Kondensaattorin ESR-mittari oskilloskoopilla

Kondensaattorit näyttävät kaikki hyvin, kunnes pääset pisteeseen, jossa virtalähde epäonnistuu tai kieltäytyy toimimasta optimaalisesti. Ja jos ongelma on melu, on yksinkertainen korjaus, lisäät vain lisää kondensaattoreita. Mutta se ei ratkaise sitä. Mikä voi olla vialla?

Ongelma syntyy naiivista olettamuksesta, että kondensaattorit (suuressa määrin) ovat "ihanteellisia" laitteita, vaikka ne eivät olekaan. Nämä ei-toivotut vaikutukset johtuvat sisäisestä resistanssista tai vastaavasta sarjaresistanssista (ESR). Kondensaattoreilla on rajallinen sisäinen vastus niiden rakentamisessa käytettyjen materiaalien takia. Olemme selittäneet ESR: n ja ESL: n kondensaattoreissa yksityiskohtaisesti edellisessä artikkelissa.

Erilaisilla kondensaattoreilla on erilaiset ESR-alueet. Esimerkiksi elektrolyyttikondensaattoreilla on yleensä korkeampi ESR-arvo kuin keraamisilla kondensaattoreilla. Monissa sovelluksissa on tärkeää mitata kondensaattoreiden sisäinen vastus. Ja tänään tässä artikkelissa rakennamme ESR-mittarin ja opimme kuinka mitata kondensaattorin ESR käyttämällä 555 ajastinpiiriä ja transistoreita.

Kondensaattorin ESR-mittaus

Aluksi ESR-mittaus saattaa tuntua helpolta tehtävältä.

Vastus voidaan helposti määrittää soveltamalla vakiovirtaa ja mittaamalla jännitteen pudotus testattavan laitteen yli.

Entä jos käytämme vakiovirtaa kondensaattoriin? Jännite nousee lineaarisesti ja laskeutuu syöttöjännitteen määrittämään arvoon, joka (tarkoituksellemme) on hyödytön.

Tässä vaiheessa on aika palata takaisin johonkin, mitä opimme koulussa - " Kondensaattorit estävät DC: n ja siirtävät AC: n"

Muutaman yksinkertaistavan johtopäätöksen jälkeen ymmärrämme, että kondensaattorit ovat periaatteessa oikosulku korkeilla taajuuksilla ja kapasitiivinen osa 'oikosuljetaan' virtapiiristä ja kaikki jännite putoaa sisäisen vastuksen yli.

Tämän menetelmän etuna on, että meidän ei tarvitse edes tietää virtaa, jos tiedämme käytetyn signaalilähteen sisäisen vastuksen, koska nyt ESR ja sisäinen vastus (lähteen) muodostavat jännitteenjakajan, vastukset on jännitehäviöiden suhde, ja kun tiedämme kolme, voimme helposti määrittää toisen.

Oskilloskooppia käytetään mittaamaan aaltomuodot tulossa ja kondensaattorissa.

Osaluettelo

Oskillaattori:

1. 555 ajastin - sekä CMOS että bipolaarinen toimivat hyvin, mutta CMOS: ää suositellaan korkeille taajuuksille

2. 100K potentiometri - käytetään taajuuden viritykseen

3. 1nF kondensaattori - ajoitus

4. 10uF keraaminen kondensaattori - irrotus

Virtavaihe:

1. BC548 NPN kaksisuuntainen transistori

2. BC558 PNP bipolaaritransistori

Nopea huomautus transistorien valinnasta - kaikki pienet signaalitransistorit, joilla on suuri vahvistus (300 tai enemmän) ja hieman suuri virta (50 mA +), toimivat hyvin.

3. 560Ω: n perusvastus

4. 47Ω: n lähtövastus - tämä voi olla mikä tahansa välillä 10Ω - 100Ω.

Piirikaavio

Alla on tämän ESR-kondensaattoritesteripiirin kytkentäkaavio -

Tämä ESR-mittaripiiri voidaan jakaa kahteen osaan, 555-ajastin ja lähtöaste.

1. 555-oskillaattori:

555-piiri on tavanomainen vakaa multivibraattori, joka antaa neliöaallon, jonka taajuus on muutama sata kilohertsiä. Tällä taajuudella lähes kaikki kondensaattorit toimivat oikosulkuina. 100K potin avulla taajuusviritys saa mahdollisimman pienen jännitteen kannen yli.

2. Virtavaihe:

Tämä on kiertotapa toiseen ongelmaan. Voisimme liittää kondensaattorin suoraan 555-ajastimen lähtöön, mutta sitten meidän olisi tiedettävä lähtöimpedanssi tarkasti.

Tämän poistamiseksi käytetään sarjavastuksella varustettua push-pull -lähtövaihetta. Vastus tarjoaa lähtöimpedanssin.

Näin ESR-mittaripiirin koko laitteisto näyttää:

Lasketaan kondensaattorin ESR

Jännitteenjakajayhtälöstä johdetaan seuraava kaava:

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

Jos ESR on kondensaattorin sisäinen vastus, V _CAP on kondensaattorin poikki signaali (mitattuna solmussa CAP +), R _OUTPUT on tehoportaan lähtöresistanssi (tässä 47 ohmia) ja V _OUTPUT on lähtösignaalin jännite kuten mitattu piirin pisteestä A.

Tätä virtapiiriä käytettäessä on suositeltavaa asettaa mittausanturi arvoon 1X herkkyyden lisäämiseksi ja kaistanleveyden pienentämiseksi melun poistamiseksi tarkan mittauksen tekemiseksi.

Ensin mitataan huippu-huippujännite pisteestä A impedanssin edestä ja merkitään. Sitten kondensaattori on kiinnitetty. Lähennä, kunnes näet neliön aallon. Pudota pottia, kunnes aaltomuoto ei tule pienemmäksi.

Kondensaattorin tyypistä riippuen tuloksena olevan aaltomuodon huippu-huippujännitteen tulisi olla luokkaa muutama kymmenen tai satoja millivoltteja.

Esimerkki: ESR-mittaus 100uf elektrolyyttikondensaattorille

Tässä on tehoasteen raaka lähtöaaltomuoto:

Ja tässä on kondensaattorin jännite. Huomaa kaikki signaaliin kohdistuvat kohinat - ole varovainen mittauksessa.

Liittämällä arvot kaavaan saadaan ESR 198mΩ.

Kondensaattorin ESR on tärkeä parametri virtapiirejä suunniteltaessa, ja tässä olemme rakentaneet yksinkertaisen ESR-mittauslaitteen, joka perustuu 555-ajastimeen.