Собственно, как я уже когда-то очень давно обещал, расскажу про простейший измеритель ESR. В дальнейшем буду писать не ESR, а ЭПС(эквивалентное последовательное сопротивление), поскольку лень переключать раскладку. И так, кратко, что же такое ЭПС.
ЭПС можно представить в виде резистора, включенного последовательно с кондесатором.
На данной картинке - R. Собственно, у исправного конденсатора этот показатель измеряется долями Ома, для конденсаторов малой емкости (до 100мкф) может достигать 2-3 Ом. Более подробно значения ЭПС для исправных конденсаторов можно найти в справочных данных производителей. Со временем, из-за испарения электролита, это сопротивление увеличивается, что приводит к повышению мощности потерь. Как результат конденсатор сильнее нагревается, что еще сильнее ускоряет процесс испарения электролита и приводит к потере емкости.
На практике ремонта точное измерение ЭПС не нужно. Достаточно считать любой конденсатор с ЭПС выше 1-2 Ом неисправным. Можно считать это спорным утверждением, в интернете достаточно легко найти целые таблицы с значениями ЭПС для конденсаторов различной емкости. Однако я убеждался неоднократно, что приблизительной оценки вполне достаточно. Не говоря уже о том, что результаты измерения ЭПС одних и тех же конденсаторов(новых), одного и того же производителя сильно разнятся в зависимости от партии, времени года и фазы луны.
Я использую простой измеритель на копеечной микросхеме. Разработал его Manfred Mornhinweg . 
Конструкция довольно простая, но привлекательна своей нетребовательностью к трансформатору. Из недостатков - шкала получается «широкая», в моем случае 0-20ом. Соответственно, нужна большая измерительная головка, т.н. «магнитофонные» (из индикаторов уровня магнитофонов), не подойдут - будет неудобно работать.
В качестве трансформатора автор намотал две обмотки 400 и 20 витков на ферритном кольце 19х16х5мм 2000НМ. Однако можно поступить значительно проще - использовать трансформатор дежурки из любого ATX блока питания. Достаточно заменить R8 на подстроечный многооборотный резистор 3296W сопротивлением 51к. При помощи этого резистора можно будет увеличить коэффициент усиления измерительного усилителя и компенсировать недостаточный коэффициент трансформации. LM7805 необходимо заменить на LM1117-5, это снизит потребляемый ток, плюс нижний порог напряжения питания опустится примерно до 6.5В. Стабилизатор обязателен, иначе шкала будет плавать в зависимости от напряжения питания. Для питания я использовал обычную «Крону». Саму микросхему обязательно поставьте в панельку!
Настройка прибора сводится к установке «нуля» и калибровке шкалы. Для калибровки шкалы используются низкоомные резисторы с допусками 0.5% и сопротивлениями от 0 до 2-5 Ом. Калибровка производится следующим образом - снимаем защитное стекло с индикаторной головки. Включаем прибор и измеряем сопротивление эталонных резисторов. Смотрим, куда отклоняется стрелка и ставим в этом месте на шкале метку с соответствующим сопротивлением. Так размечаем шкалу.
Измеряемые низковольтные конденсаторы(до 50-80 вольт без проблем) разряжаются резисторами R5, R6 и первичной обмоткой трансформатора. «Сетевые» емкости(те, которые после диодного моста в импульсных БП) я предварительно разряжаю приспособой, сделанной из резистора 510 Ом/1Вт, иглы от шприца, крокодила и корпуса гелевой ручки. В теории цепочка R5-R6 должна разрядить и такие емкости, но на практике, выбивает TL062:) Именно поэтому ее надо ставить в панельку -чтобы быстро заменить. Но надежнее - предварительно разрядить «сетевую» емкость.
В целом - очень удачный прибор - дешев, прост, не требователен к трансформатору.
ESR метр своими руками . Есть широкий перечень поломок аппаратуры, причиной которых как раз является электролитический . Главный фактор неисправности электролитических конденсаторов, это знакомое всем радиолюбителям «высыхание», которое возникает по причине плохой герметизации корпуса. В данном случае увеличивается его емкостное или, иначе говоря, реактивное сопротивление в следствии уменьшения его номинальной емкости.
Помимо этого, в ходе работы в нем проходят электрохимические реакции, которые разъедают точки соединения выводов с обкладками. Контакт ухудшается, в итоге образуется «контактное сопротивление», доходящее иногда до нескольких десятков Ом. Это точно также, если к исправному конденсатору последовательно подключить резистор, и к тому же этот резистор размещен внутри него. Такое сопротивление еще именуют «эквивалентное последовательное сопротивление» или же ESR.
