Измеритель ЭПС конденсаторов

25.09.11   Chugunov   178 363   31   Статья о приборе для измерения ESR (ЭПС) конденсаторов появилась в журнале «Радио» №8 за 2011 год.Я повторил эту конструкцию с некоторыми изменениями и хочу поделиться с вами впечатлениями и результатами.

Содержание / Contents

↑ Начало

Да, эта тема многократно обсуждалась, в том числе и здесь. Я собрал два варианта схемы Ludens и они очень хорошо себя зарекомендовали, тем не менее, у всех предлагаемых ранее вариантов есть недостатки. Шкалы приборов со стрелочными индикаторами очень нелинейны и требуют для калибровки много низкоомных резисторов, эти шкалы надо рисовать и вставлять в головки. Приборные головки велики и тяжелы, хрупки, а корпуса малогабаритных пластмассовых индикаторов обычно запаяны и они часто имеют мелкую шкалу. Слабым местом почти всех предыдущих конструкций является их низкая разрешающая способность. А для конденсаторов LowESR как раз надо измерять сотые доли Ома в диапазоне от нуля до половины Ома. Предлагались также приборы на основе микроконтроллеров с цифровой шкалой, но не всякий занимается микроконтроллерами и их прошивками, устройство получается неоправданно сложным и относительно дорогим. Поэтому в журнале «Радио» сделали разумную рациональную схему — цифровой тестер есть у любого радиолюбителя, да и стоит он копейки.

↑ Мой вариант схемы измерителя ESR

Я тоже стараюсь делать приборы-приставки к цифровому тестеру — это просто и дёшево. Но в журнальной статье мне не всё понравилось. Например, «…была поставлена задача не применять дополнительный источник питания». Вспоминаются советские времена и выражение «есть мнение». Кто поставил такую дурацкую задачу, журнал умалчивает. Экономия батарейки, которая стоит не дорого и будет работать более года? Зачем? Следующая плюха — бескорпусное исполнение приставки. Такая конструкция с торчащими штырьками неудобна и должна храниться дома под стеклянным колпаком. Мне больше нравится, когда коробку можно спокойно бросить в сумку с инструментом и поехать «на дело».Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!Я внес минимальные изменения. Корпус — от неисправного «электронного дросселя» для галогеновых ламп. Питание — батарея «Крона» 9 Вольт и стабилизатор 78L05 . Убрал переключатель — измерять LowESR в диапазоне до 200 Ом надо очень редко (если приспичит, использую параллельное подключение). Изменил некоторые детали. Микросхема 74HC132N, транзисторы 2N7000 (to92) и IRLML2502 (sot23). Из-за увеличения напряжения с 3 до 5 Вольт отпала необходимость подбора транзисторов. При испытаниях устройство нормально работало при напряжении батареи свежей 9,6 В до полностью разряженной 6 В. Кроме того, для удобства, использовал smd-резисторы. Все smd-элементы прекрасно паяются паяльником ЭПСН-25. Вместо последовательного соединения R6R7 я использовал параллельное соединение — так удобнее, на плате я предусмотрел подключение переменного резистора параллельно R6 для подстройки нуля, но оказалось, что «нуль» стабилен во всем диапазоне указанных мною напряжений. Удивление вызвало то, что в конструкции «разработанной в журнале» перепутана полярность подключения VT1 — перепутаны сток и исток (поправьте, если я неправ). Знаю, что транзисторы будут работать и при таком включении, но для редакторов такие ошибки недопустимы.

↑ Наладка

Наладка очень проста и заключается в установке чувствительности с помощью R4 при подключенном резисторе 2…5 Ом и установке нуля цифрового вольтметра на диапазоне 200mV. Операции надо повторить несколько раз, далее можно убедиться в точности измерителя, подключая резисторы 0,1…5 Ом. Настраивать надо со штатными шнурами, плату хорошенько промыть, конденсатор С3 должен быть термостабилен.

