מעגל מד ESR פשוט

הפוסט דן במעגל מד ESR פשוט שיכול לשמש לזיהוי קבלים רעים במעגל אלקטרוני מבלי להסיר אותם כמעט מהלוח. הרעיון התבקש על ידי סופיאן ידני

מפרט טכני

האם יש לך סכמטי לגבי מד ESR. טכנאים ממליצים לי לבדוק תחילה את האלקטרוליטי בכל פעם שאני מעלה מעגל מת, אבל אני לא יודע למדוד אותו.

תודה מראש על תשובתך.

מה זה ESR

ESR שמייצג התנגדות סדרת שווה ערך הוא ערך התנגדות קטן באופן מבוטל, שבדרך כלל הופך לחלק מכל הקבלים והמשרנים ומופיעים בסדרה עם ערכי היחידות האמיתיים שלהם, אולם בקבלים אלקטרוליטיים במיוחד, עקב הזדקנות, ערך ה- ESR יכול להמשיך ולעלות לרמות חריגות המשפיעות לרעה על האיכות הכללית ועל התגובה של המעגל המעורב.

ה- ESR המתפתח בקבל מסוים עשוי בהדרגה לעלות ממספר מיליומטר לכדי 10 אוהם, ולהשפיע קשות על תגובת המעגל.

עם זאת, ה- ESR שהוסבר לעיל לא בהכרח אומר שגם הקיבול של הקבל יושפע, למעשה ערך הקיבול יכול להישאר שלם וטוב, אך ביצועי הקבל מתדרדרים.

זה נובע מתרחיש זה, מד קבלים רגיל אינו מצליח לזהות קבלים רעים המושפעים עם ערך ESR גבוה וטכנאי מוצא את הקבלים בסדר מבחינת ערך הקיבול שלו, אשר בתורו מקשה מאוד על פתרון הבעיות.

כאשר מדי קיבול רגילים ומדי אוהם הופכים ליעילים לחלוטין במדידה או בזיהוי ESR לא תקין בקבלים פגומים, מד ESR הופך להיות שימושי ביותר לזיהוי מכשירים מטעים כאלה.

ההבדל בין ESR לבין קיבוליות

בעיקרון, ערך ה- ESR של הקבל (באוהם) מציין עד כמה הקבל טוב ..

ככל שהערך נמוך יותר, כך ביצועי העבודה של הקבל גבוהים יותר.

בדיקת ESR מספקת לנו התרעה מהירה מפני תקלה בקבלים, והיא מועילה הרבה יותר בהשוואה לבדיקת קיבול.

למעשה, כמה אלקטרוליטיות לקויות עשויות להציג OKAY כאשר הן נבדקות באמצעות מד קיבול רגיל.

לאחרונה דיברנו עם אנשים רבים שאינם תומכים בחשיבות ESR ובאיזו תפיסה היא ייחודית מקיבול.

לכן אני חושב שכדאי לספק קטע מחדשות טכנולוגיות על מגזין נחשב שחיבר דאג ג'ונס, נשיא העצמאות אלקטרוניקה בע'מ. הוא מתייחס ביעילות לדאגה של ESR. ESR הוא ההתנגדות הטבעית הפעילה של קבלים כנגד אות AC.

ESR גבוה יותר עלול להוביל לסיבוכים קבועים בזמן, התחממות קבלים, עלייה בעומס המעגל, כשל כולל במערכת וכו '.

אילו בעיות יכול ESR לגרום?

ספק כוח במצב מתג עם קבלים ESR גבוהים עשוי להיכשל בהתחלה אופטימלית, או פשוט לא להתחיל כלל.

מסך טלוויזיה יכול להיות מוטה מצדדים / מלמעלה / תחתון בגלל קבלים ESR גבוהים. זה יכול גם להוביל לתקלות בטרם-טרוף של דיודה וטרם-זמנית.

כל הנושאים הללו ורבים אחרים נגרמים בדרך כלל על ידי קבלים עם קיבול מתאים אך ESR גדול, שלא ניתן לזהות אותם כנתון סטטי ומסיבה זו לא ניתן למדוד אותם באמצעות מד קיבול רגיל או מד אוהם DC.

