Схема эпс от 0 до 10 ом. Измеритель эквивалентного последовательного сопротивления электролитических конденсаторов. Вариант изготовленной печатной платы прибора

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС или ESR) конденсатора является его важнейшим параметром и в значительной мере определяет его фильтрующие и сглаживающие свойства. Нередко причиной неработоспособности различных устройств является повышенное значение ЭПС примененных в них конденсаторов. Особенно нестабилен этот параметр у оксидных конденсаторов. Он может существенно изменяться в сторону увеличения с течением времени или с изменением температуры. В предлагаемой статье приводится описание еще одного измерителя ЭПС.
Особенность устройства в том, что собрано оно на основе малогабаритного стрелочного мультиметра Sanwa YX-1000A (рис. 1). От него использованы корпус, стрелочный прибор, а также шкала омметра этого прибора, что упрощает изготовление всей конструкции. Интервал измерения составляет от 0 до 100 Ом. Источник питания — гальванический элемент напряжением 1,5 В типоразмера АА, потребляемый ток — 5...7 мА, работоспособность сохраняется при снижении напряжения питания до 1,3 В. Переменное напряжение на щупах составляет 130...150 мВ (в зависимости от напряжения питания), поэтому измеритель позволяет проводить проверку оксидных конденсаторов, не выпаивая их из ремонтируемого устройства.

Схема устройства показана на рис. 2. На трансформаторе Т1 и транзисторах VT1, VT2 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой следования около 116 кГц. Обмотка II обеспечивает положительную обратную связь. Подстроечным резистором R2 можно изменять скважность импульсов, добиваясь их симметричности. Это важно, поскольку скважность влияет на потребляемый устройством ток. С обмотки III прямоугольные импульсы поступают в измерительную цепь, состоящую из щупов ХР1, ХР2, которые подключают к измеряемому конденсатору, и резистора R4, который выполняет функции датчика тока. На транзисторной сборке VT3 собран синхронный выпрямитель, управляющие импульсы на него поступают с коллекторов транзисторов VT1 и VT2, резисторы R5—R7 — токоограничивающие, конденсаторы СЗ, С4 сглаживают выпрямленное напряжение. Благодаря применению синхронного выпрямителя удалось получить высокую чувствительность и малые потери выпрямляемого напряжения, что, в свою очередь, позволило использовать в качестве источника питания один гальванический элемент. К выходу выпрямителя подключен стрелочный прибор РА1, переменный резистор R8 — калибровочный.

При подключении щупов к проверяемому конденсатору напряжение на резисторе R4 зависит от ЭПС конденсатора — чем больше ЭПС, тем меньше напряжение и тем меньшее отклонение стрелки прибора РА1. Если проверяемый конденсатор был заряжен, ток разрядки ограничит резистор R4, а nдиоды VD1 и VD2 защитят транзисторную сборку VT3. Поскольку сопротивление рамки микроамперметра в несколько раз больше введенного сопротивления резистора R8, а намотана она медным проводом, при изменении температуры окружающей среды ток через нее даже при постоянном напряжении изменяется. Поэтому в устройство введен калибровочный резистор R8, с помощью которого при замкнутых щупах стрелку прибора устанавливают на "0" шкалы. Калибровка необходима также по мере разрядки батареи питания. В качестве основы для конструкции измерителя применен стрелочный мультиметр SanwaYX-1000A. Использованы корпус и стрелочный прибор — микроамперметр, который имеет сопротивление рамки 876 Ом, ток максимального отклонения стрелки — 146 мкА, а напряжение на нем при максимальном токе — 130 мВ. Остальные детали смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 3. Она изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Применены постоянные резисторы С2-23, подстроечный — СПЗ-3, переменный — СП4-1, конденсатор С2 — КТ-2 с ТКЕ не хуже М75, поскольку этот конденсатор влияет на стабильность генерируемой частоты, остальные — К10-17. Транзисторы KSA539 можно заменить на транзисторы серии КТ3107 с индексами Б, Г и Е, их желательно подобрать с близкими коэффициентами передачи тока. Транзисторную сборку заменять отдельными транзисторами не рекомендуется, поскольку это потребует их тщательной подборки.
Трансформатор намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе проницаемостью 1000 с внешним диаметром 10, внутренним 6 и толщиной 5 мм. Перед намоткой края сглаживают наждачной бумагой или надфилем. Обмотки I и II наматывают одновременно тремя свитыми вместе обмоточными проводами ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Намотав 50 витков, два провода соединяют в соответствии со схемой — так образуется обмотка I. Обмотку III наматывают проводом ПЭВ-2 диаметром 0,3...0,4 мм и содержит она 5 витков. Фазировка этой обмотки может быть любой и повлияет только на полярность подключения микроамперметра РА1 (полярность на схеме показана условно). Все обмотки надо распределить на магнитопроводе равномерно. В отверстие трансформатора плотно вставлен отрезок трубки из ПХВ, длиной немного больше толщины намотанного трансформатора. Из толстой (1 мм) мягкой пластмассы вырезаны две шайбы диаметром 10... 12 мм, между которыми трансформатор с небольшим усилием крепят на плате с помощью винта МЗ, а гайку фиксируют термоклеем.
С платы мультиметра удалили все детали, после чего она была использована как трафарет для изготовления новой печатной платы. Резистор R8 и выключатель питания SA1 закреплены на боковых стенках корпуса с помощью термоклея (рис. 4). Выключатель применен импортный малогабаритный движковый и установлен в прорезь в корпусе, предназначенную для движка подстроечного резистора установки нуля омметра. Для движка резистора R8 сделано отверстие. Переключатель пределов измерения мультиметра удален, а образовавшееся отверстие заклеено прямоугольной пластиной из тонкого стеклотекстолита. Провода для щупов применены от компьютерного блока питания, к их концам припаяны две длинные булавки с головками, а несколько миллиметров изоляции проводов закреплены на булавках нитками и пропитаны универсальным клеем. Как показала практика, такая конструкция щупов оказалась достаточно удобной.