↑ К вопросу о точности вообще

Начиная с 10 Ом, точность примерно 3% и ухудшается примерно до 6% при 20 Ом (200мВ), но точность при измерениях бракованных элементов не важна. Поскольку измерения проводятся при комнатной температуре, термонестабильность будет мала, испытаний на эту тему я не проводил. При измерениях ESR конденсаторов в компьютерных блоках питания и на материнских платах, я пришел к выводу, что конденсаторы от 1000 мкФ с сопротивлением 0,5 Ом надо срочно выпаивать и отправлять в ведро, нормальное ESR 0,02…0,05 Ом. Попутно обнаружил, что у исправных конденсаторов ESR очень сильно зависит от температуры, так у конденсатора 22 мкФ ESR уменьшалась от тепла пальцев на 10%. Это объясняет, почему некоторые фанатичные лампадные конструкторы специально делают подогрев конденсаторов в катодных цепях с помощью проволочных обогревателей. По этой причине, а также по причине имеющегося сопротивления контактов считаю, что в измерения тысячных долей Ом нет особой необходимости. На первом фото ЭПС конденсатора 0,03 Ом.Желающие подробнее ознакомиться с принципом работы данного устройства могут прочитать оригинальную статью на стр. 19, 20 «Радио» №8 за 2011 год.

↑ Моя печатная плата

Прилагаю печатную плату в формате LAY. Я стараюсь рисовать дорожки как можно шире, а расстояния между выводами делаю максимальными, не брезгую перемычками (будьте внимательны), если это упрощает изготовление платы.Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!

↑ Итого

Данный прибор работает у меня около месяца, его показания при измерениях конденсаторов с ESR в единицы Ом совпадают с прибором по схеме Ludens. Он уже прошёл проверку в боевых условиях, когда у меня перестал включаться компьютер из-за емкостей в блоке питания, при этом не было явных следов «перегорания», а конденсаторы были не вздувшимися.Точность показаний в диапазоне 0,01…0,1 Ом позволила отбраковать сомнительные и не выбрасывать старые выпаянные, но имеющие нормальную ёмкость и ESR конденсаторы. Прибор прост в изготовлении, детали доступны и дёшевы, толщина дорожек позволяет их рисовать даже спичкой. На мой взгляд, схема очень удачна и заслуживает повторения.

↑ Файлы

Печатная плата: ▼esr.rar 🕗 25/09/11 ⚖️ 14,22 Kb ⇣ 670Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства. Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!Пожертвовать на журнал Датагор и др. способы получения доступа. — Спасибо за внимание! Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор» Оригинальная статья в журнале «Радио» № 8 за 2011 год:▼radio-8-2011-esr-meter.7z 🕗 13/08/16 ⚖️ 1,09 Mb ⇣ 55Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства. Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!Пожертвовать на журнал Датагор и др. способы получения доступа. — Спасибо за внимание! Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»

Камрад, смотри полезняхи!

Сергей (Chugunov)РФ, МоскваСписок всех статейПрофиль ChugunovО себе автор ничего не сообщил.

Читательское голосование

Статью одобрили 64 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

13.08.16 изменил Datagor. Исправлена схема, дополнен текст

Поделись с друзьями!