ESR מופיע רק כאשר זרם חילופין מחובר לקבל או כאשר המטען הדיאלקטרי של הקבל מחליף כל הזמן מצבים.

ניתן לראות זאת כהתנגדות זרם ה- AC הפאזית הכוללת של הקבל, בשילוב עם התנגדות ה- DC של מובילי הקבל, התנגדות ה- DC של חיבור ההדדי עם הדיאלקטרי של הקבל, התנגדות הצלחות של הקבל וחומר ה- AC הפאזי של החומר הדיאלקטרי. התנגדות בתדירות וטמפרטורה ספציפיים.

כל האלמנטים הגורמים להיווצרות ESR יכולים להיחשב כנגד בסדרה עם קבלים. הנגד הזה לא באמת קיים כישות פיזיקלית, ומכאן שמדידה מיידית על פני הנגד ESR אינה אפשרית. אם, לעומת זאת, גישה נגישה המסייעת לתיקון תוצאות התגובה הקיבולית נגישה, ושוקלת שכל ההתנגדות נמצאות בשלב, ניתן לקבוע ולבדוק את ה- ESR תוך שימוש בנוסחת האלקטרוניקה הבסיסית. E = I x R!

עדכון אלטרנטיבה פשוטה יותר

המעגל המבוסס על מגבר אופציה המופיע להלן נראה מורכב, ללא ספק, ולכן לאחר מחשבה יכולתי להמציא רעיון פשוט זה להערכת ה- ESR של כל קבל במהירות.

עם זאת בשביל זה תצטרך קודם לחשב כמה ההתנגדות יש לקבל המסוים באופן אידיאלי, באמצעות הנוסחה הבאה:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• כאשר Xc = תגובתיות (התנגדות באום),
• pi = 22/7
• f = תדר (קח 100 הרץ ליישום זה)
• C = ערך קבלים בפאראדס

ערך Xc ייתן לך את ההתנגדות המקבילה (ערך אידיאלי) של הקבל.

לאחר מכן, מצא את הזרם באמצעות חוק אוהם:

I = V / R, כאן V יהיה 12 x 1.41 = 16.92V, R יוחלף ב- Xc כפי שהושג מהנוסחה שלעיל.

לאחר שתמצא את הדירוג הנוכחי האידיאלי של הקבל, תוכל להשתמש במעגל המעשי הבא כדי להשוות את התוצאה לערך המחושב לעיל.

לשם כך תזדקק לחומרים הבאים:

• שנאי 0-12V / 220V
• 4 דיודות 1N4007
• 0-1 אמפר מד סלילי נע נע, או כל מד זרם רגיל

המעגל הנ'ל יספק קריאה ישירה לגבי כמות הזרם שהקבל מסוגל להעביר דרכו.

רשום את הזרם שנמדד מההגדרה שלמעלה ואת הזרם שהושג מהנוסחה.

לבסוף, השתמש שוב בחוק אוהם, כדי להעריך את ההתנגדות משתי הקריאות הנוכחיות (I).

R = V / I כאשר המתח V יהיה 12 x 1.41 = 16.92, 'אני' יהיה לפי הקריאות.

השגת ערך אידיאלי של קבלים במהירות

בדוגמה שלעיל אם אינך מעוניין לעבור את החישובים, תוכל להשתמש בערך אמות המידה הבא להשגת התגובה האידיאלית של קבלים.

לפי הנוסחה, התגובה האידיאלית של קבל uF 1 היא סביב 1600 אוהם ב 100 הרץ. אנו יכולים לקחת ערך זה כנקודת המידה ולהעריך את הערך של כל קבל רצוי באמצעות כפל הצלב הפוך פשוט, כפי שמוצג להלן.

נניח שאנחנו רוצים לקבל את הערך האידיאלי של קבל 10uF, פשוט זה יהיה:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 אוהם

כעת אנו יכולים להשוות תוצאה זו, עם התוצאה המתקבלת על ידי פתרון זרם המד זרם בחוק אוהם. ההבדל יגיד לנו לגבי ה- ESR היעיל של הקבל.