Налаживание начинают с установки минимального потребляемого тока по цепи питания. Для этого последовательно с элементом питания включают амперметр (щупы ХР1 и ХР2 при этом должны быть разомкнуты) и подстроечным резистором R2 устанавливают минимальный потребляемый ток. Затем при замкнутых щупах переменным резистором R8 устанавливают стрелку прибора на "0" шкалы (крайнее правое положение). Подключая к щупам резисторы с известным сопротивлением (от единиц до десятков ом), проверяют соответствие показаний прибора и сопротивления резисторов. При необходимости подбирают резистор R4. Если показания прибора больше, устанавливают резистор с большим сопротивлением, и наоборот. В связи с тем что использована штатная шкала мультиметра, точность на различных ее участках будет разной, поэтому необходимо выбрать, какое из показаний должно быть наиболее точным. Исходя из этого, к щупам подключают резистор с таким сопротивлением и подборкой резистора R4 устанавливают стрелку прибора на отметку, соответствующую этому сопротивлению. По мнению автора, такое сопротивление может быть 5...6 Ом.
В процессе эксплуатации устройства проявился один эффект, связанный с конструкцией стрелочного прибора. На его защитном стекле скапливается заряд статического электричества, способный остановить стрелку в произвольном месте, сделав тем самым дальнейшую работу устройства практически невозможной. Для устранения этого эффекта была проведена доработка. Если шкала закреплена неровно и имеются выпуклости, ее снимают, распрямляют и плотно приклеивают на свое место минимальным количеством клея. Стрелку аккуратно подгибают так, чтобы она перемещалась на минимальном расстоянии от шкалы и, следовательно, на максимальном от защитного стекла. Полезно также установить ограничители хода стрелки, изготовленные из эмалированного медного провода толщиной 0,2...0,4 мм, которые закрепляют с двух сторон под винты крепления шкалы.
При измерении ЭПС конденсаторов следует соблюдать определенную осторожность, поскольку существует вероятность поражения электрическим током заряженного конденсатора!

А. МУЛЫНДИН, г. Алма-Ата, Казахстан

В настоящее время всё большее число бытовых и промышленных приборов оснащаются импульсными источниками питания, надёжная и долговечная работа которых напрямую связана с качеством применяемых электролитических конденсаторов, главным показателем которых является эквивалентное последовательное сопротивление. Предлагаемое устройство позволит с большой точностью определить значение ЭПС конденсатора, что поможет не только ускорить ремонт радиоаппаратуры, но и выбрать конденсаторы с подходящими параметрами для самодельных конструкций.

Измеритель представляет собой приставку к вольтметру. Измеряемое сопротивление в 0,001 Ом преобразуется на выходе устройства в напряжение 0,1 мВ. Ёмкость проверяемого конденсатора – от 10 мкф, при меньших значениях ёмкости ухудшается точность измерения. Максимальное измеряемое значение ЭПС – 10 Ом. Ниже изображена схема измерителя.

