ESR. Metode de măsurare. RLC și contor ESR, sau un dispozitiv pentru măsurarea condensatorilor, inductanțelor și rezistențelor cu rezistență scăzută.Care ar trebui să fie rezistența esr a unui condensator
Adesea, atunci când reparați electronice, este necesar să înlocuiți condensatorii umflați. Dacă condensatorul este umflat, aceasta indică o scădere a capacității sale și o creștere a rezistenței în serie echivalentă (ESR). Se întâmplă ca condensatorul să nu fie umflat, iar ESR-ul său este mai mare decât în mod normal; în acest caz, am asamblat un dispozitiv de la MasterKit și l-am folosit pentru a verifica condensatorii suspecti. La un moment dat, a devenit interesant ce măsoară de fapt și cum o face.
Ce este ESR.
Un circuit condensator simplificat echivalent este format dintr-un rezistor și un condensator, valoarea acestei rezistențe este măsurată de dispozitiv. Rămâne să ne dăm seama cum o face.
Să conectăm un generator de semnal la condensator; circuitul său echivalent este prezentat în figură; este format dintr-un generator și un rezistor conectat în serie egal cu rezistența de ieșire a generatorului.
Acum să conectăm un condensator de lucru cu o capacitate de 470uF și să vedem ce arată osciloscopul.
Ce sa schimbat? Amplitudinea pe care dispozitivul o măsoară a crescut corect, iar rezistența conectată în serie din circuitul echivalent al condensatorului este responsabilă pentru valoarea acestuia.
Să încercăm să-l calculăm. Rezistența în serie echivalentă a condensatorului este calculată ca un divizor convențional. Reactanța condensatorului poate fi neglijată, deoarece durata impulsului este semnificativ mai mică decât tau.
Să calculăm valoarea ESR pentru un condensator de lucru, este egală cu 0,65 Ohm. Să-l comparăm cu ceea ce arată dispozitivul de la MasterKit, acuratețea acestui dispozitiv nu este mare, dar va merge pentru o estimare aproximativă.
Primul LED se aprinde, comutatorul este în poziția 1:1, uitați-vă la tabel, rezistența este de 1,3 Ohm.
Bună prieteni. Astăzi vă voi vorbi despre un dispozitiv care mă ajută foarte mult la reparații, economisește bani și timp. Acest contor ESR origine chineză Mega328. L-am cumpărat de pe Aliexpress de la acest vânzător. Care sunt mai exact avantajele acestui dispozitiv?
În primul rând, sunt foarte convenabile pentru testarea condensatoarelor electrolitice. In acest scop l-am cumparat. Fiecare condensator are doi parametri care sunt responsabili pentru funcționarea lui. Primul parametru este capacitate. Acestea sunt aceleași microfarade care sunt indicate pe corpul condensatorului. Capacitatea poate fi măsurată cu ușurință cu orice multimetru care acceptă această funcție.
La început am crezut că acesta este singurul parametru pe care trebuia să-l cunosc în condensator pentru a-i determina funcționalitatea, dar nu a fost cazul. În timp ce reparam un monitor, nu mi-am putut da seama de sursa de alimentare. Blocul a produs tensiuni subestimate, indiferent cum ai privi el. La verificarea condensatoarelor, le-am măsurat capacitatea, care era în limitele normale. La un moment dat, renunțând la tot, am lipit toți condensatorii și i-am înlocuit cu alții noi, după care monitorul a pornit. Surpriza mea nu a cunoscut limite. Am decis să găsesc motivul, și am început să lipim în condensatoare vechi unul câte unul până am găsit unul de 470 uF la 50V, lipirea pe care, monitorul a încetat să funcționeze. Testerul a arătat că condensatorul funcționează, dar în practică s-a dovedit că nu a fost cazul. După aceea, am început să studiez totul despre condensatori și am descoperit un astfel de parametru ca ESR.
ESR - Rezistență în serie echivalentă– parametru condensator, care arată pierderile active în circuitul AC. Acesta poate fi considerat ca un rezistor conectat în serie cu un condensator. Cu cât pierderea curentului ohm este mai mică, cu atât calitatea condensatorului este mai bună. Voi spune imediat că parametrul ESR este foarte relevant pentru condensatoarele electrolitice cu o capacitate de peste 4,7 μF. Un nou condensator electrolitic 1uF ESR poate fi de 5 ohmi. Pentru condensatoarele cu evaluări mai mici, acest lucru nu este atât de important, cel puțin în practica mea, așa este.
