Kondenzátorový měřič esr pomocí osciloskopu

Kondenzátory vypadají dobře, dokud se nedostanete do bodu, kdy dojde k výpadku napájení nebo odmítnutí optimálního výkonu. A pokud je problém v šumu, existuje jednoduchá oprava, stačí přidat další kondenzátory. Ale to to nevyřeší. Co by mohlo být špatně?

Problém nastává z naivního předpokladu, že kondenzátory (do značné míry) jsou „ideální“ zařízení, i když ve skutečnosti tomu tak není. Tyto nežádoucí účinky jsou způsobeny něčím, co se nazývá vnitřní odpor nebo ekvivalentní sériový odpor (ESR). Kondenzátory mají omezený vnitřní odpor kvůli materiálům použitým při jejich konstrukci. V předchozím článku jsme podrobně vysvětlili ESR a ESL v kondenzátorech.

Různé typy kondenzátorů mají různé rozsahy ESR. Například elektrolytické kondenzátory mají obecně vyšší ESR než keramické kondenzátory. U mnoha aplikací je důležité měřit vnitřní odpor kondenzátorů. A dnes v tomto článku sestavíme měřič ESR a naučíme se měřit ESR kondenzátoru pomocí časovače IC 555 a tranzistorů.

Měření ESR kondenzátoru

Na začátku se měření ESR může zdát jako snadný úkol.

Odpor lze snadno určit použitím konstantního proudu a měřením poklesu napětí napříč testovaným zařízením.

Co když na kondenzátor aplikujeme konstantní proud? Napětí stoupá lineárně a usazuje se na hodnotě určené napájecím napětím, což je (pro naše účely) k ničemu.

V tuto chvíli je čas vrátit se k něčemu, co jsme se naučili ve škole - „ Kondenzátory blokují stejnosměrný proud a procházejí střídavým proudem“

Po provedení několika zjednodušujících závěrů chápeme, že kondenzátory jsou v zásadě zkratem při vysokých frekvencích a kapacitní část je „zkratována“ z obvodu a celé napětí klesá přes vnitřní odpor.

Výhodou této metody je, že ani nepotřebujeme znát proud, pokud známe vnitřní odpor použitého zdroje signálu, protože nyní ESR a vnitřní odpor (zdroje) tvoří dělič napětí, poměr odpor je poměr poklesů napětí a když víme tři, můžeme snadno určit ten druhý.

Osciloskop se používá k měření průběhů na vstupu a na kondenzátoru.

Seznam dílů

Pro oscilátor:

1. Časovač 555 - CMOS i bipolární bude fungovat dobře, ale CMOS se doporučuje pro vysoké frekvence

2. 100K potenciometr - slouží k ladění frekvence

3. 1nF kondenzátor - časování

4. Keramický kondenzátor 10uF - oddělení

Power Stage:

1. BC548 NPN bipolární tranzistor

2. BC558 PNP bipolární tranzistor

Rychlá poznámka o výběru tranzistorů - jakýkoli malý signální tranzistor s vysokým ziskem (300 a více) a poněkud velkým proudem (50 mA +) bude fungovat dobře.

3. Základní odpor 560Ω

4. 47Ω výstupní rezistor - může to být cokoli od 10Ω do 100Ω.

Kruhový diagram

Níže je schéma zapojení tohoto obvodu testeru kondenzátorů ESR -

Tento měřicí obvod ESR lze rozdělit na dvě části, časovač 555 a výstupní stupeň.

1. Oscilátor 555:

Obvod 555 je konvenční astabilní multivibrátor, který vydává obdélníkovou vlnu s frekvencí několika stovek kilohertů. Při této frekvenci fungují téměř všechny kondenzátory jako zkrat. Potenciometr 100K umožňuje ladění kmitočtu, aby se dosáhlo co nejnižšího napětí přes víčko.

2. Power Stage:

Toto je řešení jiného problému. Mohli bychom přímo připojit kondenzátor na výstup časovače 555, ale pak bychom potřebovali přesně znát výstupní impedanci.

Aby se to vyloučilo, používá se výstupní stupeň push-pull se sériovým odporem. Rezistor poskytuje výstupní impedanci.

Takto vypadá kompletní hardware tohoto obvodu měřiče ESR:

Výpočet ESR kondenzátoru

Z rovnice děliče napětí odvodíme následující vzorec:

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

Kde ESR je vnitřní odpor kondenzátoru, V _CAP je signál přes kondenzátor (měřeno v uzlu CAP +), R _OUTPUT je výstupní odpor výkonového stupně (zde, 47 ohmů) a V _OUTPUT je napětí výstupního signálu jako měřeno v bodě A v obvodu.

Při použití tohoto obvodu se doporučuje nastavit sondu rozsahu na 1X, aby se zvýšila citlivost a zmenšila šířka pásma, aby se zbavilo části šumu, aby bylo možné provést přesné měření.

Nejprve se změří špičkové napětí v bodě A před impedancí a zaznamená se. Poté je připojen kondenzátor. Přibližujte, dokud neuvidíte obdélníkovou vlnu. Hrajte pot, dokud se křivka nezmenší.

V závislosti na typu kondenzátoru by špičkové napětí výsledného tvaru vlny mělo být řádově několik desítek nebo stovek milivoltů.

Příklad: Měření ESR pro 100uf elektrolytický kondenzátor

Zde je hrubý výstupní průběh výkonového stupně:

A tady je napětí na kondenzátoru. Všimněte si veškerého šumu překrývajícího se na signálu - buďte opatrní při měření.

Po připojení hodnot do vzorce získáme ESR 198 mΩ.

ESR kondenzátoru je důležitým parametrem při navrhování výkonových obvodů a zde jsme postavili jednoduché měřicí zařízení ESR založené na časovači 555.