Kondenzátor esr mérő oszcilloszkóp segítségével

A kondenzátorok minden rendben vannak, amíg el nem jut addig a pontig, amikor az áramellátás meghibásodik vagy elutasítja az optimális teljesítményt. És ha a probléma a zaj, van egy egyszerű javítás, csak adjon hozzá több kondenzátort. De ez nem oldja meg. Mi lehet a baj?

A probléma abból a naiv feltételezésből fakad, hogy a kondenzátorok (nagyrészt) „ideális” eszközök, valójában nem azok. Ezeket a nemkívánatos hatásokat a belső ellenállásnak vagy az egyenértékű sorozatú ellenállásnak (ESR) nevezik. A kondenzátorok véges belső ellenállással rendelkeznek az építésük során felhasznált anyagok miatt. Az előző cikkben részletesen kifejtettük az ESR-t és az ESL-t kondenzátorokban.

A különböző típusú kondenzátorok különböző ESR tartományokkal rendelkeznek. Például az elektrolit kondenzátorok általában magasabb ESR-értékkel rendelkeznek, mint a kerámia kondenzátorok. Számos alkalmazásnál fontossá válik a kondenzátorok belső ellenállásának mérése. Ma ebben a cikkben felépítünk egy ESR mérőt, és megtanuljuk, hogyan kell mérni a kondenzátor ESR-jét 555 Timer IC és tranzisztorok használatával.

Kondenzátor ESR mérése

Az elején az ESR-mérés könnyű feladatnak tűnhet.

Az ellenállás könnyen meghatározható állandó áram alkalmazásával és a tesztelt eszköz feszültségesésének mérésével.

Mi van, ha állandó áramot alkalmazunk egy kondenzátorra? A feszültség lineárisan emelkedik, és a tápfeszültség által meghatározott értékre állapodik meg, amely (céljaink szempontjából) haszontalan.

Ezen a ponton itt az ideje visszatérni valamihez, amit az iskolában tanultunk - „A kondenzátorok blokkolják a DC-t és átadják az AC-t”

Néhány egyszerűsítő következtetés után megértjük, hogy a kondenzátorok alapvetően rövidzárlatot jelentenek a magas frekvenciákon, és a kapacitív rész „rövidzárlatos” az áramkörből, és az összes feszültség a belső ellenálláson át esik.

Ennek a módszernek az az előnye, hogy még az áramról sem kell tudnunk, ha ismerjük a használt jelforrás belső ellenállását, mert most az ESR és a (belső forrás) ellenállása feszültségosztót alkot, az ellenállások a feszültségesések aránya, és hármat ismerve könnyen meghatározhatjuk a másikat.

Oszcilloszkóp segítségével mérjük a hullámformákat a bemenetnél és a kondenzátornál.

Alkatrész lista

Az oszcillátor számára:

1. 555 időzítő - a CMOS és a bipoláris is jól fog működni, de magas frekvenciákhoz CMOS ajánlott

2. 100K potenciométer - frekvencia-hangoláshoz

3. 1nF kondenzátor - időzítés

4. 10uF kerámia kondenzátor - leválasztás

Az erőszak:

1. BC548 NPN bipoláris tranzisztor

2. BC558 PNP bipoláris tranzisztor

Rövid megjegyzés a tranzisztorok megválasztásáról - minden kis jeltranzisztor nagy erősítéssel (300 és felfelé) és kissé nagy árammal (50mA +) jól fog működni.

3. 560Ω alapellenállás

4. 47Ω kimeneti ellenállás - ez 10Ω-tól 100Ω-ig terjedhet.

Kördiagramm

Az alábbiakban bemutatjuk ennek az ESR kondenzátor tesztelő áramkörnek a kapcsolási rajzát -

Ez az ESR mérőáramkör két szakaszra osztható, az 555 időzítőre és a kimeneti fokozatra.

1. Az 555 oszcillátor:

Az 555-ös áramkör egy hagyományos Astable multivibrátor, amely négyszög hullámot ad ki néhány száz kilohertz frekvenciával. Ezen a frekvencián szinte az összes kondenzátor rövidzárlatként működik. A 100K pot lehetővé teszi a frekvencia hangolását, hogy a lehető legkisebb feszültséget érje el a kupakon.

2. Teljesítmény szakasz:

Ez egy másik probléma megoldása. Közvetlenül csatlakoztathatnánk a kondenzátort az 555 időzítő kimenetéhez, de akkor pontosan meg kell ismernünk a kimeneti impedanciát.

Ennek kiküszöbölésére soros ellenállású push-pull kimeneti fokozatot használnak. Az ellenállás biztosítja a kimeneti impedanciát.

Így néz ki ennek az ESR mérő áramkörnek a teljes hardvere:

Kondenzátor ESR kiszámítása

A feszültségosztó egyenletből a következő képletet kapjuk:

ESR = (V _CAP • R _OUTPUT) / (V _OUTPUT - V _CAP)

Ahol az ESR a kondenzátor belső ellenállása, a V _CAP a kondenzátoron átívelő jel (a CAP + csomóponton mérve), R _OUTPUT a teljesítményfokozat kimeneti ellenállása (itt 47 Ohm) és V _OUTPUT a kimeneti jel feszültsége az áramkör A pontján mérve.

Ennek az áramkörnek a használata közben ajánlott a hatótávolság-érzékelőt 1X-re állítani az érzékenység növelése és a sávszélesség csökkentése érdekében, hogy megszabaduljon a zaj egy részétől a pontos mérés érdekében.

Először a csúcs-csúcs feszültséget mérjük az A pontban, az impedancia előtt, és megjegyezzük. Ezután a kondenzátor csatlakozik. Nagyítson addig, amíg meg nem jelenik egy négyzet alakú hullám. Addig forgassa a bankot, amíg a hullámforma nem lesz kisebb.

A kondenzátor típusától függően a kapott hullámalak csúcs-csúcs feszültségének néhány tíz vagy száz millivolt nagyságrendűnek kell lennie.

Példa: ESR mérése 100uf elektrolitikus kondenzátorhoz

Itt van a teljesítményfokozat nyers kimeneti hullámalakja:

És itt van a feszültség a kondenzátoron. Vegye figyelembe a jelre helyezett összes zajt - legyen óvatos a méréssel.

A képletbe becsatolva az értékeket 198mΩ ESR-t kapunk.

A kondenzátor ESR fontos paraméter az áramkörök tervezésénél, és itt egy egyszerű ESR mérőeszközt építettünk az 555 időzítő alapján.