Существование последовательного сопротивления отрицательно влияет на работу электронных устройств, искажая работу конденсаторов в схеме. Чрезвычайно сильное влияние оказывает повышенное ESR (порядка 3…5 Ом) на работоспособность , приводя к сгоранию дорогих микросхем и транзисторов.
Ниже в таблице приведены средние величины ESR (в миллиоммах) для новых конденсаторов различной емкости в зависимости от напряжения, на которое они рассчитаны.
Не секрет, что реактивное сопротивление уменьшается с повышением частоты. К примеру, при частоте 100кГц и емкости 10мкФ емкостная составляющая будет не более 0,2 Ом. Замеряя падение переменного напряжения имеющего частоту 100 кГц и выше, можно полагать, что при погрешности в районе 10…20% итогом замера будет активное сопротивление конденсатора. Поэтому совсем не сложно собрать .
Генератор импульсов, имеющий частоту 120кГц, собран на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Частота генератора определяется RC-цепью на элементах R1 и C1.
Для согласования введен элемент DD1.3. Для увеличения мощности импульсов с генератора в схему введены элементы DD1.4…DD1.6. Далее сигнал проходит через делитель напряжения на резисторах R2 и R3 и поступает на исследуемый конденсатор Сх. Блок измерения переменного напряжения содержит диоды VD1 и VD2 и мультиметр, в качестве измерителя напряжения, к примеру, М838. Мультиметр необходимо перевести в режим измерения постоянного напряжения. Подстройку ESR метра осуществляют путем изменения величины R2.
Микросхему DD1 — К561ЛН2 можно поменять на К1561ЛН2. Диоды VD1 и VD2 германиевые, возможно использовать Д9, ГД507, Д18.
Радиодетали ESR метра расположены на , которую можно изготовить своими руками. Конструктивно устройство выполнено в одном корпусе с элементом питания. Щуп Х1 выполнен в виде шила и прикреплен к корпусу устройства, щуп X2 – провод не более 10 см в длину на конце которого игла. Проверка конденсаторов возможна прямо на плате, выпаивать их не обязательно, что существенно облегчает поиск неисправного конденсатора во время ремонта.
1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 и 80 Ом.
К щупам X1 и X2 необходимо подсоединить резистор в 1 Ом и вращением R2 добиться, чтобы на мультиметре было 1мВ. Затем вместо 1 Ом подключить следующий резистор (5 Ом) и не изменяя R2 записать показание мультиметра. То же самое проделать и с оставшимися сопротивлениями. В результате этого получится таблица значений, по которой можно будет определять реактивное сопротивление.
Не смотря на то, что большинство современных мультиметров оснащены функцией измерения , в том числе и электролитических, однако возможность замерить ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) на самом деле является большой редкостью.
В данной конструкции генератор собран на одном логическом элементе (DD1.1) микросхемы 74HC14N (инвертирующий Шмитта) и RC-цепи R1 и С1, которая определяет частоту работы генератора. В данном случае это около 100 кГц. Сигнал с генератора усиливается оставшимися пятью элементами микросхемы DD1 до амплитуды в районе 250мВ, который потом поступает на исследуемый Cx.
Исследуемый конденсатор подключается к контактам X1 и X2 ESR измерителя. Для защиты тестера от заряда, имеющегося в конденсаторе Cx, предусмотрена линия защиты состоящая из С4, R8, VD1 и VD2 (). Измеряемый сигнал после прохождения через конденсатор Cx усиливается T1 (), далее выпрямляется четырьмя D3-D6 (), а затем отфильтровывается конденсатором С6.
К выводам X3 и X4 через R14 подключается микроамперметр со шкалой полного отклонения около 50мкA. Значение, отображаемое на индикаторе в основном пропорционально значению ESR конденсатора. Конечно, необходимо путем калибровки связать значение ESR и емкость нового конденсатора, чтобы можно было обнаружить несоответствие с неисправным конденсатором.
Правильно собранный и проверенный на ошибки ESR-метр должен заработать при первом же включении. В качестве источника питания можно порекомендовать блок питания на . После подачи питания прибор должен сразу показать величину ESR. Для получения более точных значений можно вместо постоянного резистора R14 подключить на 25 кОм.