Acum la obiect. Pentru un condensator electrolitic cu o capacitate mai mare de 4,7 µF, ESR ar trebui să fie mai mic 1 ohm. Dacă acest parametru este mai mare, atunci schimb condensatorul cu unul nou.
Imaginea de mai jos arată un exemplu de măsurare a unui condensator de 1000 µF la 10 V.
Acesta este un condensator puternic plantat, unde ESR este deja de 17 ohmi. Se întâmplă adesea ca capacitatea să fie încă de 950 de microfaradi, dar ESR este deja de 10 ohmi. Acest condensator merită cu siguranță înlocuit.
Un alt exemplu de condensator mort. Acesta este un condensator de 220 uF la 35V. Valoarea sa nominală a devenit 111 microfarad, iar ESR a crescut la 1,3 ohmi.
Sau același 220uF la 35V din articol, unde ESR-ul este deja de 15 Ohmi.
Iată un exemplu de condensator de lucru care a fost deja utilizat, dar ratingul său îi permite încă să funcționeze. Aceasta este 100 microfarad la 63v.
După cum puteți vedea, ESR-ul său este de până la 1 Ohm, iar ratingul a devenit mai mic de 3 µF, așa că las astfel de condensatori în uz. Permiteți-mi să vă dau un exemplu de condensator ideal. Acesta este 1500uF la 10V.
Aici ESR este în general zero Ohm, iar valoarea nominală este mai mare decât cea declarată.
Mă voi îndepărta puțin de condensatori și mă voi spune mai multe despre dispozitiv MEGA 328. Poate testa nu numai condensatoare, ci mult mai mult. Ei pot testa cu ușurință tranzistori, rezistențe, diode zener, mosfet-uri și multe altele. Este foarte convenabil să verificați tranzistoarele cu efect de câmp, deoarece dispozitivul își va arăta tipul, locația canalului de scurgere, sursa și picioarele porții.
Exemplu de verificare a unui tranzistor cu efect de câmp:
Dispozitivul arată tipul de tranzistor, pragul de deschidere și locația picioarelor. Foarte comod, mai ales pentru un incepator.
Iată un exemplu de testare a unui tranzistor N-P-N convențional.
Lista completă a caracteristicilor acestui tester:
Examinare:Condensatori, diode, diode duble, MOS, tranzistoare, SCR, regulatoare, tuburi LED, ESR,Rezistență, potențiometre reglabile etc.
Rezistenţă: 0,1 ohm până la maxim 50 mohm
Condensator: 25pF până la 100.000 µF
Inductori: de la 0,01 mH la 20 H
Măsoară câștigul de curent al tranzistorului bipolar și tensiunea de prag de bază-emițător.
Poate măsura două rezistențe simultan. Afișat în dreapta cu o valoare zecimală de 4. Simbolul rezistenței de pe ambele părți arată numărul pinului.
Foarte important!!! Înainte de a măsura ESR, condensatorul trebuie să fie descărcat!!!
Testerul este de obicei furnizat sub forma unei plăci, cu un conector sub coroană. Mi-am instalat dispozitivul într-o cutie de joncțiune, am tăiat o fereastră pentru afișaj, un buton și un panou pentru testare. L-am lipit cu lipici fierbinte și așa funcționează pentru mine până astăzi. Iată o fotografie:
Nu este foarte frumos, dar nu prea am urmărit frumusețea :).
Prezentare video de ansamblu a contorului ESR
Recomand să cumpărați direct de pe Aliexpress, deoarece este mult mai ieftin, mai ales cu prețurile noastre. Iată un link către vânzătorul de unde l-am cumpărat. Dispozitivul a ajuns în Ucraina în 18 zile.
Suntem deja obișnuiți cu principalii parametri ai unui condensator: capacitatea și tensiunea de funcționare. Dar recent, rezistența sa echivalentă în serie (ESR) a devenit un parametru la fel de important. Ce este și ce afectează?
Deoarece EPS afectează cel mai puternic funcționarea condensatoarelor electrolitice, în viitor vom vorbi despre ele. Acum vom demonta condensatorul electrolitic și vom afla ce secrete ascunde.
