Com funciona

El circuit es pot entendre de la manera següent:

TR1 juntament amb el transistor NPN adjunt forma un simple oscil·lador de bloqueig activat de retroalimentació que oscil·la a una freqüència molt alta.

Les oscil·lacions indueixen una magnitud proporcional de tensió a través dels 5 girs secundaris del transformador, i aquesta tensió d’alta freqüència induïda s’aplica a través del condensador en qüestió.

També es pot veure un opamp connectat amb l'alimentació d'alta freqüència de baixa tensió anterior i es configura com un amplificador de corrent.

Sense ESR o en cas d’un condensador bo, el mesurador està configurat per indicar una deflexió a escala completa que indica un ESR mínim a través del condensador que proporcionalment baixa cap a zero per a diferents condensadors que tinguin diferents nivells de ESR.

Un ESR inferior fa que es desenvolupi un corrent relativament superior a través de l'entrada de detecció inversa de l'opamp, que es visualitza corresponentment al comptador amb un grau de deflexió més alt i viceversa.

El transistor BC547 superior s’introdueix com una etapa de regulador de voltatge del col·lector comú per operar l’etapa de l’oscil·lador amb 1,5 V inferior perquè l’altre dispositiu electrònic de la placa de circuit al voltant del condensador que s’està provant es mantingui a zero tensions de la freqüència de prova de el comptador ESR.

El procés de calibratge del comptador és fàcil. Si manteniu els cables de prova curts junts, el valor predefinit de 100 k prop del comptador uA s’ajusta fins que s’aconsegueix una deflexió a escala completa al dial del comptador.

Després d'això, es podrien verificar diferents condensadors amb valors ESR elevats al comptador amb graus de deflexió corresponents inferiors, tal com s'explica a la secció anterior d'aquest article.

El transformador es construeix sobre qualsevol anell de ferrita, utilitzant qualsevol fil imant fi amb el nombre de voltes mostrat.

Un altre test ESR senzill amb un LED

El circuit proporciona una resistència negativa per acabar l'ESR del condensador que està en prova, creant una ressonància en sèrie contínua a través d'un inductor fix. La figura següent mostra el diagrama del circuit del mesurador ESR. La resistència negativa la genera IC 1b: Cx indica el condensador que es prova i L1 es posiciona com a inductor fix.

Treball bàsic

Pot VR1 facilita la modificació de la resistència negativa. Per provar, simplement gireu VR1 fins que l'oscil·lació s'aturi. Un cop fet això, es pot comprovar el valor ESR des d'una escala connectada darrere del dial VR1.

Descripció del circuit

En absència d'una resistència negativa, L1 i Cx funcionen com un circuit ressonant en sèrie que és suprimit per la resistència de L1 i l'ESR de Cx. Aquest circuit ESR començarà a oscil·lar tan bon punt s’alimenti mitjançant un activador de tensió. IC1 a funciona com un oscil·lador per generar una sortida de senyal d'ona quadrada amb una freqüència una mica baixa en Hz. Aquesta sortida particular es diferencia per crear els pics de tensió (impulsos) que activen el circuit ressonant connectat.

Tan aviat com l'ESR del condensador juntament amb la resistència de R1 tendeixen a finalitzar-se amb la resistència negativa, l'oscil·lació sonora es converteix en una oscil·lació constant. Posteriorment, s'encén el LED D1. Tan bon punt l’aturada de l’oscil·lació a causa de la caiguda de la resistència negativa, el LED s’apaga.

Detecció d'un condensador en curtcircuit

En cas que es detecti un condensador de curtcircuit a Cx, el LED s’il·lumina amb una brillantor augmentada. Durant el període en què el circuit ressonant oscil·la, el LED s’encén únicament a través dels semicicles de vora positiva de la forma d’ona: el que fa que s’encengui només amb el 50% de la seva brillantor total. IC 1 d subministra una tensió de mitja alimentació que s'utilitza com a referència per a IC1b.

S1 es pot utilitzar per ajustar el guany d’ICIb, que al seu torn canvia la resistència negativa per permetre amplis rangs de mesura d’ESR, entre 0-1, 0-10 i 0-100 Ω.

Llista de peces

L1 Construcció

L’inductor L1 es fa bobinant directament al voltant dels 4 pilars interns del recinte que es poden utilitzar per cargolar les cantonades del PCB.

El nombre de voltes pot ser de 42, utilitzant 30 filferro de coure super esmaltat SWG. Creeu L1 fins que tingueu una resistència de 3,2 Ohm a través dels extrems de bobinatge o un valor d’inductància d’uns 90 uH.

El gruix del fil no és crucial, però els valors de resistència i inductància han de ser els indicats anteriorment.

Resultats de l'exàmen

Amb els detalls de bobinatge descrits anteriorment, un condensador de 1.000 uF provat a les ranures Cx hauria de generar una freqüència de 70 Hz. Un condensador d'1 pF pot causar un augment d'aquesta freqüència a uns 10 kHz.