Процессом измерения управляет счётчик-дешифратор DD1. На таймере DA2 собран генератор, номиналы элементов которого R3, R4, C2 рассчитаны таким образом, чтобы на выходах «0»…«9» DD1 формировались импульсы (такты) длительностью около 10 мкс. Полный цикл измерения составляет 100 мкс и изображён на рисунке ниже. (На осциллограмме представлен процесс измерения ЭПС конденсатора ёмкостью в 22 мкф, для наглядности последовательно с ним соединён резистор 1 Ом. Развёртка 10 мкс, 10 мВ, осциллограф С1-73.)

Выводы «9», «0», «1», «2», «3» DD1 объединены через диоды VD3, VD7, VD4, VD8, VD6 по схеме логического «или» и управляют работой ключа VT2…VT4. Ключ необходим для разряда проверяемого конденсатора. На четвёртом такте транзистор VT4 закрывается, и проверяемый конденсатор начинает заряжаться от источника стабильного тока 10 мА, который формирует стабилизатор DA7. Точное значение тока принципиального значения не имеет – его отклонение в пределах +-0,5 от 10 мА будет скомпенсировано при регулировке устройства. В момент отключения ключа происходит скачкообразное увеличение напряжения на конденсаторе (на графике – «ЭПС»), величина которого определяется как Rэпс*Iзар. После скачка, напряжение на конденсаторе плавно растёт, и к концу пятого такта достигает значения Ucap=(Iзар*t)/C+ Rэпс*Iзар, где t- время заряда конденсатора (20 мкс), С – его ёмкость. На пятом такте ключ DA5.2 открывается высоким логическим уровнем, поступаемого с выв. 1 DD1, и напряжение на исследуемом конденсаторе, равное Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C, запоминается на конденсаторе С11. Следующие 3 такта, поступающие с выв. 5,6,9 DD1 через диоды VD10, VD5, VD9 на ключ VT1 отключают источник стабильного тока. В этот момент времени напряжение на проверяемом конденсаторе соответствует значению Ucap=(Iзар*t)/C. Седьмой такт DD1 открывает ключ DA5.1, сохраняя это значение на конденсаторе С10. На ОУ DA4, DA6 собран дифференциальный усилитель. Он вычитает напряжение, сохранённое на конденсаторе С10 из напряжения, сохранённого на конденсаторе С11, выделяя тем самым напряжение, падающее на ЭПС проверяемого конденсатора: (Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C) – (Iзар*t)/C = Rэпс*Iзар. Разность напряжений умножается дифференциальным усилителем на 10, и для значения зарядного тока 10 мА ЭПС проверяемого конденсатора будет определяться Rэпс = (Uэпс/0,01 А)*10, т.е. 0,1 мВ на выходе DA6 будет соответствовать сопротивлению в 0,001 Ом.

Отрицательное напряжение для питания ОУ DA4, DA6 формируют элементы DA1, DA3. Диоды VD11, VD12 ограничивают напряжение холостого хода на щупах, а также защищают измерительные цепи от предварительно заряженных конденсатор. Для компенсации конечного сопротивления проводов измерительных щупов применяется четырёхпроводная схема измерения.

На рисунках ниже приведены чертежи печатной платы («под утюг») и схемы расположения элементов на ней.

Регулировку устройства начинают с установки нулевого напряжения на выходе DA6 (выв.6) подстройкой сопротивления резистора R6 при закороченных измерительных щупах. Далее, к измерительным щупам устройства подключается эталонное сопротивление. Его значение может лежать в пределах от 10ти до 1го ома. Подстройкой резистором R9 необходимо добиться показаний, соответствующих эталонному сопротивлению. Например, вольтметр на пределе 200 мВ для сопротивления в 1 ом должен показывать значение 100,0 мВ. На этом настройка заканчивается. Фото собранного измерителя приведено ниже.

Применяемые ОУ DA4 AD823 и DA6 AD711 недёшевы – но такова плата за точность и стабильность измерений. Тем не менее, их можно заменить на более доступные TL072/082 и TL071/081 соответственно. Разумеется в ущерб точности измерения. Конденсаторы C1, C2, C10…C14 – плёночные

Напряжение при проверке исправных конденсаторах даже небольшой ёмкости и больших значений ЭПС существенно меньше падения напряжения на переходах полупроводников, что позволяет, в большинстве случаев проверять ёмкости не выпаивая их из плат.

Помимо измерения ЭПС конденсаторов устройство можно применять в качестве миллиомметра. В этом случае измеренное значение сопротивления в 0,001 также будет соответствовать напряжению на выходе 0,1 мВ.