Настройка выполняется просто — вместо исследуемого конденсатора необходимо по очереди подключать резисторы с малым сопротивлением. Разметка шкалы должна быть примерно такой: при подключении резистора 1 Ом отклонение стрелки должно быть более 90%, при сопротивлении резистора 10 Ом отклонение в районе 40% и при 47 Ом только 10%.
К сведению, реальное сопротивление (ESR) рабочего электролитического конденсатора не должно превышать 10 Ом.
Как проверить конденсатор. Теоретические сведения о конденсаторах |
В основном по конструктивному исполнению конденсаторы бывают двух типов: полярные и неполярные. К полярным относятся электролитические конденсаторы, к неполярным можно отнести все остальные. Полярные конденсаторы получили свое название от того, что используя их в различных самоделках необходимо соблюдать полярность, если ее случайно нарушить, то конденсатор скорей всего придется выкинуть. Так как взрыв емкости, не только красив своими эффектами, но и очень опасен.
Но сразу-то не пугайтесь взрываются только конденсаторы советского типа, но их уже тяжело найти, а импортный лишь чуть "пукнет". Для проверки конденсатора придется вспомнить , а именно: то что, конденсатор пропускает только переменный ток, постоянный ток он пропускает только в самом начале на несколько микросекунд (это время зависит от его емкости), а потом - не пропускает. Для того, чтобы проверить конденсатор с помощью мультиметра, нужно помнить, что его емкость должна быть от 0.25 мкФ.
Как проверить конденсатор. Практическе эксперименты и опыты |
Берем мультиметр и ставим его на прозвонку или на измерение сопротивления, а щупы соединяем с выводами конденсатора.
Т.к с мультиметра поступает постоянный ток мы будем заряжать конденсатор. А т.к мы его заряжаем, его сопротивление начинает возрастать, пока не будет очень большим. Если же у нас при соединение щупов с конденсатором, мультиметр начинает пищать и показывать нулевое сопротивление, то значит выкидываем его. А если у нас сразу же показывается единичка на мультиметре, значит внутри конденсатора произошел обрыв и его тоже следует выкинуть
PS: Большие емкости таким способом вы не сможете проверить :(
В современных схемах роль конденсаторов заметно возросла, т.к увеличились и мощности и частоты работы устройств. И поэтому очень важно проверять этот параметр у всех электролитов перед сборкой схемы или во время диагностирования неисправности.
Equivalent Series Resistance - эквивалентное последовательное сопротивление это сумма последовательно соединенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками электролитического конденсатора.
Измеритель ESR на базе стрелочного мультиметра Sunwa YX-1000A
Схема работает по принципу тестирования конденсатора переменным током заданной величины. Тогда падение напряжения на конденсаторе прямо пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Такой прибор определит не только на увеличенное внутреннее сопротивление, но и потерю емкости. Схема состоит из трех основных частей генератора прямоугольных импульсов, преобразователя и индикации
Генератор прямоугольных импульсов собран на цифровой микросхеме, состоящей из шести логических элементов НЕ. Роль преобразователя переменного напряжения в постоянное выполняет DA2, а индикация на микросхеме DA3 и 10 светодиодах.
Шкала измерителя ESR нелинейная. Для возможности расширения диапазона измерений имеется переключатель диапазонов. выполненный в программе Sprint Layout также имеется.
Оксидный электролит можно упрощенно представить в виде двух алюминиевых ленточных обкладок, разделенных прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом - электролитом. Диэлектриком в таких элементах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют достаточно большую емкость.
Основу этой схемы составляют восемь операционных усилителей с отрицательной обратной связью и занимают устойчивое рабочее положение, если их два входа совпадают по подаваемому напряжению. Усилители 1A и 1B генерируют колебания частотой 100 кГц, которая задается цепочкой C1 и R1. Диоды D2 и D3 предназначены для ограничения нижней и верхней амплитуды выходного сигнала, поэтому уровень и частота устойчивы к изменения напряжения питания батареи.
Эта радиолюбительская схема позволяет контролировать ЭПС в цепях до 600 вольт, но только в том случае, если схема не имеет переменного напряжения частотой более 100 Гц.
Выход ОУ 1B нагружен на резистор R8F. Тестируемый конденсатор подключен через щупы. Конденсатор C3 блокировочный. Диоды D4 и D5 защищают устройство от зарядного тока конденсатора C3. Резистор R7 предназначен для разряда C3 после измерения. Постоянное напряжение смещения от диода D1 и сигнала с резистора R9F сумируются на входе операционного усилителя 1D. Каждый из трех каскадов обладает коэффициентом усиления 2,8.
