- Meranie ESR kondenzátora
- Zoznam položiek
- Schéma zapojenia
- Výpočet ESR kondenzátora
- Príklad: Meranie ESR pre 100uf elektrolytický kondenzátor
Kondenzátory sa zdajú byť v poriadku, kým sa nedostanete do bodu, keď dôjde k zlyhaniu napájania alebo odmietnutiu optimálneho fungovania. A ak je problémom šum, existuje jednoduchá oprava, stačí pridať ďalšie kondenzátory. To to však nerieši. Čo sa môže stať?
Problém vyvstáva z naivného predpokladu, že kondenzátory (do značnej miery) sú „ideálne“ zariadenia, hoci v skutočnosti nie sú. Tieto nežiaduce účinky sú dôsledkom niečoho, čo sa nazýva vnútorný odpor alebo ekvivalentný sériový odpor (ESR). Kondenzátory majú obmedzený vnútorný odpor kvôli použitým materiálom pri ich konštrukcii. V predchádzajúcom článku sme podrobne vysvetlili ESR a ESL v kondenzátoroch.
Rôzne typy kondenzátorov majú rôzne rozsahy ESR. Napríklad elektrolytické kondenzátory majú všeobecne vyššie ESR ako keramické kondenzátory. Pre mnoho aplikácií je dôležité merať vnútorný odpor kondenzátorov. A dnes v tomto článku zostavíme merač ESR a naučíme sa merať ESR kondenzátora pomocou časovača IC 555 a tranzistorov.
Meranie ESR kondenzátora
Na začiatku sa meranie ESR môže javiť ako ľahká úloha.
Odpor je možné ľahko určiť použitím konštantného prúdu a meraním poklesu napätia na testovanom zariadení.
Čo ak na kondenzátor aplikujeme konštantný prúd? Napätie stúpa lineárne a usadzuje sa na hodnote určenej napájacím napätím, ktoré je (pre naše účely) zbytočné.
V tomto okamihu je čas vrátiť sa k niečomu, čo sme sa naučili v škole - „ Kondenzátory blokujú jednosmerný prúd a prechádzajú striedavým prúdom“
Po vykonaní niekoľkých zjednodušujúcich záverov chápeme, že kondenzátory sú v podstate skratom pri vysokých frekvenciách a kapacitná časť je „skratovaná“ z obvodu a všetko napätie klesá cez vnútorný odpor.
Výhodou tejto metódy je, že nemusíme poznať ani prúd, ak poznáme vnútorný odpor použitého zdroja signálu, pretože teraz ESR a vnútorný odpor (zdroja) tvoria delič napätia, pomer odpor je pomer poklesov napätia a s vedomím troch môžeme ľahko určiť ten druhý.
Na meranie kriviek na vstupe a na kondenzátore sa používa osciloskop.
Zoznam položiek
Pre oscilátor:
1. Časovač 555 - CMOS aj bipolárny bude fungovať dobre, ale pre vysoké frekvencie sa odporúča CMOS
2. 100K potenciometer - slúži na ladenie frekvencie
3. Kondenzátor 1nF - časovanie
4. Keramický kondenzátor 10uF - oddelenie
Stupeň napájania:
1. BC548 NPN bipolárny tranzistor
2. BC558 PNP bipolárny tranzistor
Krátka poznámka o výbere tranzistorov - akýkoľvek malý signálny tranzistor s vysokým ziskom (300 a viac) a trochu veľkým prúdom (50 mA +) bude fungovať dobre.
3. Základný rezistor 560Ω
4. 47Ω výstupný rezistor - to môže byť čokoľvek od 10Ω do 100Ω.
Schéma zapojenia
Nižšie je uvedená schéma zapojenia tohto obvodu testera kondenzátorov ESR -
Tento merací obvod ESR je možné rozdeliť na dve časti, časovač 555 a koncový stupeň.
1. Oscilátor 555:
Obvod 555 je konvenčný astabilný multivibrátor, ktorý vydáva štvorcovú vlnu s frekvenciou niekoľko stoviek kilohertzov. Pri tejto frekvencii takmer všetky kondenzátory fungujú ako skrat. Pot 100K umožňuje ladenie frekvencií tak, aby sa dosiahlo čo najnižšie napätie cez čiapočku.
2. Stupeň napájania:
Toto je riešenie iného problému. Mohli by sme priamo pripojiť kondenzátor na výstup časovača 555, ale potom by sme potrebovali presne poznať výstupnú impedanciu.
Aby sa to eliminovalo, používa sa výstupný stupeň push-pull so sériovým odporom. Rezistor poskytuje výstupnú impedanciu.
Takto vyzerá kompletný hardvér tohto obvodu merača ESR:
Výpočet ESR kondenzátora
Z rovnice deliča napätia odvodíme nasledujúci vzorec:
ESR = (V CAP • R VÝSTUP) / (V VÝSTUP - V CAP)
Kde ESR je vnútorný odpor kondenzátora, V CAP je signál cez kondenzátor (meraný v uzle CAP +), R OUTPUT je výstupný odpor výkonového stupňa (tu, 47 ohmov) a V OUTPUT je napätie výstupného signálu ako merané v bode A v obvode.
Pri použití tohto obvodu sa odporúča nastaviť sondu rozsahu na 1X, aby sa zvýšila citlivosť a znížila šírka pásma, aby sa zbavilo časti šumu, aby bolo možné vykonať presné meranie.
Najskôr sa zmeria špičkové napätie v bode A pred impedanciou a zaznamená sa. Potom je pripojený kondenzátor. Približujte, až kým neuvidíte obdĺžnikovú vlnu. Twidlujte pot, kým sa priebeh nezmení.
V závislosti od typu kondenzátora by špičkové napätie výsledného tvaru vlny malo byť rádovo niekoľko desiatok alebo stoviek milivoltov.
Príklad: Meranie ESR pre 100uf elektrolytický kondenzátor
Tu je hrubý výstupný priebeh výkonového stupňa:
A tu je napätie na kondenzátore. Všimnite si všetok šum superponovaný na signál - pri meraní buďte opatrní.
Po vložení hodnôt do vzorca dostaneme ESR 198 mΩ.
ESR kondenzátora je dôležitým parametrom pri navrhovaní výkonových obvodov a tu sme vytvorili jednoduché meracie zariadenie ESR založené na časovači 555.