Mạch đồng hồ ESR đơn giản

Bài đăng thảo luận về một mạch đo ESR đơn giản có thể được sử dụng để xác định các tụ điện không tốt trong một mạch điện tử mà không cần tháo chúng ra khỏi bảng mạch. Ý tưởng được yêu cầu bởi Manual Sofian

Thông số kỹ thuật

Bạn có một sơ đồ về máy đo ESR. Các kỹ thuật viên khuyên tôi nên kiểm tra điện phân trước mỗi khi tôi phát hiện ra một mạch chết, Nhưng tôi không biết làm thế nào để đo nó.

Cảm ơn bạn trước cho câu trả lời của bạn.

ESR là gì

ESR là viết tắt của Điện trở dòng tương đương là một giá trị điện trở nhỏ không đáng kể thường trở thành một phần của tất cả các tụ điện và cuộn cảm và xuất hiện nối tiếp với các giá trị đơn vị thực của chúng, tuy nhiên, đặc biệt là trong các tụ điện hóa, do lão hóa, giá trị ESR có thể tiếp tục tăng đến mức bất thường ảnh hưởng xấu đến chất lượng tổng thể và phản ứng của mạch liên quan.

ESR đang phát triển trong một tụ điện cụ thể có thể tăng dần từ thấp đến vài mili giây đến cao nhất là 10 ôm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến phản ứng của mạch.

Tuy nhiên, ESR giải thích ở trên có thể không nhất thiết có nghĩa là điện dung của tụ điện cũng sẽ bị ảnh hưởng, trên thực tế, giá trị điện dung có thể vẫn còn nguyên vẹn và tốt, nhưng hiệu suất của tụ điện bị giảm sút.

Do trường hợp này, đồng hồ đo điện dung bình thường hoàn toàn không phát hiện ra tụ điện bị ảnh hưởng xấu với giá trị ESR cao và kỹ thuật viên nhận thấy tụ điện ổn định về giá trị điện dung của nó, điều này khiến việc khắc phục sự cố cực kỳ khó khăn.

Khi các đồng hồ đo điện dung thông thường và đồng hồ đo Ohm trở nên hoàn toàn không hiệu quả trong việc đo lường hoặc phát hiện ESR bất thường trong các tụ điện bị lỗi, thì đồng hồ đo ESR trở nên cực kỳ tiện dụng để xác định các thiết bị gây hiểu nhầm như vậy.

Sự khác biệt giữa ESR và Điện dung

Về cơ bản mà nói, giá trị ESR của tụ điện (tính bằng ohms) cho biết tụ điện tốt như thế nào ..

Giá trị này càng thấp thì hiệu suất làm việc của tụ điện càng cao.

Kiểm tra ESR cung cấp cho chúng tôi cảnh báo nhanh về sự cố tụ điện và hữu ích hơn rất nhiều khi so sánh với kiểm tra điện dung.

Trên thực tế, một số chất điện phân bị lỗi có thể biểu hiện OKAY khi được kiểm tra bằng máy đo điện dung tiêu chuẩn.

Gần đây, chúng tôi đã nói chuyện với nhiều người không ủng hộ tầm quan trọng của ESR và nhận thức chính xác nó là duy nhất từ ​​điện dung.

Do đó, tôi nghĩ nên cung cấp một đoạn clip từ một tin tức công nghệ trên một tạp chí danh tiếng do Doug Jones, Chủ tịch của Independence Electronics Inc., ông giải quyết mối quan tâm của ESR một cách hiệu quả. 'ESR là điện trở tự nhiên hoạt động của tụ điện chống lại tín hiệu AC.

ESR cao hơn có thể dẫn đến các biến chứng liên tục theo thời gian, nóng lên tụ điện, tăng tải mạch, hỏng hóc tổng thể của hệ thống, v.v.

ESR có thể gây ra vấn đề gì?

Nguồn điện ở chế độ chuyển đổi có tụ điện ESR cao có thể không khởi động tối ưu hoặc đơn giản là không khởi động được.

Màn hình TV có thể bị lệch từ hai bên / trên / dưới do tụ điện ESR cao. Nó cũng có thể dẫn đến hỏng điốt và bóng bán dẫn sớm.