הערה: המתח והתדירות המשמשים בנוסחה והשיטה המעשית חייבים להיות זהים.

שימוש במגבר אופ ליצירת מד ESR פשוט

ניתן להשתמש במד ESR כדי לקבוע את מצבו הבריאותי של קבל מסופק בעת פתרון בעיות במעגל אלקטרוני או יחידה ישנה.

יתר על כן הדבר הטוב במכשירי המדידה הללו הוא שניתן להשתמש בהם כדי למדוד את ה- ESR של הקבל ללא צורך בהסרה או בידוד של הקבל מלוח המעגל שהופך את הדברים למדי למדי עבור המשתמש.

האיור הבא מציג מעגל מד ESR פשוט שניתן לבנות ולהשתמש בו למדידות המוצעות.

תרשים מעגל

איך זה עובד

ניתן להבין את המעגל באופן הבא:

TR1 יחד עם טרנזיסטור ה- NPN המצורף יוצרים מתנד חוסם מופעל פשוט המופעל בתנודה בתדירות גבוהה מאוד.

התנודות מביאות מתח פרופורציונאלי של מתח על פני 5 הסיבובים המשניים של השנאי, ומתח זה המושרה בתדר גבוה מוחל על פני הקבל המדובר.

ניתן לראות אופמפ מחובר עם הזנת התדר הגבוה במתח נמוך לעיל ומוגדר כמגבר זרם.

ללא ESR או במקרה של קבל טוב חדש, המונה מוגדר לציין סטיה בקנה מידה מלא המציין ESR מינימלי על פני הקבל אשר יורד באופן יחסי לכיוון אפס עבור קבלים שונים בעלי כמויות שונות של רמות ESR.

ESR נמוך יותר גורם לזרם גבוה יחסית להתפתח על פני קלט החישה ההפוך של האופמפ שמוצג בהתאמה במד עם דרגת סטיה גבוהה יותר ולהיפך.

הטרנזיסטור BC547 העליון מוצג כשלב רגולטור מתח אספנים משותף על מנת להפעיל את שלב המתנד עם 1.5 וולט נמוך יותר, כך שהתקן האלקטרוני האחר בלוח המעגל סביב הקבל הנבדק נשמר במתח אפס מתדר הבדיקה מ מד ה- ESR.

תהליך הכיול של המונה קל. שמירה על מובילי הבדיקה קצרה יחד עם הגדרת ההגדרה המוקדמת 100k ליד מד uA מותאמת עד להשגת סטיה בקנה מידה מלא על לוח המחוונים.

לאחר מכן ניתן היה לאמת קבלים שונים עם ערכי ESR גבוהים במונה עם דרגות סטיה נמוכות יותר בהתאם, כפי שהוסבר בסעיף הקודם במאמר זה.

השנאי בנוי מעל כל טבעת פרית, באמצעות כל חוט מגנט דק עם מספר הסיבובים המוצג.

עוד בודק ESR פשוט עם נורית אחת

המעגל מספק התנגדות שלילית לסיום ה- ESR של הקבל הנמצא בבדיקה, ויוצר תהודה סדרתית רציפה באמצעות משרן קבוע. האיור שלהלן מציג את תרשים המעגל של מד ה- esr. ההתנגדות השלילית נוצרת על ידי IC 1b: Cx מציין את הקבל הנבדק ו- L1 ממוקם כמשרן הקבוע.

עבודה בסיסית

פוט VR1 מאפשר לצבוט את ההתנגדות השלילית. כדי לבדוק, פשוט המשך לסובב את VR1 עד שהתנודה פשוט תפסק. ברגע שזה נעשה, ניתן לבדוק את ערך ה- ESR מסולם המוצמד מאחורי החוגה VR1.

תיאור המעגל

בהיעדר התנגדות שלילית, L1 ו- Cx עובדים כמו מעגל תהודה סדרתי אשר מדוכא על ידי התנגדות L1 ו- ESR של Cx. מעגל ESR זה יתחיל להתנדנד ברגע שהוא מופעל באמצעות הדק מתח. IC1 a מתפקד כמו מתנד ליצירת פלט אות ריבוע עם תדר נמוך בהרץ. פלט מסוים זה מובחן ליצירת קפיצי המתח (דחפים) המפעילים את מעגל התהודה המצורף.