P.S. Если добавить к измерителю ЭПС преобразователь напряжения и вольтметр, то в итоге получится автономное и компактное устройство, которое поможет, к примеру, выбрать электролитические конденсаторы непосредственно в магазине.

Эта возможность оказалась особенно актуальной при сравнении конденсаторов, выпаянных из материнских плат и источников питания ATX в сравнении с новыми, приобретёнными в магазине. ЭПС купленных конденсаторов (Jamicon, возможно подделка, но других в продаже не было) часто оказывался хуже проработавших на 10-20%…

Скачать печатную плату в формате Autocad

Прибор для контроля ЭПС

Прибор предназначен для измерения эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС, в зарубежной литературе - ESR) конденсаторов. Он имеет два переключаемых интервала измерения: на первом можно проверять конденсаторы ёмкостью более 1 мкФ (пределы измерения сопротивления приблизительно от 1 до 30 Ом), на втором - более 10 мкФ (от 0,25 до 10 Ом).

Схема прибора показана на рис. 1. На таймере DA1 собран генератор, частоту которого 100 кГц задают резистор R1 и конденсатор С1. С выхода генератора переменное напряжение подаётся на измерительные резисторы R4, R5, подключённые параллельно щупам (контакты ХР1, ХР2).

На микросхеме DA2 и микроамперметре РА1 собран милливольтметр, который измеряет напряжение на параллельно соединённых резисторах R4, R5 (или только R5) и проверяемом конденсаторе. Его чувствительность можно регулировать подбором резистора R8: при уменьшении сопротивления чувствительность увеличивается.

Переменный резистор R9 служит для установки значения "∞" на шкале микроамперметра РА1, включённого в диагональ моста.

Проверяемый конденсатор подключают к щупам, измеренное значение ЭПС считывают со шкалы микроамперметра. Каждый щуп подключён тремя проводами согласно схеме. Длина этих проводов не должна превышать 25 см. Такое подключение позволило получить сопротивление, при замыкании щупов не превышающее 0,15 Ом, что вполне достаточно для проверки любых конденсаторов ёмкостью не менее одной микрофарады.

В устройстве применена измерительная головка М4762 - индикатор уровня записи от магнитофонов старых выпусков - с током полного отклонения 100...150 мкА. Диоды VD1, VD2 защищают милливольтметр при проверке неразряженных конденсаторов.

Напряжение питания подаётся на генератор и милливольтметр через LC-фильтры L1C5 и L2C11 соответственно. Индуктивность дросселей L1, L2 должна быть не менее 50 мкГн.

Конденсатор С2 может быть оксидным на напряжение не менее 6,3 В, в этом случае его плюсовой вывод соединяют с выводом 3 микросхемы DA1.

Прибор собран на двух печатных платах из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита: на одной собран генератор (рис. 2), на второй - милливольтметр (рис. 3). Оксидный конденсатор С12 - К50-16 или импортный, остальные - КМ, постоянные резисторы - МЛТ 0,125, переменный - СП3-16. На плате генератора со стороны печатных проводников запаивают перемычку из изолированного провода, соединяющую выводы 2 и 6 микросхемы DA1. Диоды и резисторы монтируют перпендикулярно платам.

В случае отсутствия микросхемы К548УН1А милливольтметр можно собрать на транзисторах серии КТ315 или подобных с коэффициентом передачи тока не менее 100. Схема такого варианта показана на рис. 4. Чертёж печатной платы из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита для транзисторного милливольтметра показан на рис. 5.

Конструктивно измеритель собран в корпусе стандартной телефонной розетки. На рис. 6 показано расположение плат и элементов. Резисторы R4, R5 припаивают к контактам выключателя SA1, а конденсатор С10 - к выводам микроамперметра. Имеющиеся розетки RJ11 могут быть использованы для подведения напряжения питания, а также для подключения внешнего микроамперметра с током полного отклонения не более 50 мкА или цифрового мультиметра.

Питается прибор напряжением 5 В от маломощного стабилизированного блока питания, например, зарядного устройства для сотового телефона, потребляемый ток не превышает 8 мА.

В налаживании прибор с микросхемным милливольтметром не нуждается. В транзисторном варианте следует убедиться, что напряжение на коллекторе транзистора VT2 находится в пределах 2...2,5 В. При необходимости это напряжение устанавливают подбором резистора R5 - уменьшение сопротивления резистора приводит к увеличению напряжения на коллекторе транзистора, и наоборот.

