Litar Meter ESR ringkas

Catatan itu membincangkan litar meter ESR sederhana yang boleh digunakan untuk mengenal pasti kapasitor buruk dalam litar elektronik tanpa melepaskannya secara praktikal dari papan litar. Idea itu diminta oleh Manual Sofian

Spesifikasi teknikal

Adakah anda mempunyai skema mengenai meter ESR. Juruteknik mengesyorkan saya untuk memeriksa elektrolit terlebih dahulu setiap kali saya mempunyai litar mati, Tetapi saya tidak tahu bagaimana mengukurnya.

Terima kasih terlebih dahulu atas jawapan anda.

Apa itu ESR

ESR yang bermaksud Rintangan Seri Setara adalah nilai rintangan kecil yang boleh diabaikan yang biasanya menjadi sebahagian daripada semua kapasitor dan induktor dan muncul secara bersiri dengan nilai unit sebenarnya, namun pada kapasitor elektrolit terutama, kerana penuaan, nilai ESR dapat terus meningkat ke tahap tidak normal yang mempengaruhi keseluruhan kualiti dan tindak balas litar yang terlibat.

ESR yang sedang berkembang dalam kapasitor tertentu secara beransur-ansur dapat meningkat dari serendah beberapa miliohms hingga setinggi 10 ohm, mempengaruhi tindak balas litar dengan teruk.

Walau bagaimanapun ESR yang dijelaskan di atas tidak semestinya bermaksud bahawa kapasitansi kapasitor juga akan terpengaruh, sebenarnya nilai kapasitansi dapat tetap utuh dan baik, namun kinerja kapasitor merosot.

Oleh kerana senario ini, meter kapasitansi normal sama sekali gagal mengesan kapasitor buruk yang terjejas dengan nilai ESR yang tinggi dan seorang juruteknik mendapati kapasitor tidak baik dari segi nilai kapasitansinya yang seterusnya menjadikan penyelesaian masalah sangat sukar.

Apabila meter kapasitans normal dan meter Ohm menjadi tidak berkesan sama sekali dalam mengukur atau mengesan ESR yang tidak normal pada kapasitor yang rosak, meter ESR menjadi sangat berguna untuk mengenal pasti alat yang mengelirukan.

Perbezaan antara ESR dan Kapasiti

Secara asasnya, nilai ESR kapasitor (dalam ohm) menunjukkan betapa baiknya kapasitor ..

Semakin rendah nilainya, semakin tinggi prestasi kerja kapasitor.

Ujian ESR memberi kita amaran cepat mengenai kerosakan kapasitor, dan jauh lebih bermanfaat jika dibandingkan dengan ujian kapasitansi.

Sebenarnya beberapa elektrolitik yang cacat mungkin menunjukkan OKAY ketika diperiksa menggunakan meter kapasitansi standard.

Akhir-akhir ini Kami telah bercakap dengan banyak individu yang tidak menyokong kepentingan ESR dan persepsi apa yang unik dari kapasitansi.

Oleh itu, saya rasa perlu memberikan klip dari berita teknologi di sebuah majalah terkenal yang dikarang oleh Doug Jones, Presiden Independence Electronics Inc. Dia menangani masalah ESR dengan berkesan. ESR adalah rintangan semula jadi aktif kapasitor terhadap isyarat AC.

ESR yang lebih tinggi boleh menyebabkan komplikasi berterusan-masa, pemanasan kapasitor, peningkatan pemuatan litar, kegagalan keseluruhan sistem dll.

Masalah Apa yang Boleh Disebabkan ESR?

Bekalan kuasa mod suis dengan kapasitor ESR tinggi mungkin gagal dimulakan secara optimum, atau sama sekali tidak memulakan sama sekali.

Skrin TV mungkin miring dari sisi / atas / bawah kerana kapasitor ESR yang tinggi. Ia juga boleh menyebabkan kegagalan dioda dan transistor pramatang.