ברגע ש- ESR של הקבל יחד עם ההתנגדות של R1 נוטים להסתיים עם ההתנגדות השלילית, התנודה המצלצלת הופכת לתנודה מתמדת. זה מפעיל לאחר מכן את הנורית D1. ברגע שהתנודה נעצרת עקב ירידת ההתנגדות השלילית, גורמת לכיבוי הנורית.

איתור קבלים קצר

במקרה שמתגלה בקבל קצר ב Cx, נורית ה- LED נדלקת בבהירות מוגברת. במהלך התקופה שבה המעגל המהדהד מתנודד, נורית ה- LED דולקת אך ורק דרך מחזורי המחזור החיוביים של צורת הגל: מה שגורם לה להאיר רק עם 50% מהבהירות הכוללת שלה. IC 1 d מספק חצי אספקה ​​המשמש כנקודת התייחסות ל- IC1b.

ניתן להשתמש ב- S1 להתאמת הרווח של ICIb, אשר בתורו משנה את ההתנגדות השלילית כדי לאפשר טווחי מדידת ESR רחבים, על פני 0-1, 0-10 ו- 0-100 Ω.

רשימת חלקים

L1 בנייה

המשרן L1 מיוצר על ידי סלילה ישירה סביב 4 העמודים הפנימיים של המתחם אשר עשויים לשמש לבריגת פינות ה- PCB.

מספר הסיבובים יכול להיות 42, באמצעות 30 חוטי נחושת סופר אמייל אמיתי. צור L1 עד שיהיה לך התנגדות של 3.2 אוהם על פני הקצוות המתפתלים, או בערך אינדוקציה של 90uH.

עובי החוט אינו קריטי, אך ערכי ההתנגדות וההשראות חייבים להיות כאמור לעיל.

תוצאות מבחן

עם הפרטים המתפתלים כמתואר לעיל, קבל של 1,000uF שנבדק בחריצי Cx אמור לייצר תדר של 70 הרץ. קבל 1 pF עשוי לגרום לעלייה בתדר זה לסביבות 10 קילוהרץ.

תוך כדי בחינת המעגל חיברתי אפרכסת קריסטל דרך קבל 100 nF ב R19 לבדיקת רמות התדר. לחיצה על תדר גל מרובע נשמעה יפה בעוד ש- VR1 הותאם רחוק מהמקום שגרם להפסקת התנודות. כאשר ה- VR1 הותאם לנקודה הקריטית שלו, יכולתי להתחיל לשמוע את הצליל הטהור של תדר גלי גל במתח נמוך.

כיצד לכייל

קח קבלים ברמה גבוהה של 1,000 µF עם דירוג מתח מינימלי של 25 וולט והכנס אותו לנקודות Cx. השתנה בהדרגה את ה- VR1 עד שתמצא שהנורית כבויה לחלוטין. סמן נקודה ספציפית זו מאחורי החוגה בקנה מידה סיר כ- 0.1 Ω.

בשלב הבא, חברו נגד ידוע בסדרה עם ה- Cx הקיים הנמצא בבדיקה שיגרום לדלקת הנורית, כוונו שוב את VR1 עד שהדלק פשוט יכבה.

בשלב זה סמן את סולם החוגה VR1 עם ערך ההתנגדות הכולל הטרי. זה עשוי להיות עדיף למדי לעבוד עם תוספות של 0.1Ω בטווח של 1Ω ועם תוספות גדולות יותר בשני הטווחים האחרים.

פירוש התוצאות

התרשים שלהלן מדגים ערכי ESR סטנדרטיים, על פי רישומי היצרנים ובהתחשב בעובדה ש- ESR המחושב ב -10 קילוהרץ הוא בדרך כלל 1/3 מזה שנבדק ב- 1 קילוהרץ. ניתן למצוא כי ערכי ה- ESR עם קבלים איכותיים סטנדרטיים גבוהים פי 4 מאלו עם סוגי ESV נמוכים של 63 V.

