- Измерение ESR конденсатора
- Список деталей
- Принципиальная электрическая схема
- Расчет ESR конденсатора
- Пример: измерение ESR для электролитического конденсатора емкостью 100 мкФ
Кажется, что с конденсаторами все в порядке, пока вы не дойдете до точки, когда блок питания откажет или откажется работать оптимально. А если проблема в шуме, есть простое решение, просто добавьте больше конденсаторов. Но это не решает. Что могло быть не так?
Проблема возникает из-за наивного предположения, что конденсаторы (в значительной степени) являются «идеальными» устройствами, хотя на самом деле это не так. Эти нежелательные эффекты возникают из-за того, что называется внутренним сопротивлением или эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Конденсаторы имеют конечное внутреннее сопротивление из-за материалов, из которых они изготовлены. Мы подробно объяснили ESR и ESL в конденсаторах в предыдущей статье.
Различные типы конденсаторов имеют разные диапазоны ESR. Например, электролитические конденсаторы в целом имеют более высокое ESR, чем керамические конденсаторы. Для многих приложений становится важным измерение внутреннего сопротивления конденсаторов. И сегодня в этой статье мы построим измеритель ESR и узнаем, как измерить ESR конденсатора с помощью микросхемы таймера 555 и транзисторов.
Измерение ESR конденсатора
Вначале измерение СОЭ может показаться простой задачей.
Сопротивление можно легко определить, подав постоянный ток и измерив падение напряжения на тестируемом устройстве.
Что, если подать постоянный ток на конденсатор? Напряжение растет линейно и стабилизируется на значении, определяемом напряжением питания, что (для наших целей) бесполезно.
На этом этапе пришло время вернуться к тому, чему мы научились в школе - « Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный ток».
Сделав несколько упрощающих выводов, мы понимаем, что конденсаторы, по сути, представляют собой короткое замыкание на высоких частотах, а емкостная часть «закорочена» в цепи, и все напряжение падает на внутреннем сопротивлении.
Преимущество этого метода состоит в том, что нам даже не нужно знать ток, если мы знаем внутреннее сопротивление используемого источника сигнала, потому что теперь ESR и внутреннее сопротивление (источника) образуют делитель напряжения, соотношение Сопротивления - это отношение падений напряжения, и зная три, мы можем легко определить другое.
Осциллограф используется для измерения формы сигналов на входе и на конденсаторе.
Список деталей
Для Осциллятора:
1. Таймер 555 - и CMOS, и биполярный будут работать нормально, но CMOS рекомендуется для высоких частот.
2. Потенциометр 100K - используется для настройки частоты.
3. Конденсатор 1 нФ - время
4. Керамический конденсатор 10 мкФ - развязка
Силовой этап:
1. Биполярный транзистор BC548 NPN
2. Биполярный транзистор BC558 PNP
Небольшое примечание о выборе транзисторов - любой транзистор с малым сигналом с большим коэффициентом усиления (300 и выше) и несколько большим током (50 мА +) подойдет.
3. Базовый резистор 560 Ом
4. Выходной резистор 47 Ом - это может быть любое значение от 10 до 100 Ом.
Принципиальная электрическая схема
Ниже приведена принципиальная схема для этой схемы СОЭ Конденсатор Tester -
Эту схему измерителя ESR можно разделить на две части: таймер 555 и выходной каскад.
1. Осциллятор 555:
Схема 555 представляет собой обычный нестабильный мультивибратор, излучающий прямоугольную волну с частотой в несколько сотен килогерц. На этой частоте почти все конденсаторы срабатывают как короткое замыкание. Поток 100K позволяет настраивать частоту для получения минимально возможного напряжения на конденсаторе.
2. Силовой каскад:
Это обходной путь к другой проблеме. Мы могли бы напрямую подключить конденсатор к выходу таймера 555, но тогда нам нужно было бы точно знать выходное сопротивление.
Чтобы этого избежать, используется двухтактный выходной каскад с последовательным резистором. Резистор обеспечивает выходное сопротивление.
Вот как выглядит все аппаратное обеспечение этой схемы ESR Meter:
Расчет ESR конденсатора
Из уравнения делителя напряжения выводим следующую формулу:
ESR = (V CAP • R OUTPUT) / (V OUTPUT - V CAP)
Где ESR - внутреннее сопротивление конденсатора, V CAP - это сигнал на конденсаторе (измеренный в узле CAP +), R OUTPUT - это выходное сопротивление силового каскада (здесь 47 Ом), а V OUTPUT - это напряжение выходного сигнала, как измеряется в точке А в цепи.
При использовании этой схемы рекомендуется установить пробник осциллографа на 1X, чтобы увеличить чувствительность и уменьшить полосу пропускания, чтобы избавиться от некоторых шумов и провести точное измерение.
Сначала измеряется размах напряжения в точке A перед импедансом и записывается. Затем крепится конденсатор. Увеличивайте масштаб, пока не увидите прямоугольную волну. Покрутите горшок до тех пор, пока форма волны не станет меньше.
В зависимости от типа конденсатора размах напряжения результирующей формы волны должен составлять порядка нескольких десятков или сотен милливольт.
Пример: измерение ESR для электролитического конденсатора емкостью 100 мкФ
Вот необработанная форма выходного сигнала силового каскада:
А вот и напряжение на конденсаторе. Обратите внимание на весь шум, наложенный на сигнал - будьте осторожны с измерениями.
Подставляя значения в формулу, мы получаем ESR 198 мОм.
ESR конденсатора является важным параметром при проектировании силовых цепей, и здесь мы создали простое устройство для измерения ESR на основе таймера 555.