Кондензатор esr метър с помощта на осцилоскоп

Кондензаторите изглеждат добре, докато стигнете до точката, в която захранването се повреди или откаже да работи оптимално. И ако проблемът е в шума, има просто решение, просто добавете още кондензатори. Но това не го решава. Какво може да се обърка?

Проблемът възниква от наивното предположение, че кондензаторите (до голяма степен) са „идеални“ устройства, докато всъщност не са. Тези нежелани ефекти се дължат на нещо, наречено вътрешно съпротивление или еквивалентно серийно съпротивление (ESR). Кондензаторите имат ограничено вътрешно съпротивление поради използваните в тяхната конструкция материали. По-подробно обяснихме ESR и ESL в кондензатори в предишната статия.

Различните видове кондензатори имат различни ESR диапазони. Например, електролитните кондензатори като цяло имат по-високи ESR от керамичните кондензатори. За много приложения става важно да се измери вътрешното съпротивление на кондензаторите. И днес в тази статия ще изградим ESR измервател и ще се научим как да измерваме ESR на кондензатора с помощта на 555 таймер IC и транзистори.

Измерване на ESR на кондензатора

В началото измерването на ESR може да изглежда като лесна задача.

Съпротивлението може лесно да бъде определено чрез прилагане на постоянен ток и измерване на спада на напрежението в тестваното устройство.

Ами ако приложим постоянен ток към кондензатор? Напрежението се повишава линейно и се утаява при стойност, определена от захранващото напрежение, което (за нашите цели) е безполезно.

В този момент е време да се върнем към нещо, което научихме в училище - „ Кондензаторите блокират DC и променят AC“

След като направихме няколко опростяващи заключения, разбираме, че кондензаторите са основно късо съединение при високи честоти и капацитивната част е „късо съединение“ от веригата и цялото напрежение пада във вътрешното съпротивление.

Предимството на този метод е, че дори не е необходимо да знаем тока, ако знаем вътрешното съпротивление на използвания източник на сигнал, тъй като сега ESR и вътрешното съпротивление (на източника) образуват делител на напрежението, съотношението на съпротивления е съотношението на спада на напрежението и знаейки три, можем лесно да определим другото.

Осцилоскоп се използва за измерване на вълновите форми на входа и на кондензатора.

Списък с части

За осцилатора:

1. 555 таймер - и CMOS, и биполярният ще работят добре, но CMOS се препоръчва за високи честоти

2. 100K потенциометър - използва се за настройка на честотата

3. 1nF кондензатор - синхронизация

4. 10uF керамичен кондензатор - отделяне

Етапът на захранването:

1. BC548 NPN биполярен транзистор

2. BC558 PNP биполярен транзистор

Бърза бележка за избора на транзистори - всеки малък сигнален транзистор с голям коефициент на усилване (300 и нагоре) и малко по-голям ток (50 mA +) ще работи добре.

3. 560Ω базов резистор

4. 47Ω изходен резистор - това може да бъде от 10Ω до 100Ω.

Електрическа схема

По-долу е дадена електрическата схема за тази схема на ESR кондензатор -

Тази ESR измервателна схема може да бъде разделена на две секции, 555 таймера и изходния етап.

1. Осцилаторът 555:

Веригата 555 е конвенционален нестабилен мултивибратор, който издава квадратна вълна с честота от няколкостотин килогерца. При тази честота почти всички кондензатори действат като къси. 100K пот позволява настройка на честотата, за да се получи възможно най-ниското напрежение през капачката.

2. Етапът на захранването:

Това е решение на друг проблем. Бихме могли директно да свържем кондензатора към изхода на 555 таймера, но тогава ще трябва да знаем точно изходния импеданс.

За да се елиминира това, се използва push-pull изходен етап със сериен резистор. Резисторът осигурява изходен импеданс.

Ето как изглежда целият хардуер на тази схема на ESR измервателния уред:

Изчисляване на ESR на кондензатора

От уравнението на делителя на напрежението извеждаме следната формула:

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

Където ESR е вътрешното съпротивление на кондензатора, V _CAP е сигналът през кондензатора (измерен на възел CAP +), R _OUTPUT е изходното съпротивление на степента на мощност (тук, 47 ома) и V _OUTPUT е напрежението на изходния сигнал като измерена в точка А във веригата.

Докато използвате тази схема, се препоръчва да настроите сондата за обхват на 1X, за да увеличите чувствителността и да намалите честотната лента, за да се отървете от част от шума, за да направите точно измерване.

Първо, пиковото до пиковото напрежение се измерва в точка А, преди импеданса и се отбелязва. След това кондензаторът е прикрепен. Увеличете, докато видите квадратна вълна. Обърнете гърнето, докато формата на вълната не стане по-малка.

В зависимост от вида на кондензатора, пиковото до пиковото напрежение на получената форма на вълната трябва да бъде от порядъка на няколко десетки или стотици миливолта.

Пример: Измерване на ESR за 100uf електролитен кондензатор

Ето суровата изходна форма на вълната на степента на мощност:

И тук е напрежението на кондензатора. Обърнете внимание на целия шум, наложен върху сигнала - внимавайте с измерването.

Включвайки стойностите във формулата, получаваме ESR от 198mΩ.

ESR на кондензатора е важен параметър при проектирането на силови вериги и тук сме изградили просто устройство за измерване на ESR, базирано на 555 таймера.