Semua ini dan banyak lagi masalah biasanya disebabkan oleh kapasitor dengan kapasitansi yang betul tetapi ESR besar, yang tidak dapat dikesan sebagai angka statik dan oleh sebab itu tidak dapat diukur melalui meter kapasitansi standard atau DC ohmmeter.

ESR hanya muncul apabila arus bolak-balik disambungkan ke kapasitor atau ketika muatan dielektrik kapasitor sentiasa bertukar keadaan.

Ini dapat dilihat sebagai rintangan AC dalam fasa total kapasitor, digabungkan dengan rintangan DC plumbum kapasitor, rintangan DC interkoneksi dengan dielektrik kapasitor, rintangan plat kapasitor dan AC fasa dalam bahan dielektrik rintangan dalam frekuensi dan suhu tertentu.

Semua elemen yang menyebabkan pembentukan ESR dapat dianggap sebagai perintang secara bersiri dengan kapasitor. Perintang ini tidak benar-benar wujud sebagai entiti fizikal, oleh itu pengukuran langsung terhadap 'perintang ESR' tidak dapat dilaksanakan. Sekiranya, sebaliknya, pendekatan yang membantu memperbetulkan hasil reaktansi kapasitif dapat diakses, dan merenungkan bahawa semua rintangan berada dalam fasa, ESR dapat ditentukan dan diuji dengan menggunakan formula elektronik asas E = Saya x R!

MENGEMASKINI Alternatif yang Lebih Mudah

Litar berdasarkan op amp yang diberikan di bawah kelihatan rumit, tidak diragukan lagi, oleh itu setelah beberapa pemikiran saya dapat menghasilkan idea mudah ini untuk menilai ESR kapasitor apa pun dengan cepat.

Namun untuk ini, anda harus terlebih dahulu mengira berapa daya tahan kapasitor tertentu dengan idealnya, menggunakan formula berikut:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• di mana Xc = reaktansi (rintangan di Ohms),
• pi = 22/7
• f = frekuensi (ambil 100 Hz untuk aplikasi ini)
• C = nilai kapasitor di Farads

Nilai Xc akan memberi anda ketahanan setara (nilai ideal) kapasitor.

Seterusnya, cari arus melalui undang-undang Ohm:

I = V / R, Di sini V akan menjadi 12 x 1,41 = 16,92V, R akan digantikan dengan Xc seperti yang dicapai dari formula di atas.

Sebaik sahaja anda mendapat nilai arus kapasitor yang ideal, anda boleh menggunakan litar praktikal berikut untuk membandingkan hasilnya dengan nilai yang dikira di atas.

Untuk ini, anda memerlukan bahan berikut:

• Pengubah 0-12V / 220V
• 4 diod 1N4007
• 0-1 amp FSD meter gegelung bergerak, atau mana-mana ammeter standard

Litar di atas akan memberikan bacaan langsung mengenai berapa arus kapasitor dapat menyampaikannya.

Catat arus yang diukur dari susunan di atas, dan arus yang dicapai dari formula.

Akhirnya, gunakan hukum Ohm sekali lagi, untuk menilai rintangan dari dua bacaan (I) semasa.

R = V / I di mana voltan V akan 12 x 1,41 = 16,92, 'I' akan sesuai dengan pembacaan.

Memperoleh Nilai Ideal Kapasitor Dengan Cepat

Dalam contoh di atas jika anda tidak mahu melakukan pengiraan, anda boleh menggunakan nilai penanda aras berikut untuk mendapatkan reaktansi kapasitor yang ideal, untuk perbandingan.

Seperti dalam formula, reaktansi ideal kapasitor 1 uF adalah sekitar 1600 Ohms pada 100 Hz. Kita dapat mengambil nilai ini sebagai tolok ukur, dan menilai nilai kapasitor yang dikehendaki melalui pendaraban silang songsang sederhana seperti yang ditunjukkan di bawah.

Andaikan kita mahu mendapatkan nilai ideal kapasitor 10uF, cukup sederhana:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Sekarang kita dapat membandingkan hasil ini, dengan hasil yang diperoleh dengan menyelesaikan arus ammeter dalam undang-undang Ohms. Perbezaannya akan memberitahu kita mengenai ESR kapasitor yang berkesan.