Детали: 1. ОУ микросхемы LM324N. 2. "F" резисторы 1% точности; все другие-5% 3. R7 от 0,5 ватта, остальные 0,25 Вт. 4. R21 устанавливает линейность в середине шкалы: 330 до 2,2 Ома. 5. R24 корректирует смещение постоянного тока на бесконечности ЭПС. 6. R26 помогает установить нуль (полная шкала): 68 до 240 ом. 7. R6F=150 Ом, R12F=681 Ом
ESR метр на доступных радиокомпонентах |
Схема пробника состоит из: генератора, измерительной цепи, усилителя, индикатора. Т1- составной транзистор. В роли индикатора использована самодельная светодиодная шкала.
Для ускорения процесса сборки, пробник для проверки конденсаторов выполнен на макетной плате и помещен в корпус из отрезка кабель канала. Шупы выполнены из медной проволки
В комплект поставки входит сам измерительный прибор, три щупа к нему и четыре ножки для платы. Esr метр рассчитан на работу от литиевого аккумулятором типа 14500 напряжением 3,7 вольта, но его можно не заказывать, а взять из старой батареи от ноутбука, и плевать, что он больше по размеру.
Об управлении ESR метром.
1 - USB для питания и зарядки аккумулятора. Прибором для проверки электролитических конденсаторов можно пользоваться и без литиевого аккумулятора, используя внешнее питание, но тогда погрешность прибора чуть-чуть возрастает.
2 - включение устройства
3 - Индикатор работы. Начинает светится после того, как пробник переходит в режим теста
4 - Кнопка старта процесса измерения. Ее нажимаем только после подсоединения измеряемой емкости к контактам
5 - Разъемы для подсоединения измерительных щупов, или подходящих по размеру транзисторов
6 - Панелька для измерения мелких радиокомпонентов, ножки которых могут войти в отверстие
7 - Контактные площадки для проверки SMD.
MG328 рассчитан на работу от батареи типа 14500, но я решил установить туда аккумулятор типа 18650. Для этого, я отпаял родной держатель и напрямую припаял на его место элемент 18650. По габаритам, все вписалось в стандартные размеры готовой платы.
После подачи питания на плату от usb, начинает светить индикатор зарядки. В устройстве имеется режим само тестирования. Для его запуска, нужно соединить вместе все три щупа, и нажать кнопку тест. После этого, DIY MG328 переключится в режим самотестирования. Кроме того, в этот режим можно попасть и через меню. Для этого потребуется нажать кнопку тестирования на две секунды.
Для навигации в меню, нужно нажать кнопку тестирования, для выбора любого из пунктов, а затем зажать эту же кнопку на несколько секунд. Приятной неожиданностью, был найденый пункт меню - генератор частоты.
На фотографиях ниже, показаны примеры измерения различных типов радиокомпонентов.
В общем, измерительным прибором доволен как слон. Уже во многих своих ремонтах находил убитые конденсаторы, без внешних признаков проблем.
Наиболее слабым местом в любой радиосхеме являются электролитические конденсаторы, которые подвержены постоянному высыханию. И чем большие токи проходят через них - тем этот процесс быстрее. Обычным омметром определить плохой конденсатор не получится, поэтому необходим спецприбор - esr измеритель.
В типичной схеме, может быть 10 или даже 100 конденсаторов. Выпаивать каждый для тестирования очень утомительно и существует большой риск повреждения платы. Этот тестер использует низкое напряжение (250 мВ) высокой частоты (150 кГц), и он способен мерять ESR конденсаторов прямо в схеме. Напряжение выбрано достаточно низкими, чтобы другие окружающие радиоэлементы схемы не влияли на результаты замеров. А если вам случайно доведется испытать заряженный конденсатор - не беда. Этот измеритель выдерживает до 400В заряда на конденсаторе. Опыт показал, что ЭПС метр выявляет около 95% конденсаторов с потенциальными проблемами.
Включаете прибор. Убедитесь, что проверяемая схема находится не под напряжением. Разрядите конденсатор перед тестированием - ЭПС метр не делает этого автоматически. Замкните выводы конденсатора и удерживайте их так в течение нескольких секунд. С помощью вольтметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен. Вольтметр должен показывать нулевое значение. Прикоснитесь щупами ESR метра к конденсатору. Определите сопростивление ESR. Является ли значение ESR приемлемым узнаём путем сравнения измеренного ESR с эталонными данными. Посмотреть эту таблицу