Градуируют прибор подключением вместо проверяемого конденсатора резисторов сопротивлением от 1 до 30 Ом, когда выключатель SA1 разомкнут. Когда же он замкнут, сопротивление градуировочных резисторов выбирают в интервале от 0,25 до 10 Ом.

Дата публикации: 17.07.2014

Мнения читателей

• indman / 13.08.2016 - 19:44
  0,15Ом слишком много.

Мы уже привыкли к основным параметрам конденсатора: ёмкости и рабочему напряжению. Но в последнее время не менее важным параметром стало его эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Что же это такое и на что оно влияет?

Так как ЭПС наиболее сильно влияет на работу электролитических конденсаторов, то в дальнейшем речь пойдёт именно о них. Сейчас мы разберём электролитический конденсатор по косточкам и узнаем, какие же тайны он скрывает.

Любой электронный компонент не идеален. Это относится и к конденсатору. Совокупность его свойств показывает условная схема.

Как видим, реальный конденсатор состоит из ёмкости C , которую мы привыкли видеть на схемах в виде двух вертикальных полос. Далее резистор R s , который символизирует активное сопротивление проволочных выводов и контактного сопротивления вывод - обкладка. На фото видно, как проволочные выводы крепятся к обкладкам методом заклёпочного соединения.

Так как любой, даже очень хороший диэлектрик имеет определённое сопротивление (до сотен мегаом), то параллельно обкладкам изображается резистор Rp . Именно через этот «виртуальный» резистор течёт так называемый ток утечки. Естественно, никаких резисторов внутри конденсатора нет. Это лишь для наглядности и удобного представления.

Из-за того, что обкладки у электролитического конденсатора скручиваются и устанавливаются в алюминиевый корпус, образуется индуктивность L .

Свои свойства эта индуктивность проявляет лишь на частотах выше резонансной частоты конденсатора. Приблизительное значение этой индуктивности - десятки наногенри.

Итак, из всего этого выделим то, что входит в ЭПС электролитического конденсатора:

Сопротивление, которое вызвано потерями в диэлектрике из-за его неоднородности, примесей и наличия влаги;

Омическое сопротивление проволочных выводов и обкладок. Активное сопротивление проводов;

Контактное сопротивление между обкладками и выводами;

Сюда же можно включить и сопротивление электролита, которое увеличивается из-за испарения растворителя электролита и изменения его химического состава вследствие взаимодействия его с металлическими обкладками.

Все эти факторы суммируются и образуют сопротивление конденсатора, которое и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением - сокращённо ЭПС, а на зарубежный манер ESR (E quivalent S erial R esistance).

Как известно, электролитический конденсатор в силу своего устройства может работать только в цепях постоянного и пульсирующего тока из-за своей полярности. Собственно, его и применяют в блоках питания для фильтрации пульсаций после выпрямителя. Запомним эту особенность конденсатора - пропускать импульсы тока.

А если ESR - это, по сути, сопротивление, то на нём при протекании импульсов тока будет выделятся тепло. Вспомните о мощности резистора . Таким образом, чем больше ЭПС - тем сильнее будет греться конденсатор.

Нагрев электролитического конденсатора - это очень плохо. Из-за нагрева электролит начинает закипать и испаряться, конденсатор вздувается. Наверное, уже замечали на электролитических конденсаторах защитную насечку на верхней части корпуса.

При длительной работе конденсатора и повышенной температуре внутри его электролит начинает испаряться, и давить на эту насечку. Со временем давление внутри возрастает настолько, что насечка разрывается, высвобождая газ наружу.

"Хлопнувший" конденсатор на плате блока питания (причина - превышение допустимого напряжения)

Также защитная насечка предотвращает (или ослабляет) взрыв конденсатора при превышении допустимого напряжения или изменении его полярности.

На практике бывает и наоборот - давление выталкивает изолятор со стороны выводов. Далее на фото показан конденсатор, который высох. Ёмкость его снизилась до 106 мкФ, а ESR при измерении составило 2,8Ω, тогда как нормальное значение ESR для нового конденсатора с такой же ёмкостью лежит в пределах 0,08 - 0,1Ω.

Электролитические конденсаторы выпускают на разную рабочую температуру. У алюминиевых электролитических конденсаторов нижняя граница температуры начинается с - 60 0 С, а верхняя ограничена +155 0 С. Но в большинстве своём такие конденсаторы рассчитаны на работу в температурном диапазоне от -25 0 С до 85 0 С и от -25 0 С до 105 0 С. На этикетке иногда указывается только верхний температурный предел: +85 0 С или +105 0 С.