Связанные материалы

Программа Galva v.1.85. Рисуем шкалы и шильдики… Недавно посчастливилось приобрести несколько измерительных головок магнитоэлектрической системы,… Электровакуумные приборы и основы их конструирования. Гуртовник и др…. Электровакуумные приборы и основы их конструирования. Гуртовник и др. Препарирование… Простой измеритель индуктивности — приставка к цифровому мультиметру… Практически каждый, кто увлекается электроникой, будь то начинающий, или опытный радиолюбитель,… Прибор для проверки конденсаторов: аналоговый ЭПС-метр… По долгу службы приходится заниматься ремонтом промышленной аппаратуры. Анализ неисправностей… Применение микроконтроллеров AVR. Схемы, алгоритмы, программы… Какой микроконтроллер выбрать? Где найти его описание? Где взять программу, обеспечивающую… ESR / ЭПС измеритель на стрелочном индикаторе М4761… Перечень необходимых приборов для домашней лаборатории радиолюбителя был бы неполным без измерителя… LIMP Arta Software — программный измеритель RCL… Продолжу описание программы LIMP из пакета фирмы Arta Software. С ее помощью можно определять… Избранное из «Радио» 1989/12… Камрады! Редакция журнала Радио разместила на своём сайте в отличном качестве все номера с 1924 по… LB3500 + LC7265. Цифровая шкала для УКВ/FM-приёмника… 1. Что такое цифровая шкала?В современных приёмниках и тюнерах есть много дополнительных сервисных… Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова. Универсальное, простое, надёжное… Существует множество вариантов зашиты АС от постоянного напряжения, щелчков при включении и… О чувствительности динамиков и АС, мощности и прочем… При постройке АС, особенно для ламповых усилителей, попадаются старые динамики, у которых… Сумматор каналов на ОУ. Теория и практика…. Не раз обращал внимание на то, что радиолюбители применяют в своих схемных решениях неоправданно…

Общаемся по статье 💬

«ESR (ЭПС) измеритель — приставка к цифровому мультиметру»

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

Так как по натуре своей я радиохламер, появилась необходимость иметь ЭПС-метр — измеритель эквивалентного последовательного сопротивления, известного так же как ESR.

Если коротко, то ЭПС конденсатора — очень капризная величина, зависящая от частоты протекающего через конденсатор переменного тока. Чаще всего измерять ЭПС нужно на переменном токе синусоидальной формы частотой 50 – 60 кГц.

В сети перебрал кучу схем, от простых до сложных. Остановился на конструкции, в которой используется микросхема К157ДА1. Достоинствами этой схемы были: линейная шкала индикатора, отсчёт слева направо и отсутствие необходимости переделки шкалы.

Напрягало то, что К157ДА1 – двухканальная, а в выбранной мной конструкции вторая половина этой микросхемы не задействована. Поэтому от оригинальной схемы пришлось отступить. В журнале «Радио» за 1992г. №7 была опубликована схема генератора синусоидальных колебаний как раз на микросхеме К157ДА1.

Вот такая в итоге получилась схема:

Эта схема позволяет измерять ЭПС конденсатора на двух поддиапазонах: 1Ом и 10 Ом (конечное значение) без выпаивания из схемы. Конденсаторы с более высоким значением ЭПС являются дефектными.

Как работает схема

На DA1.2 выполнен генератор синусоидальных колебаний частотой 50-60кгц (у меня получилось 57кгц). С выхода генератора сигнал поступает на транзистор VT2, который служит для согласования входных – выходных сопротивлений последующих каскадов. Резистор R12 ограничивает выходной ток.

Т.к. величина R12 значительно превышает сопротивление испытуемого конденсатора, то проходящий через него ток можно считать неизменным и определяемым только сопротивлением резистора R12. Падение напряжения на испытуемом конденсаторе будет прямо пропорционально внутреннему сопротивлению. Поэтому шкала прибора будет линейна.

Резисторы R13, R14 и диоды VD1 – VD4 образуют цепь разряда испытуемого конденсатора (если он не разряжен), а также ограничивают выходной сигнал при разомкнутых щупах. На транзисторе VT3 выполнен усилитель, на VT4 – буферный каскад.

На DA1.1 выполнен милливольтметр переменного тока, постоянное выходное напряжение которого пропорционально измеряемому переменному напряжению.

Особенность этого измерителя в том, что при отсутствии измеряемого конденсатора, к стрелочному индикатору (микроамперметру) приложено максимальное выходное напряжение (правда, ограниченное диодами VD1 – VD4). Это вызывает большую перегрузку микроамперметра и может привести к выходу его из строя. Для исключения такой перегрузки введена цепь защиты.