Tất cả những vấn đề này và nhiều vấn đề khác thường do tụ điện có điện dung thích hợp nhưng ESR lớn, không thể được phát hiện dưới dạng hình tĩnh và vì lý do đó không thể đo được thông qua đồng hồ đo điện dung tiêu chuẩn hoặc ohm kế DC.

ESR chỉ hiển thị khi dòng điện xoay chiều được kết nối với tụ điện hoặc khi điện tích điện môi của tụ điện liên tục chuyển trạng thái.

Đây có thể được xem là tổng điện trở xoay chiều trong pha của tụ điện, kết hợp với điện trở một chiều của tụ điện, điện trở một chiều của liên kết với điện môi của tụ điện, điện trở bản của tụ điện và điện trở xoay chiều trong pha của vật liệu điện môi. điện trở trong một tần số và nhiệt độ cụ thể.

Tất cả các yếu tố gây ra sự hình thành ESR có thể được coi là một điện trở mắc nối tiếp với một tụ điện. Điện trở này không thực sự tồn tại như một thực thể vật lý, do đó, một phép đo tức thì trên 'điện trở ESR' là không khả thi. Mặt khác, nếu có thể tiếp cận được cách tiếp cận giúp hiệu chỉnh kết quả của điện trở điện dung và dự tính rằng tất cả các điện trở đều cùng pha, thì ESR có thể được xác định và kiểm tra bằng cách sử dụng công thức điện tử cơ bản E = I x R!

CẬP NHẬT một giải pháp thay thế đơn giản hơn

Mạch dựa trên op amp được đưa ra bên dưới trông phức tạp, không nghi ngờ gì nữa, do đó sau khi suy nghĩ, tôi có thể nghĩ ra ý tưởng đơn giản này để đánh giá ESR của bất kỳ tụ điện nào một cách nhanh chóng.

Tuy nhiên đối với điều này, trước tiên bạn sẽ phải tính toán bao nhiêu điện trở mà tụ điện cụ thể sở hữu một cách lý tưởng, sử dụng công thức sau:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• trong đó Xc = điện kháng (điện trở tính bằng Ohms),
• pi = 22/7
• f = tần số (lấy 100 Hz cho ứng dụng này)
• C = giá trị tụ điện tính bằng Farads

Giá trị Xc sẽ cung cấp cho bạn điện trở tương đương (giá trị lý tưởng) của tụ điện.

Tiếp theo, tìm dòng điện thông qua định luật Ohm:

I = V / R, Ở đây V sẽ là 12 x 1,41 = 16,92V, R sẽ được thay thế bằng Xc như đạt được từ công thức trên.

Khi bạn tìm thấy định mức dòng điện lý tưởng của tụ điện, bạn có thể sử dụng mạch thực tế sau đây để so sánh kết quả với giá trị tính toán ở trên.

Đối với điều này, bạn sẽ cần các tài liệu sau:

• Biến áp 0-12V / 220V
• 4 điốt 1N4007
• Đồng hồ đo cuộn dây di chuyển 0-1 amp FSD hoặc bất kỳ ampe kế tiêu chuẩn nào

Mạch trên sẽ cung cấp thông tin trực tiếp về dòng điện mà tụ điện có thể cung cấp qua nó.

Ghi lại dòng điện đo được từ thiết lập ở trên và dòng điện đạt được từ công thức.

Cuối cùng, sử dụng định luật Ohm một lần nữa, để đánh giá các điện trở từ hai giá trị dòng điện (I).

R = V / I trong đó điện áp V sẽ là 12 x 1,41 = 16,92, 'I' sẽ là theo giá trị đọc.

Nhanh chóng đạt được giá trị lý tưởng của tụ điện

Trong ví dụ trên, nếu bạn không muốn thực hiện các phép tính, bạn có thể sử dụng giá trị chuẩn sau để nhận được điện trở lý tưởng của tụ điện, để so sánh.

Theo công thức, điện trở lý tưởng của tụ điện 1 uF là khoảng 1600 Ohms ở 100 Hz. Chúng ta có thể lấy giá trị này làm thước đo và đánh giá giá trị của bất kỳ tụ điện mong muốn nào thông qua phép nhân chéo đơn giản như hình bên dưới.

Giả sử chúng ta muốn nhận giá trị lý tưởng của tụ điện 10uF, khá đơn giản nó sẽ là:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohms

Bây giờ chúng ta có thể so sánh kết quả này, với kết quả thu được bằng cách giải dòng điện của ampe kế theo định luật Ohms. Sự khác biệt sẽ cho chúng ta biết liên quan đến ESR hiệu dụng của tụ điện.