Orice componentă electronică nu este perfectă. Acest lucru este valabil și pentru condensator. Mulțimea proprietăților sale este prezentată printr-o diagramă condiționată.
După cum puteți vedea, un condensator real constă dintr-o capacitate C , pe care suntem obișnuiți să-l vedem pe diagrame sub formă de două dungi verticale. Urmează rezistența R s , care simbolizează rezistența activă a cablurilor și rezistența de contact a conductorului - placa. Fotografia arată modul în care cablurile de sârmă sunt atașate la plăci folosind metoda de conectare cu nituri.
Deoarece oricare, chiar și un dielectric foarte bun, are o anumită rezistență (până la sute de megaohmi), un rezistor este trasat paralel cu plăcile Rp . Prin acest rezistor „virtual” circulă așa-numitul curent de scurgere. Desigur, în interiorul condensatorului nu există rezistențe. Acest lucru este doar pentru claritate și ușurință în prezentare.
Datorită faptului că plăcile unui condensator electrolitic sunt răsucite și instalate într-o carcasă de aluminiu, se formează inductanță L.
Această inductanță își prezintă proprietățile numai la frecvențe peste frecvența de rezonanță a condensatorului. Valoarea aproximativă a acestei inductanțe este de zeci de nanohenri.
Deci, din toate acestea, să evidențiem ce este inclus în EPS-ul unui condensator electrolitic:
Rezistența, care este cauzată de pierderi în dielectric datorită eterogenității sale, impurităților și prezenței umidității;
Rezistența ohmică a cablurilor și plăcilor. Rezistența activă a firelor;
Rezistența de contact între plăci și cabluri;
Aceasta poate include și rezistența electrolitului, care crește datorită evaporării solventului electrolit și modificări ale compoziției sale chimice datorită interacțiunii sale cu plăcile metalice.
Toți acești factori sunt rezumați și formează rezistența condensatorului, care se numește rezistență în serie echivalentă - prescurtată ESR și în stil străin ESR (E echivalent S erial R rezistență).
După cum se știe, un condensator electrolitic, datorită designului său, poate funcționa numai în circuite de curent continuu și pulsatoriu datorită polarității sale. De fapt, este folosit în sursele de alimentare pentru a filtra ondulațiile după redresor. Să ne amintim această caracteristică a unui condensator - permite trecerea impulsurilor de curent.
Și dacă ESR este, de fapt, o rezistență, atunci căldura va fi generată pe ea atunci când curge impulsurile de curent. Gândiți-vă la puterea rezistenței. Astfel, cu cât ESR este mai mare, cu atât condensatorul se va încălzi mai mult.
Încălzirea unui condensator electrolitic este foarte proastă. Din cauza încălzirii, electrolitul începe să fiarbă și să se evapore, iar condensatorul se umflă. Probabil că ați observat deja o crestătură de protecție în partea de sus a carcasei la condensatoarele electrolitice.
Când condensatorul funcționează mult timp și temperatura din interior este ridicată, electrolitul său începe să se evapore și să pună presiune pe această crestătură. În timp, presiunea din interior crește atât de mult încât crestătura se rupe, eliberând gaz în exterior.
Un condensator „explodat” pe placa de alimentare (cauza - depășirea tensiunii permise)
De asemenea, crestătura de protecție previne (sau slăbește) explozia condensatorului atunci când tensiunea admisă este depășită sau se modifică polaritatea acestuia.
În practică, se întâmplă opusul - presiunea împinge izolatorul departe de terminale. Următoarea fotografie arată un condensator care s-a uscat. Capacitatea sa a scăzut la 106 μF, iar ESR atunci când a fost măsurat a fost de 2,8 Ω, în timp ce valoarea normală ESR pentru un nou condensator cu aceeași capacitate se află în intervalul 0,08 - 0,1 Ω.
Condensatoarele electrolitice sunt produse la diferite temperaturi de funcționare. Pentru condensatoarele electrolitice din aluminiu, limita inferioară de temperatură începe de la - 60 0 C, iar limita superioară este limitată la +155 0 C. Dar, în cea mai mare parte, astfel de condensatoare sunt proiectate să funcționeze în intervalul de temperatură de la -25 0 C până la 85 0 C și de la -25 0 C la 105 0 C. Eticheta indică uneori doar limita superioară de temperatură: +85 0 C sau +105 0 C.