Наличие ЭПС в реальном электролитическом конденсаторе влияет на его работу в высокочастотных схемах. И если для обычных конденсаторов это влияние не столь выражено, то вот для электролитических конденсаторов оно играет весьма важную роль. Особенно это касается их работы в цепях с высоким уровнем пульсаций, когда протекает существенный ток и за счёт ESR выделяется тепло.

Взгляните на фото.

Вздувшиеся электролитические конденсаторы (причина - длительная работа при повышенной температуре)

Это материнская плата персонального компьютера, который перестал включаться. Как видим, на печатной плате рядом с радиатором процессора расположено четыре вздувшихся электролитических конденсатора. Длительная работа при повышенной температуре (внешний нагрев от радиатора) и приличный срок эксплуатации привёл к тому, что конденсаторы «хлопнули». Виной тому - нагрев и ESR. Плохое охлаждение отрицательно сказывается не только на работе процессоров и микросхем, но, как оказывается, и на электролитических конденсаторах!

Снижение температуры окружающей среды на 10 0 C продлевает срок службы электролитического конденсатора почти вдвое.

Аналогичная картина наблюдается в отказавших блоках питания ПК - электролитические конденсаторы также вздуваются, что приводит к просадке и пульсациям напряжения питания.

Неисправные конденсаторы в БП ПК ATX (причина - низкое качество конденсаторов)

Нередко из-за длительной работы импульсные блоки питания точек доступа, роутеров Wi-Fi, всевозможных модемов также выходят из строя по причине «хлопнувших» или потерявших ёмкость конденсаторов. Не будем забывать, что при нагреве электролит высыхает, а это приводит к снижению ёмкости. Пример из практики я описывал .

Из всего сказанного следует, что электролитические конденсаторы, работающие в высокочастотных импульсных схемах (блоки питания, инверторы, преобразователи, импульсные стабилизаторы) работают в довольно экстремальных условиях и выходят из строя чаще. Зная это производители выпускают специальные серии с низким ESR. На таких конденсаторах, как правило, присутствует надпись Low ESR , что означает "низкое ЭПС".

Известно, что конденсатор обладает ёмкостным или реактивным сопротивлением, которое снижается с ростом частоты переменного тока.

Таким образом, с ростом частоты переменного тока, реактивное сопротивление конденсатора будет падать, но только до тех пор, пока оно не приблизится к величине эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Его то и необходимо измерить. Поэтому многие приборы - измерители ESR (ESR-метры) измеряют ЭПС на частотах в несколько десятков - сотен килогерц. Это необходимо для того, чтобы «убрать» величину реактивного сопротивления из результатов измерения.

Стоит отметить, что на величину ESR конденсатора влияет не только частота пульсаций тока, но и напряжение на обкладках, температура окружающей среды, качество изготовления. Поэтому однозначно сказать, что ESR конденсатора, например, равно 3 омам, нельзя. На разной рабочей частоте величина ESR будет разной.

ESR-метр

При проверке конденсаторов , особенно электролитических, стоит обращать внимание на величину ESR. Для тестирования конденсаторов и измерения ESR существует немало серийно выпускаемых приборов. На фото универсальный тестер радиокомпонентов (LCR-T4 Tester) функционал которого поддерживает замер ESR конденсаторов.

В радиотехнических журналах можно встретить описания самодельных приборов и приставок к мультиметрам для измерения ESR. В продаже можно найти и узкоспециализированные ESR-метры, которые способны измерять ёмкость и ЭПС без выпайки их из платы, а также разряжать их перед этим с целью защиты прибора от повреждения высоким остаточным напряжением конденсатора. К таким приборам относятся, например, такие как ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.

При ремонте электроники приходится часто менять электролитические конденсаторы. При этом для оценки их качества измеряются такие параметры, как ёмкость и ESR. Чтобы было с чем сравнивать, была составлена таблица ESR , в которой указано ЭПС новых электролитических конденсаторов разных ёмкостей. Данную таблицу можно использовать для оценки пригодности того или иного конденсатора для дальнейшей службы.

Не ослабевает интерес наших читателей и авторов к разработке и изготовлению устройств измерения ЭПС (ESR) оксидных конденсаторов. Предлагаемая ниже приставка к мультиметрам серии 83х продолжает эту тему. Мультиметры, далее приборы, серии 83х - очень популярны среди радиолюбителей из-за доступной цены и приемлемой точности измерений.