En examinar el circuit, vaig connectar un auricular de cristall a través d’un condensador de 100 nF a R19 per provar els nivells de freqüència. El clic d’una freqüència d’ona quadrada era molt audible mentre que VR1 s’ajustava molt lluny de la ubicació que feia que cessessin les oscil·lacions. Mentre el VR1 s’estava ajustant cap al seu punt crític, vaig poder començar a escoltar el so pur d’una freqüència d’ona sinusoïdal de baix voltatge.

Com calibrar

Agafeu un condensador de 1.000 µF d’alta qualitat amb una tensió nominal mínima de 25 V i introduïu-lo als punts Cx. Varia gradualment el VR1 fins que trobeu el LED completament apagat. Marqueu aquest punt específic darrere del dial de l'escala de pot com a 0,1 Ω.

A continuació, col·loqueu una resistència coneguda en sèrie amb el Cx existent en prova que farà que el LED s’encengui; ara torneu a ajustar VR1 fins que el LED s’acabi d’apagar.

En aquest punt, marqueu l’escala de marcatge VR1 amb el valor de resistència total actual. Pot ser bastant preferible treballar amb increments de 0,1 Ω a l’interval d’1 Ω i increments adequadament més grans als altres dos intervals.

Interpretació dels resultats

El gràfic següent mostra els valors ESR estàndard, d'acord amb els registres dels fabricants i tenint en compte el fet que l'ESR calculada a 10 kHz és generalment 1/3 de la provada a 1 kHz. Es pot trobar que els valors ESR amb condensadors de qualitat estàndard de 10V són 4 vegades superiors als que tenen tipus de 63V de baixa ESR.

Per tant, cada vegada que un condensador de tipus baix ESR es degrada a un nivell en què el seu ESR s’assembla molt al d’un condensador electrolític típic, les seves condicions d’escalfament intern augmentaran 4 vegades més.

En el cas que vegeu que el valor ESR provat és superior a dues vegades el valor que es mostra a la figura següent, podeu assumir que el condensador ja no es troba en les millors condicions.

Els valors ESR dels condensadors amb tensions nominals diferents de les indicades a continuació es situaran entre les línies aplicables al gràfic.

Mesurador ESR mitjançant IC 555

No és tan típic, però aquest senzill circuit ESR és extremadament precís i fàcil de construir. Empra components molt comuns com ara un IC 555, una font de 5 V CC, algunes altres parts passives.

El circuit es construeix mitjançant un CMOS IC 555, configurat amb un factor de treball de 50:50.
El cicle de treball es podria alterar a través de la resistència R2 i r.
Fins i tot un petit canvi en el valor de la r que correspon a l’ESR del condensador en qüestió provoca una variació significativa en la freqüència de sortida de l’IC.

La freqüència de sortida es resol amb la fórmula:

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

En aquesta fórmula C representa la capacitat, R està format per (R1 + R2 + r), r denota l’ESR del condensador C, mentre que k es posiciona com el factor igual a:

k = (R2 + r) / R.

Per garantir que el circuit funcioni correctament, el valor del factor k no ha de ser superior a 0,333.

Si s'incrementa per sobre d'aquest valor, l'IC 555 es convertirà en un mode oscil·lador incontrolat a una freqüència extremadament alta, que serà controlada únicament pel retard de propagació del xip.

Trobareu una incrase exponencial a la freqüència de sortida de l’IC per 10X, en resposta a un augment del factor k de 0 a 0,31.

Com que augmenta encara més de 0,31 a 0,33, fa que la producció de frequecny augmenti en una altra magnitud 10X.

Suposant que R1 = 4k7, R2 = 2k2, un ESR mínim = 0 per a la C, el factor k hauria de reduir-se al voltant de 0,3188.

Ara, suposem que tenim un valor ESR d’uns 100 ohm, faria que el valor k augmentés un 3% a 0,3286. Ara obliga l'IC 555 a oscil·lar amb una freqüència 3 vegades superior en comparació amb la freqüència original a r = ESR = 0.

Això demostra que, a mesura que augmenta la r (ESR), es produeix un augment exponencial de la freqüència de la sortida IC.

Com provar

Primer haureu de calibrar la resposta del circuit mitjançant un condensador d’alta qualitat amb un ESR insignificant i amb un valor de capacitat idèntic al que s’ha de provar.

També heu de tenir un grapat de resistències variades amb valors precisos que oscil·len entre 1 i 150 ohms.

Ara, traça un gràfic de freqüència de sortida vs. r per als valors de calibratge,

A continuació, connecteu el condensador que cal provar per a la ESR i comenceu a analitzar el seu valor ESR comparant la freqüència IC 555 corresponent i el valor corresponent al gràfic representat.

Per garantir una resolució òptima per a valors ESR més baixos, per exemple per sota de 10 ohms, i també per eliminar les disparitats de freqüència, es recomana afegir una resistència entre 10 ohm i 100 ohm en sèrie amb el condensador que es prova.

Un cop obtingut el valor r del gràfic, només cal restar-ne el valor de resistència fix r per obtenir el valor ESR.