Prezența ESR într-un condensator electrolitic real afectează funcționarea acestuia în circuite de înaltă frecvență. Și dacă pentru condensatoarele obișnuite această influență nu este atât de pronunțată, atunci pentru condensatoarele electrolitice joacă un rol foarte important. Acest lucru este valabil mai ales pentru funcționarea lor în circuite cu un nivel ridicat de ondulație, când curge un curent semnificativ și se generează căldură din cauza ESR.
Aruncă o privire la fotografie.
Condensatoare electrolitice umflate (cauzate de funcționarea prelungită la temperaturi ridicate)
Aceasta este placa de bază a unui computer personal care nu a mai pornit. După cum puteți vedea, pe placa de circuit imprimat de lângă radiatorul procesorului sunt patru condensatoare electrolitice umflate. Funcționarea pe termen lung la temperaturi ridicate (încălzire externă de la radiator) și o durată de viață decentă au dus la faptul că condensatorii au „explodat”. Motivul pentru aceasta este încălzirea și ESR. Răcirea slabă afectează negativ nu numai funcționarea procesoarelor și microcircuitelor, ci, după cum se dovedește, și a condensatoarelor electrolitice!
O scădere a temperaturii ambiante cu 10 0 C prelungește durata de viață a condensatorului electrolitic cu aproape jumătate.
O imagine similară este observată în sursele de alimentare defectuoase pentru PC - condensatorii electrolitici se umflă, de asemenea, ceea ce duce la scăderi și ondulații în tensiunea de alimentare.
Condensatoare defecte în sursa de alimentare ATX PC (motiv - condensatoare de calitate scăzută)
Adesea, din cauza funcționării pe termen lung, comutarea surselor de alimentare pentru punctele de acces, routerele Wi-Fi și tot felul de modemuri eșuează, de asemenea, din cauza condensatorilor care au „explodat” sau și-au pierdut capacitatea. Să nu uităm că atunci când este încălzit, electrolitul se usucă, iar acest lucru duce la o scădere a capacității. Am descris un exemplu practic.
Din tot ceea ce s-a spus, rezultă că condensatoarele electrolitice care funcționează în circuite cu impulsuri de înaltă frecvență (surse de alimentare, invertoare, convertoare, stabilizatoare de impulsuri) funcționează în condiții destul de extreme și se defectează mai des. Știind acest lucru, producătorii produc serii speciale cu ESR scăzut. Pe astfel de condensatoare, de regulă, există o inscripție ESR scăzut , ceea ce înseamnă „VSH scăzut”.
Se știe că un condensator are capacitiv sau reactanță, care scade odată cu creșterea frecvenței curentului alternativ.
Astfel, pe măsură ce frecvența AC crește, reactanța condensatorului va scădea, dar numai până când se apropie de rezistența serie echivalentă (ESR). Acesta este ceea ce trebuie măsurat. Prin urmare, multe dispozitive - contoare ESR (contoare ESR) măsoară ESR la frecvențe de câteva zeci - sute de kiloherți. Acest lucru este necesar pentru a „elimina” valoarea reactanței din rezultatele măsurătorii.
Este demn de remarcat faptul că valoarea ESR a unui condensator este afectată nu numai de frecvența ondulațiilor curente, ci și de tensiunea de pe plăci, de temperatura ambiantă și de manopera. Prin urmare, este imposibil să spunem fără echivoc că ESR-ul unui condensator, de exemplu, este egal cu 3 ohmi. La diferite frecvențe de operare, valoarea ESR va fi diferită.
contor ESR
Când verificați condensatorii, în special cei electrolitici, ar trebui să acordați atenție valorii ESR. Există multe dispozitive disponibile în comerț pentru testarea condensatorilor și măsurarea ESR. Fotografia prezintă un tester universal de componente radio (LCR-T4 Tester), a cărui funcționalitate acceptă măsurarea condensatoarelor ESR.