На VT5 выполнен пиковый индикатор, а VT6, VT7 образуют цепь защиты стрелочного индикатора.

Цепь защиты работает следующим образом. Когда величина выходного напряжения милливольтметра превысит допустимый уровень (такой, что величина падения напряжения на R30 превысит где-то 0,6 Вольт), транзисторы открываются, и выходное напряжение на стрелочном индикаторе уменьшается скачкообразно до некоторой величины. При дальнейшем увеличении напряжения оно уменьшается до нуля. Такая особенность защиты может ввести в заблуждение, т.к. если величина ЭПС предположим 15 Ом, то на индикаторе может отобразиться, например, 5 Ом. Чтобы этой путаницы избежать введён пиковый индикатор. Если ЭПС конденсатора больше 1 или 10 Ом (в зависимости от выбранного диапазона) — загорается светодиод VD5. Так, при разомкнутых щупах индикатор показывает 0, но горит светодиод, показывая перегрузку. А при замкнутых щупах на индикаторе тоже 0, только светодиод не горит, показывая, что сопротивление действительно равно нулю.

Конструкция и детали

Микросхема включена по питанию в однополярном варианте. Резисторы R1, R2, R24, R25 образуют искусственную среднюю точку. Конденсаторы С1 и С11 уменьшают уровень пульсаций. Если питающий стабилизатор хороший, то их можно не ставить. Резисторы R3, R5 и конденсаторы С2, С4 образуют мост Вина (частотозадающая цепь). Транзистор VT1 используется как регулируемое сопротивление, применил рекомендованный автором. Транзисторы VT2 и VT4 установил какие были под рукой. Транзисторы VT3 и VT5 — с большим h21э. Узел защиты с транзисторами VT6 и VT7, решил выполнить отдельно, чтобы упростить печатную плату. Номиналы переходных конденсаторов не критичны. Можно использовать от 0.1 до 0.01мкф. Если ошибиться с полярностью конденсатора С3, то схема работать не будет. Если прибор будет использоваться для проверки не разряженных конденсаторов (в схеме), то диоды VD1 – VD4 должны выдерживать прямой ток до 1 А. Микроамперметр может быть применён на ток 100 мкА, но это значение не критично. В своём варианте я применил микроамперметр от магнитофона (на 300 мкА). Корпус использовал от приставки – селектора каналов дециметрового диапазона. С платы этой приставки удалил все детали кроме выключателя сети, светодиода и переключателя 2ПК, который использовал для переключения предела измерения. На этой же плате смонтировал схему питания, установил стрелочный индикатор и плату прибора. В качестве индикатора предела измерения использовал два светодиодных индикатора АЛ304Г.

Налаживание прибора

Движок R10 установливаем в нижнее по схеме положение. Временно отключаем стрелочный индикатор. Вместо R3 и R5 впаиваем сдвоенный переменный резистор. Подаём питание, наблюдаем по осциллографу форму и частоту генерируемых колебаний. Сдвоенным резистором устанавливаем частоту несколько ниже номинальной. Т.к. конденсаторы С2 и С4 имеют разброс по ёмкости, возникает необходимость балансировки моста Вина. Для этого к одному из сдвоенных резисторов добавляем ещё один переменный резистор. И манипулируя им, добиваемся наименьших искажений и максимальной амплитуды. При этом контролируем численное значение частоты генерируемых колебаний. Чтобы получить правильную синусоиду, требуется дополнительная регулировка резисторов R4, R6 и R10.

Далее, — к разъёму Сх подпаиваем резистор 10 Ом (он будет эталоном второго поддиапазона). Изменяя R12, добиваемся величины падения напряжения меньше 100 мВ на эталонном резисторе.