CHÚ THÍCH: Điện áp và tần số được sử dụng trong công thức và phương pháp thực hành phải giống nhau.

Sử dụng Op Amp để tạo một máy đo ESR đơn giản

Máy đo ESR có thể được sử dụng để xác định tình trạng của một tụ điện đáng ngờ trong khi xử lý sự cố một mạch điện tử hoặc thiết bị cũ.

Hơn nữa, điều tốt về các thiết bị đo lường này là nó có thể được sử dụng để đo ESR của tụ điện mà không cần phải tháo hoặc cách ly tụ điện khỏi bảng mạch khiến mọi thứ trở nên khá dễ dàng cho người dùng.

Hình dưới đây cho thấy một mạch đo ESR đơn giản có thể được xây dựng và sử dụng cho các phép đo được đề xuất.

Sơ đồ mạch

Làm thế nào nó hoạt động

Mạch có thể được hiểu theo cách sau:

TR1 cùng với bóng bán dẫn NPN kèm theo tạo thành một bộ dao động chặn kích hoạt nguồn cấp dữ liệu trở lại đơn giản dao động ở một số tần số rất cao.

Các dao động tạo ra một độ lớn tương ứng của điện áp trên 5 cuộn thứ cấp của máy biến áp và điện áp tần số cao cảm ứng này được đặt trên tụ điện được đề cập.

Một opamp cũng có thể được gắn với nguồn cấp tần số cao điện áp thấp ở trên và được cấu hình như một bộ khuếch đại hiện tại.

Khi không có ESR hoặc trong trường hợp có tụ điện tốt mới, đồng hồ đo được thiết lập để chỉ ra độ lệch quy mô đầy đủ cho biết ESR tối thiểu trên tụ điện giảm tương ứng về phía 0 đối với các tụ điện khác nhau có lượng ESR khác nhau.

ESR thấp hơn khiến dòng điện tương đối cao hơn phát triển qua đầu vào cảm biến đảo ngược của opamp được hiển thị tương ứng trong đồng hồ với mức độ lệch cao hơn và ngược lại.

Bóng bán dẫn BC547 phía trên được giới thiệu như một giai đoạn điều chỉnh điện áp cực thu chung để vận hành giai đoạn dao động với mức thấp hơn 1,5 V để thiết bị điện tử khác trong bảng mạch xung quanh tụ điện được thử nghiệm được giữ dưới ứng suất bằng không so với tần số thử nghiệm từ máy đo ESR.

Quá trình hiệu chuẩn của máy đo rất dễ dàng. Giữ cho các dây dẫn thử nghiệm được nối tắt với nhau, giá trị đặt trước 100k gần đồng hồ đo uA được điều chỉnh cho đến khi đạt được độ lệch quy mô đầy đủ trên mặt đồng hồ.

Sau đó, các tụ điện khác nhau có giá trị ESR cao có thể được xác minh trong đồng hồ với mức độ lệch thấp hơn tương ứng như được giải thích trong phần trước của bài viết này.

Máy biến áp được chế tạo trên bất kỳ vòng ferit nào, sử dụng bất kỳ dây điện từ mỏng nào có số vòng được hiển thị.

Một ESR Tester đơn giản khác với một đèn LED

Mạch cung cấp một điện trở âm để ngắt ESR của tụ điện đang được thử nghiệm, tạo ra cộng hưởng nối tiếp liên tục qua một cuộn cảm cố định. Hình bên dưới thể hiện sơ đồ mạch của đồng hồ đo esr. Điện trở âm được tạo ra bởi IC 1b: Cx cho biết tụ điện được thử nghiệm và L1 được định vị là cuộn cảm cố định.

Làm việc cơ bản

Pot VR1 tạo điều kiện để tinh chỉnh điện trở âm. Để kiểm tra, chỉ cần tiếp tục xoay VR1 cho đến khi dao động dừng lại. Khi điều này được thực hiện, giá trị ESR có thể được kiểm tra từ một thang đo được gắn phía sau mặt số VR1.

