Kondensatorowy miernik esr za pomocą oscyloskopu

Kondensatory wydają się być w porządku, dopóki nie dojdziesz do punktu, w którym zasilacz zawodzi lub nie działa optymalnie. A jeśli problemem jest szum, jest prosta poprawka, wystarczy dodać więcej kondensatorów. Ale to nie rozwiązuje problemu. Co może być nie tak?

Problem wynika z naiwnego założenia, że ​​kondensatory (w dużej mierze) są urządzeniami „idealnymi”, podczas gdy w rzeczywistości nimi nie są. Te niepożądane efekty są spowodowane czymś, co nazywa się oporem wewnętrznym lub równoważną rezystancją szeregową (ESR). Kondensatory mają ograniczony opór wewnętrzny ze względu na materiały użyte do ich budowy. W poprzednim artykule szczegółowo wyjaśniliśmy ESR i ESL w kondensatorach.

Różne typy kondensatorów mają różne zakresy ESR. Na przykład kondensatory elektrolityczne generalnie mają wyższe wartości ESR niż kondensatory ceramiczne. W wielu zastosowaniach ważny staje się pomiar rezystancji wewnętrznej kondensatorów. A dzisiaj w tym artykule zbudujemy miernik ESR i nauczymy się mierzyć ESR kondensatora za pomocą układu scalonego 555 Timer i tranzystorów.

Pomiar ESR kondensatora

Na początku pomiar OB może wydawać się łatwym zadaniem.

Oporność można łatwo określić, przykładając stały prąd i mierząc spadek napięcia na testowanym urządzeniu.

A co jeśli zastosujemy stały prąd do kondensatora? Napięcie rośnie liniowo i ustala się na wartości określonej przez napięcie zasilania, które (dla naszych celów) jest bezużyteczne.

W tym momencie nadszedł czas, aby wrócić do czegoś, czego nauczyliśmy się w szkole - „ Kondensatory blokują prąd stały i przepuszczają prąd zmienny”

Po wyciągnięciu kilku upraszczających wniosków rozumiemy, że kondensatory są w zasadzie zwarciem przy wysokich częstotliwościach, a część pojemnościowa jest „zwarta” z obwodu, a całe napięcie spada na rezystancję wewnętrzną.

Zaletą tej metody jest to, że nie musimy nawet znać prądu, jeśli znamy rezystancję wewnętrzną używanego źródła sygnału, ponieważ teraz ESR i rezystancja wewnętrzna (źródła) tworzą dzielnik napięcia, stosunek rezystancje to stosunek spadków napięcia, a znając trzy, możemy łatwo określić drugi.

Oscyloskop służy do pomiaru przebiegów na wejściu i na kondensatorze.

Lista części

Dla oscylatora:

1. Zegar 555 - zarówno CMOS, jak i bipolar będą działać dobrze, ale CMOS jest zalecany dla wysokich częstotliwości

2. Potencjometr 100K - służy do strojenia częstotliwości

3. Kondensator 1nF - taktowanie

4. Kondensator ceramiczny 10uF - odsprzęgający

Poziom mocy:

1. Tranzystor bipolarny BC548 NPN

2. Tranzystor bipolarny BC558 PNP

Krótka uwaga na temat wyboru tranzystorów - każdy tranzystor o małym sygnale o dużym wzmocnieniu (300 i więcej) i nieco dużym prądzie (50 mA +) będzie działał dobrze.

3. Rezystor bazowy 560Ω

4. Rezystor wyjściowy 47Ω - może to być od 10Ω do 100Ω.

Schemat obwodu

Poniżej znajduje się schemat obwodu tego obwodu testera kondensatorów ESR -

Ten obwód miernika ESR można podzielić na dwie sekcje, zegar 555 i stopień wyjściowy.

1. Oscylator 555:

Obwód 555 jest konwencjonalnym astabilnym multiwibratorem, który emituje falę prostokątną o częstotliwości kilkuset kiloherców. Przy tej częstotliwości prawie wszystkie kondensatory działają jak krótkie. Potencjometr 100K umożliwia dostrojenie częstotliwości w celu uzyskania najniższego możliwego napięcia na nasadce.

2. Stopień mocy:

To jest obejście innego problemu. Moglibyśmy bezpośrednio podłączyć kondensator do wyjścia timera 555, ale wtedy musielibyśmy dokładnie znać impedancję wyjściową.

Aby temu zapobiec, zastosowano stopień wyjściowy przeciwsobny z rezystorem szeregowym. Rezystor zapewnia impedancję wyjściową.

Oto jak wygląda kompletny sprzęt tego obwodu miernika ESR:

Obliczanie ESR kondensatora

Z równania dzielnika napięcia wyprowadzamy następujący wzór:

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

Gdzie ESR to wewnętrzna rezystancja kondensatora, V _CAP to sygnał na kondensatorze (mierzony w węźle CAP +), R _OUTPUT to rezystancja wyjściowa stopnia mocy (tutaj 47 omów), a V _OUTPUT to napięcie sygnału wyjściowego mierzone w punkcie A obwodu.

Podczas korzystania z tego obwodu zaleca się ustawienie sondy oscyloskopu na 1X, aby zwiększyć czułość i zmniejszyć szerokość pasma, aby pozbyć się części szumów i wykonać dokładny pomiar.

Najpierw mierzy się napięcie międzyszczytowe w punkcie A, przed impedancją i odnotowuje. Następnie podłącza się kondensator. Powiększaj, aż zobaczysz prostokątną falę. Przekręcaj garnek, aż przebieg nie zmniejszy się.

W zależności od rodzaju kondensatora, napięcie międzyszczytowe powstałego przebiegu powinno być rzędu kilkudziesięciu lub setek miliwoltów.

Przykład: pomiar ESR dla kondensatora elektrolitycznego 100 μF

Oto surowy przebieg wyjściowy stopnia mocy:

A oto napięcie na kondensatorze. Zwróć uwagę na wszystkie szumy nałożone na sygnał - zachowaj ostrożność podczas pomiaru.

Wprowadzając wartości do wzoru, otrzymujemy ESR równy 198mΩ.

ESR kondensatora jest ważnym parametrem przy projektowaniu obwodów mocy i tutaj zbudowaliśmy proste urządzenie pomiarowe ESR oparte na zegarze 555.