CATATAN: Voltan dan frekuensi yang digunakan dalam formula dan kaedah praktikal mestilah serupa.

Menggunakan Op Amp untuk Membuat Meter ESR Mudah

Meter ESR boleh digunakan untuk menentukan tahap kesihatan kapasitor yang meragukan semasa menyelesaikan masalah litar atau unit elektronik lama.

Lebih-lebih lagi, perkara yang baik mengenai alat ukur ini ialah alat ini dapat digunakan untuk mengukur ESR kapasitor tanpa perlu mengeluarkan atau mengasingkan kapasitor dari papan litar menjadikan sesuatu yang cukup mudah bagi pengguna.

Gambar berikut menunjukkan litar meter ESR sederhana yang boleh dibina dan digunakan untuk pengukuran yang dicadangkan.

Rajah Litar

Bagaimana ia berfungsi

Litar boleh difahami dengan cara berikut:

TR1 bersama dengan transistor NPN yang dilampirkan membentuk suapan sederhana yang dipicu penyekat pengayun yang berayun pada frekuensi yang sangat tinggi.

Getaran mendorong magnitud voltan berkadar melintasi 5 putaran sekunder transformer, dan voltan frekuensi tinggi yang disebabkan ini digunakan di seluruh kapasitor yang dimaksudkan.

Opamp juga dapat dilihat terpasang dengan suapan frekuensi tinggi voltan rendah di atas dan dikonfigurasikan sebagai penguat arus.

Tanpa ESR atau jika berlaku kapasitor baru yang baik, meter ditetapkan untuk menunjukkan pesongan skala penuh yang menunjukkan ESR minimum melintasi kapasitor yang secara proporsional turun ke arah sifar untuk kapasitor berlainan yang mempunyai jumlah tahap ESR yang berbeza.

ESR yang lebih rendah menyebabkan arus yang lebih tinggi berkembang melintasi input penginderaan terbalik dari opamp yang juga dipaparkan dalam meter dengan tahap pesongan yang lebih tinggi dan sebaliknya.

Transistor BC547 atas diperkenalkan sebagai tahap pengatur voltan pengumpul biasa untuk mengendalikan tahap pengayun dengan 1.5 V yang lebih rendah sehingga alat elektronik lain di papan litar di sekitar kapasitor yang diuji disimpan di bawah tekanan sifar dari frekuensi ujian dari meter ESR.

Proses penentukuran meter adalah mudah. Memastikan petunjuk ujian dipendekkan bersama pratetap 100k berhampiran meter uA diselaraskan sehingga pesongan skala penuh dicapai pada dail meter.

Selepas ini, kapasitor berlainan dengan nilai ESR tinggi dapat disahkan dalam meter dengan tahap pesongan yang lebih rendah seperti yang dijelaskan di bahagian sebelumnya artikel ini.

Transformer dibina di atas mana-mana cincin ferit, menggunakan wayar magnet nipis dengan bilangan putaran yang ditunjukkan.

Satu lagi Penguji ESR Mudah dengan Satu LED

Litar memberikan rintangan negatif untuk menamatkan ESR kapasitor yang sedang diuji, mewujudkan resonans siri berterusan melalui induktor tetap. Rajah di bawah menunjukkan gambarajah litar meter esr. Rintangan negatif dihasilkan oleh IC 1b: Cx menunjukkan kapasitor yang diuji dan L1 diposisikan sebagai induktor tetap.

Kerja Asas

Pot VR1 memudahkan rintangan negatif untuk diubah. Untuk menguji, terus putar VR1 sehingga ayunan berhenti. Setelah ini selesai, nilai ESR dapat diperiksa dari skala yang terpasang di belakang dail VR1.

Huraian Litar

Sekiranya tiada rintangan negatif, L1 dan Cx berfungsi seperti rangkaian resonan siri yang ditekan oleh rintangan L1 dan ESR Cx. Litar ESR ini akan mula berayun sebaik sahaja digerakkan melalui pemicu voltan. IC1 berfungsi seperti osilator untuk menghasilkan output gelombang kuasa gelombang dengan frekuensi rendah dalam Hz. Output khusus ini dibezakan untuk membuat lonjakan voltan (impuls) yang mencetuskan litar resonan yang terpasang.