На страницах журнала "Радио" неоднократно публиковались статьи по расширению возможностей этих приборов, например, . При разработке предлагаемой приставки, так же как и в , была поставлена задача не применять дополнительный источник питания. Схема приставки показана на рис. 1 .

Рис.1

В приборах, построенных на микросхемах АЦП ICL71x6 или их аналогах, есть внутренний стабилизированный источник напряжения 3 В с максимальным током нагрузки 3 мА . С выхода этого источника подано напряжение питания на приставку через разъём "СОМ" (общий провод) и внешнее гнездо "NPNc", которое входит в состав восьмиконтактной розетки для подключения маломощных транзисторов в режиме измерения статического коэффициента передачи тока. Метод измерения ЭПС аналогичен применённому в цифровом измерителе, который описан в статье . По сравнению с этим устройством предлагаемая приставка существенно отличается простотой схемы, малым числом элементов и их низкой ценой.

Основные технические характеристики
Интервал измерения ЭПС, Ом:
при разомкнутых контактах выключателя SA1 0,1... 199,9
при его замкнутых контактах (положение "х0,1") 0,01...19,99
Ёмкость проверяемых конденсаторов, не менее, мкФ 20
Ток потребления, мА 1,5

При работе с приставкой переключатель рода работ прибора устанавливают в положение измерения напряжения постоянного тока с пределом "200 мВ". Внешние вилки приставки "СОМ", "VΩmA", "NPNc" стыкуются с соответствующими гнёздами прибора. Временная диаграмма показана на рис. 2 . Генератор, собранный на логическом элементе DD1.1 - триггере Шмитта, диоде VD1, конденсаторе С1 и резисторах R1, R2, вырабатывает последовательность положительных импульсов длительностью t r = 4 мкс с паузой 150 мкс и стабильной амплитудой около 3 В (рис. 2, а ). Эти импульсы можно наблюдать осциллографом относительно общего провода гнезда "СОМ". Во время каждого импульса через проверяемый конденсатор, подключённый к гнёздам "Сх" приставки, протекает заданный резисторами R4, R5 стабильный ток, который равен 1 мА при разомкнутых контактах выключателя SA1 или 10 мА при его замкнутых контактах (положение "х0,1").

Рассмотрим работу узлов и элементов приставки с подключённым проверяемым конденсатором с момента появления очередного импульса длительностью t r на выходе элемента DD1.1. От инвертированного элементом DD1.2 импульса низкого уровня длительностью t r транзистор VT1 закрывается на 4 мкс. После зарядки ёмкости сток-исток закрытого транзистора VT1 напряжение на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть практически только от тока протекающего через его ЭПС. На логическом элементе DD1.3, резисторе R3 и конденсаторе С2 собран узел задержки фронта импульса генератора на 2 мкс. За время задержки t 3 ёмкость сток-исток закрытого транзистора VT1, шунтирующая испытуемый конденсатор, успевает зарядиться и практически не влияет на точность следующего после t 3 процесса измерения (рис. 2,б ). Из задержанного на 2 мкс и укороченного по длительности до 2 мкс импульса генератора на выходе инвертора DD1.4 формируется измepиteльный импульс длительностью t изм = 2 мкс (рис. 2,в) высокого уровня. От него открывается транзистор VT2, а запоминающий конденсатор СЗ начинает заряжаться от падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора через резисторы R6, R7 и открытый транзистор VT2. По окончании измерительного импульса и импульса с выхода генератора от высокого уровня на выходе элемента DD1.2 транзистор VT1 открывается, a VT2 от низкого уровня на выходе элемента DD1.4 закрывается. Описанный процесс повторяется каждые 150 мкс, что приводит к зарядке конденсатора СЗ до падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора после нескольких десятков периодов. На индикаторе прибора отображается значение эквивалентного последовательного сопротивления в омах. При положении выключателя SA1 "х0,1" показания индикатора нужно умножить на 0,1. Открытый между импульсами генератора транзистор VT1 устраняет рост напряжения (заряд) на ёмкостной составляющей проверяемого конденсатора до значений ниже минимальной чувствительности прибора, равной 0,1 мВ. Наличие входной ёмкости транзистора VT2 приводит к смещению нуля прибора. Для устранения её влияния применены резисторы R6 и R7. Подбором этих резисторов добиваются отсутствия напряжения на конденсаторе СЗ при замкнутых гнёздах "Сх" (установка нуля).