Mô tả mạch

Trong trường hợp không có điện trở âm, L1 và Cx hoạt động giống như một mạch cộng hưởng nối tiếp bị triệt tiêu bởi điện trở của L1 và ESR của Cx. Mạch ESR này sẽ bắt đầu dao động ngay sau khi nó được cấp nguồn qua bộ kích hoạt điện áp. IC1 một chức năng giống như một bộ dao động để tạo ra một đầu ra tín hiệu sóng vuông với một tần số thấp nào đó tính bằng Hz. Đầu ra cụ thể này được phân biệt để tạo ra xung điện áp (xung) kích hoạt mạch cộng hưởng kèm theo.

Ngay sau khi ESR của tụ điện cùng với cảm kháng của R1 có xu hướng kết thúc bằng điện trở âm thì dao động vành khuyên biến thành dao động không đổi. Điều này sau đó sẽ chuyển sang LED D1. Ngay khi dao động bị dừng lại do điện trở âm giảm, đèn LED chuyển sang TẮT.

Phát hiện một tụ điện bị rút ngắn

Trong trường hợp một tụ điện bị ngắn mạch được phát hiện ở Cx, đèn LED sáng với độ sáng tăng lên. Trong khoảng thời gian mạch cộng hưởng đang dao động, đèn LED chỉ được bật sáng qua các nửa chu kỳ dương của dạng sóng: làm cho nó chỉ sáng lên với 50% tổng độ sáng của nó. IC 1 d cung cấp điện áp nửa nguồn được sử dụng làm tham chiếu cho IC1b.

S1 có thể được sử dụng để điều chỉnh độ lợi của ICIb, từ đó thay đổi điện trở âm để cho phép phạm vi đo ESR rộng, trên 0-1, 0-10 và 0-100 Ω.

Danh sách các bộ phận

Xây dựng L1

Cuộn cảm L1 được tạo ra bằng cách cuộn trực tiếp xung quanh 4 trụ bên trong của vỏ bọc có thể được sử dụng để vặn các góc PCB.

Số vòng quay có thể là 42, sử dụng 30 dây đồng tráng men siêu bền SWG. Tạo L1 cho đến khi bạn có điện trở 3,2 Ohm trên các đầu cuộn dây hoặc xung quanh giá trị độ tự cảm 90uH.

Độ dày của dây không quan trọng, nhưng các giá trị điện trở và độ tự cảm phải được nêu ở trên.

Kết quả kiểm tra

Với các chi tiết cuộn dây như mô tả ở trên, một tụ điện 1.000uF được thử nghiệm trong các khe Cx sẽ tạo ra tần số 70 Hz. Tụ điện 1 pF có thể làm tăng tần số này lên khoảng 10 kHz.

Trong khi kiểm tra mạch, tôi nối một tai nghe bằng pha lê qua tụ điện 100 nF ở R19 để kiểm tra các mức tần số. Tiếng nhấp của một tần số sóng vuông có thể nghe rõ ràng trong khi VR1 đã được điều chỉnh cách xa vị trí gây ra dao động một cách lâu dài. Khi VR1 đang được điều chỉnh đến điểm tới hạn, tôi có thể bắt đầu nghe thấy âm thanh thuần túy của tần số sóng hình điện áp thấp.

Cách hiệu chỉnh

Lấy một tụ điện cao cấp 1.000µF có điện áp định mức tối thiểu là 25 V và mắc vào các điểm Cx. Thay đổi dần dần VR1 cho đến khi bạn thấy đèn LED tắt hoàn toàn. Đánh dấu điểm cụ thể này phía sau mặt số thang đo là 0,1 Ω.

Tiếp theo, gắn một điện trở đã biết mắc nối tiếp với Cx hiện có đang thử nghiệm sẽ làm cho đèn LED sáng lên, bây giờ hãy điều chỉnh lại VR1 cho đến khi đèn LED vừa TẮT.

Tại thời điểm này, đánh dấu thang quay VR1 với giá trị tổng điện trở mới. Có thể thích hợp hơn khi làm việc với các mức tăng 0,1Ω trên dải 1Ω và các khoảng tăng lớn hơn thích hợp trên hai dải còn lại.

Diễn giải kết quả

Biểu đồ dưới đây thể hiện các giá trị ESR tiêu chuẩn, theo hồ sơ của các nhà sản xuất và có tính đến thực tế là ESR được tính ở 10 kHz thường là 1/3 trong số đó được thử nghiệm ở 1 kHz. Giá trị ESR với tụ điện chất lượng tiêu chuẩn 10V có thể cao hơn 4 lần so với tụ điện có loại ESR 63V thấp.

