Конденсаторний esr-вимірювач за допомогою осцилографа

Конденсатори здаються нормальними, поки ви не дійдете до точки, коли джерело живлення вийде з ладу або відмовиться працювати оптимально. І якщо проблема полягає в шумі, є просте виправлення, ви просто додаєте більше конденсаторів. Але це не вирішує. Що може бути не так?

Проблема виникає внаслідок наївного припущення, що конденсатори (значною мірою) є "ідеальними" пристроями, хоча насправді вони не є. Ці небажані ефекти зумовлені чимось, що називається внутрішнім опором або еквівалентним серійним опором (ESR). Конденсатори мають кінцевий внутрішній опір завдяки матеріалам, що використовуються в їх конструкції. Ми детально пояснили ESR та ESL у конденсаторах у попередній статті.

Різні типи конденсаторів мають різний діапазон ESR. Наприклад, електролітичні конденсатори в цілому мають вищі коефіцієнти ESR, ніж керамічні конденсатори. Для багатьох застосувань стає важливим вимірювати внутрішній опір конденсаторів. І сьогодні в цій статті ми будемо будувати ESR метр і дізнатися, як виміряти ESR конденсатора з використанням таймера 555 IC і транзисторів.

Вимірювання ШОЕ конденсатора

З самого початку Вимірювання ШОЕ може здатися простим завданням.

Опір можна легко визначити, застосовуючи постійний струм і вимірюючи падіння напруги на випробовуваному пристрої.

Що робити, якщо ми подаємо на конденсатор постійний струм? Напруга піднімається лінійно і осідає при значенні, яке визначається напругою живлення, що (для наших цілей) марно.

На цей час настав час повернутися до чогось, про що ми дізналися в школі - " Конденсатори блокують постійний струм і передають змінний струм"

Зробивши кілька спрощених висновків, ми розуміємо, що конденсатори в основному являють собою коротке замикання на високих частотах, а ємнісна частина `` замикається '' на ланцюг, і вся напруга падає на внутрішній опір.

Перевага цього методу полягає в тому, що нам навіть не потрібно знати струм, якщо ми знаємо внутрішній опір використовуваного джерела сигналу, оскільки зараз ESR і внутрішній опір (джерела) утворюють дільник напруги, відношення опір - це відношення падінь напруги, і, знаючи три, ми можемо легко визначити інший.

Осцилограф використовується для вимірювання сигналів на вході та на конденсаторі.

Список деталей

Для осцилятора:

1. Таймер 555 - і CMOS, і біполярний будуть працювати нормально, але CMOS рекомендується для високих частот

2. Потенціометр 100K - використовується для налаштування частоти

3. Конденсатор 1нФ - синхронізація

4. Керамічний конденсатор 10 мкФ - роз'єднання

Етап живлення:

1. BC548 NPN біполярний транзистор

2. BC558 PNP біполярний транзистор

Коротке зауваження щодо вибору транзисторів - будь-який малий сигнальний транзистор з великим коефіцієнтом підсилення (300 і вище) і дещо великим струмом (50 мА +) буде працювати нормально.

3. Базовий резистор 560 Ом

4. Вихідний резистор 47 Ом - це може бути від 10 Ом до 100 Ом.

Кругова діаграма

Нижче наведена принципова схема цієї схеми конденсатора ESR -

Цей ланцюг вимірювача ESR можна розділити на дві секції, таймер 555 і вихідний каскад.

1. Осцилятор 555:

Схема 555 - це звичайний нестабільний мультивібратор, який видає квадратну хвилю з частотою в кілька сотень кілогерц. На цій частоті майже всі конденсатори діють як короткі. Бак 100K дозволяє регулювати частоту, щоб отримати мінімально можливу напругу на ковпачку.

2. Етап живлення:

Це вирішення іншої проблеми. Ми могли б безпосередньо підключити конденсатор до виходу таймера 555, але тоді нам потрібно було б точно знати вихідний опір.

Для усунення цього використовується двотактний вихідний каскад із послідовним резистором. Резистор забезпечує вихідний опір.

Ось як виглядає повне обладнання цієї схеми вимірювача ESR:

Розрахунок ESR конденсатора

З рівняння дільника напруги виводимо таку формулу:

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

Де ESR - внутрішній опір конденсатора, V _CAP - сигнал на конденсаторі (виміряний у вузлі CAP +), R _OUTPUT - вихідний опір каскаду потужності (тут 47 Ом), а V _OUTPUT - напруга вихідного сигналу як вимірюється в точці А в ланцюзі.

Під час використання цієї схеми рекомендується встановити датчик дальності на 1X, щоб збільшити чутливість і зменшити пропускну здатність, щоб позбутися деяких шумів, щоб зробити точне вимірювання.

Спочатку напруга від піку до піку вимірюється в точці А, випереджаючи імпеданс і відзначаючи. Потім приєднується конденсатор. Збільшуйте, поки не побачите квадратну хвилю. Обертайте горщик, доки форма сигналу не стане меншою.

Залежно від типу конденсатора, від пікової до пікової напруги результуючої форми сигналу має бути близько декількох десятків або сотень мілівольт.

Приклад: Вимірювання ESR для електролітичного конденсатора 100 мкФ

Ось вихідна форма сигналу вихідного каскаду потужності:

І ось напруга на конденсаторі. Зверніть увагу на всі шуми, накладені на сигнал - будьте обережні з вимірюванням.

Підключаючи значення до формули, ми отримуємо коефіцієнт ESR 198 мОм.

ESR конденсатора є важливим параметром при проектуванні ланцюгів живлення, і тут ми створили простий вимірювальний пристрій ESR на базі таймера 555.