În revistele de inginerie radio puteți găsi descrieri ale dispozitivelor de casă și atașamente la multimetre pentru măsurarea ESR. La vânzare puteți găsi, de asemenea, contoare ESR foarte specializate, care sunt capabile să măsoare capacitatea și ESR fără a le deslipi de pe placă, precum și să le descarce înainte de aceasta pentru a proteja dispozitivul de deteriorarea cauzată de tensiunea reziduală ridicată a condensatorului. Astfel de dispozitive includ, de exemplu, ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.
Când reparați electronice, de multe ori trebuie să schimbați condensatorii electrolitici. În același timp, pentru a evalua calitatea acestora, sunt măsurați parametri precum capacitatea și ESR. Pentru a avea ceva cu care să comparați, a fost întocmit un tabel ESR, care indică ESR-ul noilor condensatoare electrolitice de diferite capacități. Acest tabel poate fi folosit pentru a evalua adecvarea unui anumit condensator pentru servicii ulterioare.
ESR - Rezistența în serie echivalentă este unul dintre parametrii condensatorului, care caracterizează pierderile sale active în circuitul de curent alternativ. În echivalent, poate fi reprezentat ca un rezistor conectat în serie cu un condensator, a cărui rezistență este determinată în principal de pierderile dielectrice, precum și de rezistența plăcilor, a conexiunilor de contact interne și a bornelor condensatorului. În abrevierea rusă - Echivalent Series Resistance - EPS.
Pierderile în dielectric, cauzate de particularitățile polarizării sale, constituie cea mai mare parte a pierderilor în condensator și sunt determinate de material, precum și de grosimea stratului dielectric.
Polarizarea este o deplasare limitată a sarcinilor dielectrice legate într-un câmp electric.
Nu este nevoie să luăm în considerare în detaliu procesele tuturor tipurilor de polarizare aici, dar poate fi explicat pe scurt după cum urmează:
Particulele dielectrice cu sarcină, sub influența unui câmp electric alternativ, sunt forțate să efectueze vibrații mecanice involuntare datorită reorientării și deplasării lor (polarizare).
În straturile dielectrice din apropierea plăcilor, sarcinile, fără a-și părăsi legăturile, participă activ la procesul general de reîncărcare a condensatorului. În esență, grosimea dielectricului real este redusă. Ca urmare, capacitatea condensatorului crește semnificativ, dar, datorită inerției și frecării interne a particulelor asociate, procesele sunt însoțite de eliberarea de pierderi de căldură și energie în straturile conductoare ale dielectricului.
Odată cu creșterea frecvenței, pierderile dielectrice cresc proporțional.
Ca urmare, unghiul de fază dintre curent și tensiune nu va fi de 90°, ca într-un condensator ideal, ci ceva mai puțin.
Tangenta unghiului δ
, care alcătuiește această diferență de la 90°, se numește tangentă de pierderi dielectrice.
O schimbare similară are loc în circuit atunci când un condensator și o rezistență sunt conectate în serie. În acest sens, pentru calcule se adoptă conceptul de rezistență echivalentă în serie ESR, în care pierderile dielectrice se însumează cu rezistența activă a plăcilor, conexiunilor și bornelor, reprezentând în esență un rezistor conectat în serie cu un condensator.
Tangenta pierderilor este determinată de relație R/Xc, ca funcție trigonometrică a raportului dintre cele două catete ale triunghiului de rezistență prezentat în figura de mai sus.
În condensatoarele electrolitice, o parte semnificativă a ESR este rezistența electrolitului lichid, care este utilizat ca componentă a uneia dintre plăci pentru a asigura o zonă de contact maximă cu dielectricul.
Dacă rezistența electrolitului într-un condensator este considerată ca un conductor cu o secțiune transversală egală cu aria uneia dintre plăci și o lungime a conductorului aproximativ egală cu grosimea hârtiei impregnate, putem presupune că această valoare va fi relativ mic. În condensatorii reali, este de obicei comparabil cu sutimi de ohm la 20°C.
Dar, trebuie luat în considerare faptul că pentru condensatoarele de mare capacitate utilizate în filtrele redresoarelor SMPS la o frecvență de funcționare de aproximativ 100 kHz, atunci când reactanța sa este măsurată în miimi de ohm, această valoare poate explica pierderile principale, dar va scădea semnificativ pe măsură ce se încălzește.
Mărimea pierderilor dielectrice la astfel de frecvențe în condensatoarele electrolitice ale filtrelor SMPS este de obicei de câteva ori mai mare și numai în cele mai bune cazuri poate fi aproximativ egală sau chiar mai mică decât pierderile în electrolit.