Sebaik sahaja ESR kapasitor bersama dengan rintangan R1 cenderung ditamatkan dengan rintangan negatif, ayunan dering berubah menjadi ayunan berterusan. Ini seterusnya menghidupkan LED D1. Sebaik sahaja ayunan dihentikan kerana penurunan rintangan negatif, menyebabkan LED mati.

Mengesan Kapasitor Pendek

Sekiranya kapasitor litar pintas dikesan pada Cx, LED menyala dengan peningkatan kecerahan. Dalam tempoh litar resonan berayun, LED dihidupkan hanya melalui separuh pusingan bentuk gelombang positif: yang menyebabkannya menyala hanya dengan 50% dari keseluruhan kecerahannya. IC 1 d membekalkan voltan separuh bekalan yang digunakan sebagai rujukan untuk IC1b.

S1 dapat digunakan untuk menyesuaikan keuntungan ICIb, yang pada gilirannya mengubah rintangan negatif untuk memungkinkan rentang pengukuran ESR yang luas, di 0-1, 0-10 dan 0-100 Ω.

Senarai Bahagian

Pembinaan L1

Induktor L1 dibuat dengan menggulung secara langsung di sekitar 4 tiang dalaman penutup yang mungkin digunakan untuk mengacaukan sudut PCB.

Jumlah gilirannya boleh menjadi 42, menggunakan 30 wayar tembaga super enamel SWG. Buat L1 sehingga anda mempunyai rintangan 3.2 Ohm di hujung belitan, atau sekitar nilai induktansi 90uH.

Ketebalan wayar tidak penting, tetapi nilai rintangan dan induktansi mestilah seperti yang dinyatakan di atas.

Keputusan ujian

Dengan perincian belitan seperti yang dijelaskan di atas, kapasitor 1,000uF yang diuji dalam slot Cx harus menghasilkan frekuensi 70 Hz. Kapasitor 1 pF boleh menyebabkan peningkatan frekuensi ini menjadi sekitar 10 kHz.

Semasa memeriksa litar, saya menyambungkan alat dengar kristal melalui kapasitor 100 nF pada R19 untuk menguji tahap frekuensi. Mengklik frekuensi gelombang persegi dapat didengar dengan baik sementara VR1 disesuaikan jauh dari lokasi yang menyebabkan ayunan berhenti. Oleh kerana VR1 sedang disesuaikan ke titik kritisnya, saya dapat mula mendengar suara murni frekuensi gelombang sinaran voltan rendah.

Cara Menentukur

Ambil kapasitor 1,000µF gred tinggi yang mempunyai nilai voltan minimum 25 V dan masukkan ke titik Cx. Secara beransur-ansur ubah VR1 sehingga anda mendapati LED mati sepenuhnya. Tandakan titik khusus ini di belakang dail skala pot sebagai 0.1 Ω.

Seterusnya, pasangkan perintang yang diketahui secara bersiri dengan Cx yang sedang diuji yang akan menyebabkan LED menyala, sekarang sekali lagi menyesuaikan VR1 sehingga LED hanya dimatikan.

Pada tahap ini tandakan skala dail VR1 dengan nilai rintangan total segar. Mungkin lebih baik untuk bekerja dengan kenaikan 0.1Ω pada julat 1Ω dan kenaikan yang lebih besar pada dua julat yang lain.

Mentafsirkan Hasilnya

Grafik di bawah menunjukkan nilai ESR standard, menurut rekod pengeluar dan dengan mengambil kira fakta bahawa ESR yang dikira pada 10 kHz pada amnya adalah 1/3 dari yang diuji pada 1 kHz. Nilai ESR dengan kapasitor kualiti standard 10V didapati 4 kali lebih tinggi daripada nilai dengan jenis ESR 63V rendah.

Oleh itu, setiap kali kapasitor jenis ESR rendah menurun ke tahap di mana ESRnya serupa dengan kapasitor elektrolitik biasa, keadaan pemanasan dalamannya akan meningkat 4 kali lebih tinggi!

Sekiranya anda melihat nilai ESR yang diuji lebih besar daripada 2 kali nilai yang ditunjukkan dalam gambar berikut, anda mungkin menganggap kapasitor tidak lagi dalam keadaan terbaik.

Nilai ESR untuk kapasitor yang mempunyai penilaian voltan berbeza dari yang ditunjukkan di bawah akan berada di antara garis yang sesuai pada grafik.

ESR Meter Menggunakan IC 555

Tidak begitu biasa, namun litar ESR ringkas ini sangat tepat dan senang dibina. Ia menggunakan komponen yang sangat biasa seperti IC 555, sumber DC 5V, beberapa bahagian pasif lain.

Litar ini dibina menggunakan CMOS IC 555, yang ditetapkan dengan faktor tugas 50:50.
Kitaran tugas dapat diubah melalui perintang R2 dan r.
Bahkan perubahan kecil pada nilai r yang sesuai dengan ESR kapasitor yang dimaksud, menyebabkan variasi yang signifikan dalam frekuensi output IC.

Kekerapan output diselesaikan dengan formula:

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

Dalam formula C ini mewakili kapasitansi, R dibentuk oleh (R1 + R2 + r), r menunjukkan ESR kapasitor C, sementara k diposisikan sebagai faktor yang sama dengan:

k = (R2 + r) / R.

Untuk memastikan bahawa litar berfungsi dengan betul, nilai faktor k tidak boleh melebihi 0.333.

Sekiranya ia meningkat di atas nilai ini, IC 555 akan menjadi mod berayun yang tidak terkawal pada frekuensi yang sangat tinggi, yang akan dikawal sepenuhnya oleh kelewatan penyebaran cip.

Anda akan mendapat kenaikan eksponensial dalam frekuensi output IC sebanyak 10X, sebagai tindak balas kepada peningkatan faktor k dari 0 hingga 0,31.

Oleh kerana ia meningkat lebih jauh dari 0.31 hingga 0.33, menyebabkan frquecny output meningkat dengan magnitud 10X yang lain.

Dengan andaian R1 = 4k7, R2 = 2k2, ESR minimum = 0 untuk C, faktor k seharusnya surut sekitar 0.3188.

Sekarang, andaikan kita mempunyai nilai ESR sekitar 100 ohm, akan menyebabkan nilai k meningkat 3% pada 0.3286. Ini sekarang memaksa IC 555 untuk berayun dengan frekuensi yang 3 kali lebih besar berbanding dengan frekuensi asal pada r = ESR = 0.

Ini menunjukkan bahawa apabila r (ESR) meningkat menyebabkan kenaikan eksponensial dalam frekuensi output IC.

Cara Menguji

Mula-mula anda perlu mengkalibrasi tindak balas litar menggunakan kapasitor berkualiti tinggi dengan ESR yang dapat diabaikan, dan mempunyai nilai kapasitansi yang sama dengan yang perlu diuji.

Anda juga harus mempunyai segelintir perintang dengan nilai tepat dari 1 hingga 150 ohm.

Sekarang, petak graf frekuensi output vs r untuk nilai penentukuran,

Seterusnya, sambungkan kapasitor yang perlu diuji untuk ESR, dan mulailah menganalisis nilai ESRnya dengan membandingkan frekuensi IC 555 yang sesuai dan nilai yang sesuai dalam grafik yang dilakarkan.

Untuk memastikan resolusi optimum untuk nilai ESR yang lebih rendah, misalnya di bawah 10 ohm, dan juga untuk menghilangkan perbezaan frekuensi, disarankan untuk menambahkan perintang antara 10 ohm dan 100 ohm secara bersiri dengan kapasitor yang diuji.

Setelah nilai r diperoleh dari grafik, anda hanya akan mengurangkan nilai perintang tetap dari ini r untuk mendapatkan nilai ESR.