Kondensator esr meter ved hjælp af oscilloskop

Kondensatorer ser alt sammen fint ud, indtil du kommer til det punkt, hvor en strømforsyning svigter eller nægter at fungere optimalt. Og hvis problemet er støj, er der en simpel løsning, du tilføjer bare flere kondensatorer. Men det løser det ikke. Hvad kan der være galt?

Problemet skyldes den naive antagelse om, at kondensatorer (i høj grad) er 'ideelle' enheder, mens de faktisk ikke er det. Disse uønskede effekter skyldes noget, der kaldes intern modstand eller ESR (Equivalent Series Resistance). Kondensatorer har en begrænset indre modstand på grund af de materialer, der anvendes i deres konstruktion. Vi har forklaret ESR og ESL i kondensatorer i detaljer i forrige artikel.

Forskellige typer kondensatorer har forskellige ESR-intervaller. For eksempel har elektrolytkondensatorer generelt højere ESR'er end keramiske kondensatorer. For mange applikationer bliver det vigtigt at måle kondensatorernes interne modstand. Og i dag vil vi i denne artikel opbygge et ESR-meter og lære at måle kondensatorens ESR ved hjælp af 555 timer IC og transistorer.

Kondensator ESR-måling

I starten kan ESR-måling virke som en let opgave.

Modstand kan let bestemmes ved at anvende en konstant strøm og måle spændingsfaldet over den enhed, der testes.

Hvad hvis vi anvender en konstant strøm til en kondensator? Spændingen stiger lineært og sætter sig ved en værdi bestemt af forsyningsspændingen, som (til vores formål) er ubrugelig.

På dette tidspunkt er det tid til at vende tilbage til noget, vi lærte i skolen - " Kondensatorer blokerer DC og passerer AC"

Efter at have lavet et par forenklede konklusioner forstår vi, at kondensatorer grundlæggende er en kortslutning ved høje frekvenser, og den kapacitive del er 'kortsluttet' fra kredsløbet, og al spænding falder over den interne modstand.

Fordelen ved denne metode er, at vi ikke engang behøver at kende strømmen, hvis vi kender den interne modstand af den anvendte signalkilde, for nu danner ESR og intern modstand (af kilden) en spændingsdeler, forholdet mellem modstande er forholdet mellem spændingsfald, og ved at kende tre kan vi let bestemme den anden.

Et oscilloskop bruges til at måle bølgeformerne ved indgangen og ved kondensatoren.

Liste over dele

Til oscillatoren:

1. 555 timer - både CMOS og bipolar fungerer fint, men CMOS anbefales til høje frekvenser

2. 100K potentiometer - bruges til frekvensindstilling

3. 1nF kondensator - timing

4. Keramisk kondensator på 10 uF - afkobling

Power Stage:

1. BC548 NPN bipolar transistor

2. BC558 PNP bipolar transistor

En hurtig note om valget af transistorer - enhver lille signaltransistor med en høj forstærkning (300 og derover) og en noget stor strøm (50mA +) fungerer fint.

3. 560Ω basismodstand

4. 47Ω udgangsmodstand - dette kan være alt fra 10Ω til 100Ω.

Kredsløbsdiagram

Nedenfor er kredsløbsdiagrammet til dette ESR kondensator testerkredsløb -

Dette ESR Meter Circuit kan opdeles i to sektioner, 555 timeren og outputtrinet.

1. Oscillatoren 555:

555-kredsløbet er en konventionel, astabel multivibrator, der udsender en firkantbølge med en frekvens på nogle få hundrede kilohertz. Ved denne frekvens fungerer næsten alle kondensatorer som en kort. 100K potten tillader frekvensindstilling for at få den lavest mulige spænding over hætten.

2. Power Stage:

Dette er en løsning på et andet problem. Vi kunne forbinde kondensatoren direkte til udgangen af ​​555-timeren, men så skulle vi kende outputimpedansen nøjagtigt.

For at eliminere dette anvendes et push-pull output-trin med en seriemodstand. Modstanden tilvejebringer udgangsimpedansen.

Sådan ser den komplette hardware i dette ESR Meter kredsløb ud:

Beregning af ESR for kondensator

Fra spændingsdelingsligningen udledes følgende formel:

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

Hvor ESR er kondensatorens interne modstand, er V _CAP signalet over kondensatoren (målt ved node CAP +), R _OUTPUT er outputmodstanden for effekttrinet (her, 47 ohm) og V _OUTPUT er udgangssignalspændingen som målt ved punkt A i kredsløbet.

Når du bruger dette kredsløb, anbefales det at indstille områdesonden til 1X for at øge følsomheden og mindske båndbredden for at slippe af med noget af støj for at foretage en nøjagtig måling.

Først måles spidsen til top spidsen ved punkt A foran impedansen og bemærkes. Derefter er kondensatoren tilsluttet. Zoom ind, indtil du ser en firkantet bølge. Drej potten, indtil bølgeformen ikke bliver mindre.

Afhængigt af typen af ​​kondensator skal spidsen for top til top for den resulterende bølgeform være i størrelsesordenen nogle få eller hundreder millivolt.

Eksempel: Måling af ESR for en 100uf elektrolytisk kondensator

Her er den rå udgangsbølgeform af effektstadiet:

Og her er spændingen ved kondensatoren. Bemærk al den støj, der er lagt på signalet - vær forsigtig med målingen.

Tilslutning af værdierne til formlen får vi en ESR på 198mΩ.

Kondensatorens ESR er en vigtig parameter, når vi designer strømkredse, og her har vi bygget en simpel ESR-måleenhed baseret på 555-timeren.