Condensator esr meter folosind osciloscop

Condensatoarele par bine până ajungi în punctul în care o sursă de alimentare nu reușește sau refuză să funcționeze optim. Și dacă problema este zgomotul, există o soluție simplă, pur și simplu adăugați mai mulți condensatori. Dar asta nu o rezolvă. Ce ar putea fi greșit?

Problema apare din presupunerea naivă că condensatorii (în mare măsură) sunt dispozitive „ideale”, în timp ce, de fapt, nu sunt. Aceste efecte nedorite sunt cauzate de ceva numit rezistență internă sau rezistență echivalentă în serie (ESR). Condensatoarele au o rezistență internă finită datorită materialelor utilizate în construcția lor. Am explicat ESR și ESL în condensatoare în detalii în articolul anterior.

Diferite tipuri de condensatoare au game ESR diferite. De exemplu, condensatoarele electrolitice în general au ESR mai mari decât condensatoarele ceramice. Pentru multe aplicații, devine important să se măsoare rezistența internă a condensatoarelor. Și astăzi, în acest articol, vom construi un contor ESR și vom învăța cum să măsurăm ESR a condensatorului utilizând 555 Timer IC și tranzistoare.

Măsurarea ESR a condensatorului

La început, măsurarea VSH ar putea părea o sarcină ușoară.

Rezistența poate fi ușor determinată prin aplicarea unui curent constant și măsurarea căderii de tensiune pe dispozitivul testat.

Ce se întâmplă dacă aplicăm un curent constant unui condensator? Tensiunea crește liniar și se stabilește la o valoare determinată de tensiunea de alimentare, care (pentru scopurile noastre) este inutilă.

În acest moment, este timpul să ne întoarcem la ceva ce am învățat la școală - „ Condensatoarele blochează DC și trec AC”

După ce am făcut câteva concluzii simplificatoare, înțelegem că condensatorii sunt practic un scurtcircuit la frecvențe înalte și partea capacitivă este „scurtcircuitată” din circuit și toată tensiunea este scăzută în rezistența internă.

Avantajul acestei metode este că nici nu avem nevoie să cunoaștem curentul dacă cunoaștem rezistența internă a sursei de semnal utilizate, deoarece acum ESR și rezistența internă (a sursei) formează un divizor de tensiune, raportul dintre rezistențele reprezintă raportul căderilor de tensiune și, cunoscând trei, îl putem determina cu ușurință pe celălalt.

Un osciloscop este utilizat pentru a măsura formele de undă la intrare și la condensator.

Lista de componente

Pentru oscilator:

1. Timer 555 - atât CMOS cât și bipolar vor funcționa bine, dar CMOS este recomandat pentru frecvențe înalte

2. Potențiometru 100K - utilizat pentru reglarea frecvenței

3. Condensator 1nF - sincronizare

4. Condensator ceramic 10uF - decuplare

Etapa de putere:

1. BC548 NPN tranzistor bipolar

2. BC558 PNP tranzistor bipolar

O notă rapidă despre alegerea tranzistoarelor - orice tranzistor de semnal mic, cu un câștig mare (300 și în sus) și un curent oarecum mare (50mA +) va funcționa bine.

3. Rezistor de bază de 560Ω

4. Rezistor de ieșire de 47Ω - acesta poate fi de la 10Ω la 100Ω.

Diagrama circuitului

Mai jos este schema circuitului pentru acest circuit de testare a condensatorului ESR -

Acest circuit de contor ESR poate fi împărțit în două secțiuni, cronometrul 555 și etapa de ieșire.

1. Oscilatorul 555:

Circuitul 555 este un multivibrator convenabil astabil care scoate o undă pătrată cu o frecvență de câteva sute de kilohertz. La această frecvență, aproape toți condensatorii acționează ca un scurtcircuit. Potul de 100K permite reglarea frecvenței pentru a obține cea mai mică tensiune posibilă peste capac.

2. Etapa de putere:

Aceasta este o soluție la o altă problemă. Am putea conecta direct condensatorul la ieșirea temporizatorului 555, dar atunci ar trebui să cunoaștem cu precizie impedanța de ieșire.

Pentru a elimina acest lucru, este utilizată o etapă de ieșire push-pull cu un rezistor de serie. Rezistorul asigură impedanța de ieșire.

Iată cum arată hardware-ul complet al acestui circuit ESR Meter:

Calculul VSH al condensatorului

Din ecuația divizorului de tensiune, derivăm următoarea formulă:

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

În cazul în care ESR este rezistența internă a condensatorului, V _CAP este semnalul pe condensator (măsurat la nod CAP +), R _OUTPUT este rezistența de ieșire a stadiului de putere (aici, 47 Ohmi) și V _OUTPUT este tensiunea semnalului de ieșire ca măsurată în punctul A din circuit.

În timpul utilizării acestui circuit, se recomandă setarea sondei de scop la 1X pentru a crește sensibilitatea și a reduce lățimea de bandă pentru a scăpa de o parte din zgomot, pentru a face o măsurare precisă.

În primul rând, tensiunea de vârf la vârf este măsurată în punctul A, înaintea impedanței și notată. Apoi condensatorul este atașat. Măriți până vedeți un val pătrat. Răsuciți potul până când forma de undă nu devine mai mică.

În funcție de tipul de condensator, tensiunea de vârf la vârf a formei de undă rezultate ar trebui să fie în ordinea a câteva zeci sau sute de milivolți.

Exemplu: Măsurarea VSH pentru un condensator electrolitic de 100 uf

Iată forma de undă de ieșire brută a stadiului de putere:

Și aici este tensiunea la condensator. Rețineți tot zgomotul suprapus semnalului - aveți grijă la măsurare.

Conectând valorile în formulă, obținem un ESR de 198mΩ.

ESR al condensatorului este un parametru important atunci când proiectăm circuite de putere și aici am construit un dispozitiv simplu de măsurare ESR bazat pe temporizatorul 555.