לכן, בכל פעם שקבל מסוג ESR נמוך מתדרדר לרמה שבה ה- ESR שלו דומה לזה של קבל אלקטרוליטי טיפוסי, תנאי החימום הפנימיים שלו יגדלו פי 4!

במקרה שאתה רואה שערך ה- ESR שנבדק גדול מפי שניים מהערך שמוצג באיור הבא, אתה יכול להניח שהקבל לא יהיה יותר במצב הטוב ביותר.

ערכי ESR עבור קבלים בעלי דירוגי מתח שונים מאלה המצוינים להלן יהיו בין השורות הרלוונטיות בתרשים.

מד ESR באמצעות IC 555

לא כל כך אופייני, אך מעגל ESR פשוט זה מדויק ביותר וקל לבנייה. היא מעסיקה רכיבים רגילים מאוד כמו IC 555, מקור 5V DC, כמה חלקים פסיביים אחרים.

המעגל בנוי באמצעות CMOS IC 555, מוגדר עם מקדם חובה של 50:50.
ניתן לשנות את מחזור החובה באמצעות הנגד R2 ו- r.
אפילו שינוי קטן בערך ה- r המתאים ל- ESR של הקבל המדובר, גורם לשינוי משמעותי בתדר המוצא של ה- IC.

תדר הפלט נפתר על ידי הנוסחה:

f = 1/2CR1n (2-3 k)

בנוסחה זו C מייצג את הקיבול, R נוצר על ידי (R1 + R2 + r), r מציין את ה- ESR של הקבל C, בעוד ה- k ממוקם כגורם השווה ל:

k = (R2 + r) / R.

על מנת להבטיח כי המעגל פועל כראוי, ערך ה- k לא יכול להיות מעל 0.333.

אם הוא מוגדל מעל ערך זה, ה- IC 555 יהפוך למצב תנודה בלתי נשלט בתדר גבוה במיוחד, אשר נשלט אך ורק על ידי עיכוב התפשטות השבב.

תמצא ביטוי אקספוננציאלי בתדר הפלט של ה- IC לפי 10X, בתגובה לעלייה בפקטור k מ- 0 ל- 0.31.

מכיוון שהוא גדל עוד יותר מ- 0.31 ל- 0.33, גרום לפלטת הפלט לגדול בעוצמה 10X נוספת.

בהנחה ש- R1 = 4k7, R2 = 2k2, ESR מינימלי = 0 עבור ה- C, גורם ה- k צריך להתנפח סביב 0.3188.

עכשיו, נניח שיש לנו את ערך ה- ESR בסביבות 100 אוהם, יגרום לערך k לעלות ב -3% ב- 0.3286. זה מכריח כעת את ה- IC 555 להתנודד בתדר גדול פי 3 בהשוואה לתדר המקורי ב- r = ESR = 0.

זה מראה שככל ש- r (ESR) עולה גורם לעלייה אקספוננציאלית בתדירות של פלט ה- IC.

איך לבדוק

ראשית יהיה עליכם לכייל את תגובת המעגל באמצעות קבלים באיכות גבוהה עם ESR זניח, ובעלי ערך קיבול זהה לזה שצריך לבדוק.

כמו כן, כדאי שיהיו לך קומץ נגדים שונים עם ערכים מדויקים הנעים בין 1 ל -150 אוהם.

כעת, התווה גרף של תדר פלט לעומת ר לערכי הכיול,

לאחר מכן, חבר את הקבל שצריך לבדוק את ה- ESR, והתחל לנתח את ערך ה- ESR שלו על ידי השוואת תדר IC 555 המקביל לערך המקביל בגרף המותווה.

כדי להבטיח רזולוציה אופטימלית לערכי ESR נמוכים יותר, למשל מתחת ל -10 אוהם, וגם להיפטר מפערי תדרים, מומלץ להוסיף נגד בין 10 אוהם ל 100 אוהם בסדרה עם הקבל הנבדק.

ברגע שמתקבל ערך r מהגרף, פשוט מחסרים מזה את ערך הנגד הקבוע ר כדי לקבל את ערך ה- ESR.