Rezistența electrolitului depinde în mod semnificativ de temperatură datorită modificărilor gradului de vâscozitate și mobilității ionilor.
În timpul funcționării, dielectricul și electrolitul sunt încălzite prin curent alternativ, datorită căruia rezistența electrolitului este redusă semnificativ, atunci ESR-ul condensatorului va fi determinat în principal de pierderile sale dielectrice.
În cazul încălzirii la temperatura de fierbere, electrolitul își pierde proprietățile inițiale și la răcirea ulterioară devine mai vâscos, ceea ce îi crește semnificativ rezistența. Operarea ulterioară va provoca o încălzire și mai mare și o deteriorare a calității electrolitului, ceea ce va duce ulterior la neadecvarea condensatorului pentru funcționarea ulterioară în dispozitiv.
De obicei, condensatoarele electrolitice defecte în care electrolitul a fiert sunt identificate vizual printr-o carcasă umflată și depresurizată.
Pentru funcționarea fiabilă a condensatoarelor electrolitice, alegerea corectă a tipului, nominalului și tensiunii maxime în funcție de moduri este foarte importantă.
Pentru filtrele convertoare care funcționează la frecvențe de zeci sau sute de kiloherți, producătorii produc condensatori speciali cu ESR scăzut și indică impedanța AC (impedanța Z) pentru toate valorile din tabele.
Tipul unor astfel de condensatori este însoțit de un marcaj în documentația tehnică - Impedanță scăzută sau ESR scăzut.
Pentru a analiza starea unui condensator, se folosesc contoare și sonde ESR, care pot fi realizate pe baza diferitelor principii de măsurare și cerințe de eroare. Majoritatea contoarelor și sondelor ESR se bazează pe principiul măsurării impedanței.
Mai multe informații despre metodele de măsurare găsiți pe pagina - Măsurare ESR.
Comentariile și sugestiile sunt acceptate și binevenite!
Cel mai slab punct al oricărui circuit radio sunt condensatorii electrolitici, care sunt supuși uscării constante. Și cu cât curenții trec prin ele mai mari, cu atât acest proces este mai rapid. Este imposibil să determinați un condensator defect cu un ohmmetru obișnuit, așa că aveți nevoie de un dispozitiv special - un contor esr.Circuit electric pentru contorul de condensator esr
Plăci cu circuite imprimate - desen
Într-un circuit tipic, pot exista 10 sau chiar 100 de condensatoare. Deslipirea fiecăruia pentru testare este foarte obositoare și există un risc mare de a deteriora placa. Acest tester folosește tensiune joasă (250 mV) frecvență înaltă (150 kHz) și este capabil să măsoare ESR-ul condensatorilor direct în circuit. Tensiunea este aleasă suficient de scăzută, astfel încât celelalte elemente radio din jur ale circuitului să nu afecteze rezultatele măsurătorii. Și dacă se întâmplă să testați accidental un condensator încărcat, nu contează. Acest contor poate rezista la încărcare de până la 400 V pe condensator. Experiența a arătat că contorul ESR identifică aproximativ 95% dintre condensatori cu potențiale probleme.
Caracteristicile dispozitivului
- Testul condensatorului electrolitic > 1 µF.
- Polaritatea nu este importantă pentru testare.
- Transferă încărcarea condensatorului până la 400V.
- Consum redus de curent de la baterie - aproximativ 25 mA.
- Datele contorului analogic ușor de citit.
- Măsoară ESR în intervalul 0-75 ohmi pe o scară extinsă folosind un ohmmetru.
Cum se utilizează un contor ESR
Porniți dispozitivul. Asigurați-vă că circuitul testat nu este alimentat. Descărcați condensatorul înainte de testare - contorul ESR nu face acest lucru automat. Scurtcircuitați bornele condensatorului și țineți-le acolo timp de câteva secunde. Utilizați un voltmetru pentru a vă asigura că condensatorul este complet descărcat. Voltmetrul ar trebui să arate zero. Atingeți sondele contorului ESR de condensator. Determinați rezistența ESR. Aflam dacă valoarea ESR este acceptabilă comparând ESR măsurat cu datele de referință. Vizualizați acest tabel