О погрешностях измерений. Во-первых, имеет место систематическая погрешность, достигающая примерно 6 % для сопротивлений, близких к максимуму в каждом интервале. Она связана с уменьшением тока тестирования, но не так важна - конденсаторы с такими ЭПС подлежат браковке. Во-вторых, существует погрешность измерения, зависящая от ёмкости конденсатора.
Объясняется это ростом напряжения во время импульса с генератора на ёмкостной составляющей конденсаторов: чем меньше ёмкость, тем быстрее её зарядка. Эту погрешность нетрудно рассчитать, зная ёмкость, ток и время зарядки: U = М/С. Так, для конденсаторов ёмкостью более 20 мкФ она не влияет на результат измерений, а вот для 2 мкФ измеренное значение будет больше реального примерно на 1,5 Ома (соответственно, 1 мкФ - 3 Ома, 10 мкФ - 0,3 Ома и т. п.).

Чертё ж печатной платы показан на рис. 3 . Три отверстия под штыри следует просверлить так, чтобы последние входили в них с небольшим усилием.

Это облегчит процесс их пайки к контактным площадкам. Штырь "NPNc" - позолоченный от подходящего разьёма, подойдёт и кусок лужёного медного провода. Отверстие под него сверлят в подходящем месте после установки штырей "СОМ" и "VΩmA". Последние - от вышедших из строя измерительных щупов. Конденсатор СЗ желательно применить из группы ТКЕ не хуже Н10 (X7R). Транзистор IRLML6346 (VT1) можно заменить на IRLML6246, IRLML2502, IRLML6344 (в порядке ухудшения). Критерии замены - сопротивление открытого канала не более 0,06 Ом при напряжении затвор-исток 2,5 В, ёмкость сток-исток - не более 300...400 пФ. Но если ограничиться только интервалом 0,01...19,00 Ом (выключатель SA1 в этом случае заменяют перемычкой, резистор R5 удаляют), то максимальная ёмкость сток-исток может достигать 3000 пФ. Транзистор 2N7000 (VT2) заменим на 2N7002, 2N7002L, BS170C пороговым напряжением не более 2...2,2 В. Перед монтажом транзисторов следует проверить соответствие расположения выводов проводникам печатной платы. Гнёзда XS1, XS2 в экземпляре автора - клеммник винтовой 306-021-12.

Перед налаживанием приставку следует подключить не к мультиметру, чтобы не вывести его из строя, а к автономному источнику питания напряжением 3 В, например, к двум последовательно соединённым гальваническим элементам. Плюс этого источника временно подключают к штырю "NPNc" приставки (не подключая этот штырь к мультиметру), а минус - к её общему проводу. Измеряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, после чего автономный источник отключают. Гнёзда "Сх" временно замыкают коротким отрезком медного провода диаметром не менее 1 мм. Штыри приставки вставляют в одноимённые гнёзда прибора. Подбором резисторов R6 и R7 устанавливают нулевые показания прибора при обоих положениях выключателя SA1. Для удобства эти резисторы можно заменить одним подстроечным, а после настройки нуля впаивают резисторы R6 и R7 с суммарным сопротивлением, равным подстроечному.

Удаляют отрезок провода, замыкающий гнёзда "Сх". К ним подключают резистор 1...2 0м при замкнутом положении SA1, затем - 10...20 Ом при разомкнутом. Сверяют показания прибора с сопротивлениями резисторов. В случае необходимости подбирают R4 и R5, добиваясь желаемой точности измерения. Внешний вид приставки показан на фото рис. 4 .
Приставку можно использовать как омметр малых сопротивлений Также ею можно измерять внутреннее сопротивление малогабаритных гальванических или аккумуляторных элементов и батарей через последовательно соединённый конденсатор ёмкостью не менее 1000 мкФ, соблюдая полярность его подключения. Из полученного результата измерения необходимо вычесть ЭПС конденсатора, который должен быть измерен заранее.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов. - Радио, 1999, №8,с.42,43.
2. Чуднов В. Приставка к мультиметру для измерения температуры. - Радио, 2003, № 1, с. 34.
3. Подушкин И. Генератор + одновибратор = три приставки к мультиметру. - Радио, 2010, № 7, с. 46, 47; № 8, с. 50-52.
4. Даташит ICL7136 http://radio-hobby.org/modules/datasheets/2232-icl7136
5. Бирюков С. Цифровой измеритель ESR. - Схемотехника, 2006, № 3, с. 30-32; №4, с. 36,37.

АРХИВ: Скачать с сервера

Раздел: [Измерительная техника]
Сохрани статью в: