Kondenzatorski esr mjerač pomoću osciloskopa

Čini se da su kondenzatori u redu dok ne dođete do točke kada napajanje zakaže ili odbija raditi optimalno. A ako je problem u buci, postoji jednostavan popravak, samo dodajte još kondenzatora. Ali to ne rješava. Što bi moglo biti loše?

Problem proizlazi iz naivne pretpostavke da su kondenzatori (u velikoj mjeri) 'idealni' uređaji, a zapravo nisu. Ti neželjeni učinci nastaju zbog nečega što se naziva unutarnji otpor ili otpor ekvivalentne serije (ESR). Kondenzatori imaju konačni unutarnji otpor zbog materijala korištenih u njihovoj konstrukciji. Detaljno smo objasnili ESR i ESL u kondenzatorima u prethodnom članku.

Različite vrste kondenzatora imaju različit ESR raspon. Na primjer, elektrolitski kondenzatori općenito imaju veće ESR od keramičkih kondenzatora. Za mnoge primjene postaje važno mjeriti unutarnji otpor kondenzatora. I danas ćemo u ovom članku izgraditi ESR mjerač i naučiti kako izmjeriti ESR kondenzatora pomoću 555 Timer IC i tranzistora.

Mjerenje ESR kondenzatora

Na samom početku mjerenje ESR-a moglo bi se činiti lakim zadatkom.

Otpor se lako može odrediti primjenom konstantne struje i mjerenjem pada napona na uređaju koji se ispituje.

Što ako na kondenzator primijenimo konstantnu struju? Napon raste linearno i taloži se na vrijednosti određenoj naponom napajanja, što je (za naše svrhe) beskorisno.

U ovom trenutku vrijeme je da se vratimo na nešto što smo naučili u školi - " Kondenzatori blokiraju jednosmjernu struju i prenose izmjeničnu struju"

Nakon donošenja nekoliko pojednostavljujućih zaključaka, razumijemo da su kondenzatori u osnovi kratki spoj na visokim frekvencijama, a kapacitivni dio je "kratko spojen" iz kruga i sav napon pada preko unutarnjeg otpora.

Prednost ove metode je u tome što ne trebamo ni znati struju ako znamo unutarnji otpor izvora signala koji se koristi, jer sada ESR i unutarnji otpor (izvora) čine razdjelnik napona, omjer otpornosti omjer je padova napona, a znajući tri, lako možemo odrediti onaj drugi.

Osciloskop se koristi za mjerenje valnih oblika na ulazu i na kondenzatoru.

Popis dijelova

Za oscilator:

1. 555 tajmer - i CMOS i bipolarni će raditi u redu, ali CMOS se preporučuje za visoke frekvencije

2. 100K potenciometar - koristi se za podešavanje frekvencije

3. 1nF kondenzator - mjerenje vremena

4. 10uF keramički kondenzator - odvajanje

Faza snage:

1. BC548 NPN bipolarni tranzistor

2. BC558 PNP bipolarni tranzistor

Kratka napomena o izboru tranzistora - svaki mali signalni tranzistor s velikim pojačanjem (300 i više) i ponešto velikom strujom (50 mA +) radit će u redu.

3. 560Ω osnovni otpor

4. Izlazni otpor od 47Ω - to može biti sve od 10Ω do 100Ω.

Kružni dijagram

Ispod je shema spojeva za ovaj krug ESR kondenzatora -

Ovaj krug mjerila ESR može se podijeliti u dva odjeljka, tajmer 555 i izlazni stupanj.

1. Oscilator 555:

Krug 555 uobičajeni je stabilni multivibrator koji odaziva kvadratni val frekvencije od nekoliko stotina kiloherca. Na ovoj frekvenciji gotovo svi kondenzatori djeluju kratko. Pot 100K omogućuje podešavanje frekvencije kako bi se dobio najmanji mogući napon na poklopcu.

2. Faza napajanja:

Ovo je rješenje još jednog problema. Kondenzator bismo mogli izravno spojiti na izlaz 555 timera, ali tada bismo morali točno znati izlaznu impedansu.

Da bi se to eliminiralo, koristi se push-pull izlazni stupanj sa serijskim otpornikom. Otpor daje izlaznu impedansu.

Evo kako izgleda kompletni hardver ovog kruga ESR mjerača:

Izračunavanje ESR kondenzatora

Iz jednadžbe djelitelja napona izvodimo sljedeću formulu:

ESR = (V _KAPA • R _IZLAZ) / (V _IZLAZ - V _KAPA)

Gdje je ESR unutarnji otpor kondenzatora, V _CAP je signal preko kondenzatora (izmjeren na čvoru CAP +), R _OUTPUT je izlazni otpor stupnja snage (ovdje 47 Oma), a V _OUTPUT je napon izlaznog signala kao mjereno u točki A u krugu.

Tijekom korištenja ovog kruga preporuča se postaviti sondu opsega na 1X kako bi se povećala osjetljivost i smanjila širina pojasa kako bi se riješili neke šume kako bi se izvršilo precizno mjerenje.

Prvo se vršni napon mjeri u točki A, ispred impedancije i bilježi. Tada je pričvršćen kondenzator. Povećavajte dok ne vidite kvadratni val. Twiddle pot dok valni oblik ne postane ništa manji.

Ovisno o vrsti kondenzatora, vršni napon rezultirajućeg valnog oblika trebao bi biti reda nekoliko desetaka ili stotina milivolta.

Primjer: Mjerenje ESR za elektrolitski kondenzator od 100 uf

Evo sirovog izlaznog valnog oblika stupnja snage:

I ovdje je napon na kondenzatoru. Obratite pažnju na svu buku koja se prekriva signalom - budite oprezni pri mjerenju.

Uključujući vrijednosti u formulu, dobivamo ESR od 198mΩ.

ESR kondenzatora važan je parametar pri projektiranju krugova snage i ovdje smo izgradili jednostavan mjerni uređaj ESR koji se temelji na 555 tajmeru.