Do đó, bất cứ khi nào một tụ điện loại ESR thấp suy giảm đến mức mà ESR của nó giống như của một tụ điện điện phân điển hình, thì điều kiện khởi động bên trong của nó sẽ tăng cao hơn 4 lần!

Trong trường hợp bạn thấy giá trị ESR đã thử nghiệm lớn hơn 2 lần giá trị hiển thị trong hình sau, bạn có thể cho rằng tụ điện không còn ở trạng thái tốt nhất.

Giá trị ESR đối với tụ điện có xếp hạng điện áp khác với giá trị được chỉ ra bên dưới sẽ nằm giữa các đường áp dụng trên biểu đồ.

Máy đo ESR sử dụng IC 555

Không quá điển hình, nhưng mạch ESR đơn giản này cực kỳ chính xác và dễ xây dựng. Nó sử dụng các thành phần rất bình thường như IC 555, nguồn 5V DC, một vài bộ phận thụ động khác.

Mạch được xây dựng bằng IC CMOS 555, được đặt với hệ số nhiệm vụ là 50:50.
Chu kỳ làm việc có thể được thay đổi thông qua điện trở R2 và r.
Ngay cả một sự thay đổi nhỏ trong giá trị r tương ứng với ESR của tụ điện được đề cập, cũng gây ra sự thay đổi đáng kể trong tần số đầu ra của IC.

Tần số đầu ra được giải theo công thức:

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

Trong công thức này, C đặt lại điện dung, R được tạo thành bởi (R1 + R2 + r), r biểu thị ESR của tụ điện C, trong khi k được định vị là hệ số bằng:

k = (R2 + r) / R.

Để đảm bảo mạch hoạt động chính xác, giá trị hệ số k không được lớn hơn 0,333.

Nếu nó được tăng lên trên giá trị này, IC 555 sẽ trở thành chế độ dao động không kiểm soát được ở tần số cực cao, sẽ được điều khiển duy nhất bởi độ trễ lan truyền của chip.

Bạn sẽ thấy tần số đầu ra của IC tăng lên theo hàm mũ 10X, để đáp ứng với sự gia tăng của hệ số k từ 0 đến 0,31.

Khi nó tăng hơn nữa từ 0,31 lên 0,33, làm cho frquecny sản lượng tăng thêm 10 lần nữa.

Giả sử R1 = 4k7, R2 = 2k2, ESR = 0 tối thiểu đối với C, hệ số k nên eb xung quanh 0,3188.

Bây giờ, giả sử chúng ta có giá trị ESR khoảng 100 ohm, sẽ khiến giá trị k tăng 3% ở mức 0,3286. Điều này bây giờ buộc IC 555 dao động với tần số lớn hơn 3 lần so với tần số ban đầu tại r = ESR = 0.

Điều này cho thấy rằng khi r (ESR) tăng lên gây ra sự gia tăng theo cấp số nhân trong tần suất xuất hiện của IC.

Làm thế nào để kiểm tra

Trước tiên, bạn sẽ cần phải hiệu chỉnh phản ứng của mạch bằng cách sử dụng tụ điện chất lượng cao với ESR không đáng kể và có giá trị điện dung giống với giá trị điện dung cần thử nghiệm.

Ngoài ra, bạn nên có một số loại điện trở với các giá trị chính xác từ 1 đến 150 ôm.

Bây giờ, vẽ một biểu đồ của tần số đầu ra vs r đối với các giá trị hiệu chuẩn,

Tiếp theo, kết nối tụ điện cần được kiểm tra ESR và bắt đầu phân tích giá trị ESR của nó bằng cách so sánh tần số IC 555 tương ứng và giá trị tương ứng trong biểu đồ được vẽ.

Để đảm bảo độ phân giải tối ưu cho các giá trị ESR thấp hơn, ví dụ dưới 10 ôm và cũng để loại bỏ chênh lệch tần số, bạn nên thêm điện trở nối tiếp từ 10 ohm đến 100 ohm với tụ điện được thử nghiệm.

Khi giá trị r thu được từ biểu đồ, bạn chỉ cần trừ giá trị điện trở cố định cho giá trị này r để nhận giá trị ESR.