Настраиваем милливольтметр. Вместо R29 и R30 впаиваем подстроечные резисторы, к R30 подключаем авометр в режиме измерения тока на 1 – 10ма. Изменяя R29, добиваемся показаний авометра кратных штатному стрелочному индикатору. То же самое можно проделать подбором R22 , изменяя чувствительность микросхемы. Подпаиваем штатный стрелочный индикатор и проводим окончательную регулировку, устанавливаем стрелку на последнее деление шкалы.

Настраиваем узел защиты. К разъёму Сх подпаиваем переменный резистор 20 ом. Движок этого резистора устанавливаем в положение минимального сопротивления. Плавно увеличивая сопротивление, переводим стрелку стрелочного индикатора максимально за пределы шкалы. Изменяя R30, добиваемся скачкообразного уменьшения показаний прибора. Снова на разъёме Сх устанавливаем сопротивление 10 Ом. Проверяем отклонение стрелки индикатора на конечное деление шкалы. Если показание не соответствует этому, снова проводим регулировку. Манипулируя R29 и R30, добиваемся правильных показаний стрелочного индикатора. Далее вместо подстроечных впаиваем постоянные резисторы. На разъёме Сх устанавливаем сопротивление 1 Ом. Резистором R26 добиваемся отклонения стрелки индикатора на конечное деление шкалы.

Настраиваем пиковый индикатор. На разъёме Сх устанавливаем сопротивление чуть больше 10 Ом. Изменяя величину R28, добиваемся зажигания светодиода.

На этом регулировка прибора заканчивается.

В своём варианте я использовал стрелочный индикатор от магнитофона, у которого два сектора: зелёный и красный. Для меня не важно численное значение ЭПС конденсатора, главное – годен или нет. Такое изображение шкалы значительно упрощает настройку системы защиты. Т.к. конец зелёного сектора это не конец всей шкалы и как следствие меньше перегружается стрелочный индикатор.

Узел защиты выполнен на отдельной плате и подпаян к стрелочному индикатору. Разъём Сх я использовал от старых телевизоров на семь штырьков, — 3 чёрных и 4 белых. Это позволяет проверять конденсаторы без щупов. Разъём с платой соединён коротким одножильным проводом диаметром 1мм.

Схема питания (рисунок слева). Если не использовать светодиодные индикаторы АЛ304Г, то часть схемы на транзисторах можно исключить.

Кликните, чтобы посмотреть фото собранного прибора [свернуть]У каждого радиолюбителя или электронщика в своей лаборатории имеется множество различных приборов и устройств. Одним из основных является конечно же измеритель параметров конденсаторов, с помощью которого можно легко проверить его внутреннее сопротивление или емкость. В наше время сейчас уже практически везде применяются импульсные источники питания, где параметр ЕСР конденсаторов является не мало важным параметром, от этого зависит качество, надежность работы всего устройства.Со временем ЕСР в конденсаторах увеличивается, что не есть хорошо, конденсатор с повышенным внутренним сопротивлением на плате импульсного источника питания, приводит к повышению пульсаций выходного напряжения и быстрому выходу его из строя, конденсатор очень сильно начинает нагреваться, происходит деформация корпуса, даже может попросту взорваться.При ремонте аппаратуры или сборке какого либо устройства, такой конденсатор обычным омметром проверить не получиться, здесь понадобится специальный прибор который способен измерить внутреннее сопротивление конденсатора, такой прибор стоит денег. Я предлагаю вам собрать самостоятельно такой прибор, очень удобный и точный. Все необходимое для сборки этого прибора найдете по ссылке в конце статьи.Преимущество такого устройство в том, что сердцем данного прибора является микроконтроллер attny2313 в местном радиомагазине такой микроконтроллер в дип корпусе стоит не дорого около 80 рублей. Для визуального контроля за показаниями в схеме предусмотрен ЖК дисплей 0802, который имеет две строки по 8 символов в каждой, можно использовать и другой, например 1602 только половина дисплея не будет использована, я использовал 0802, такие жк дисплеи можно найти в Китае стоят они там копейки. Пожалуй это самое дорогое что есть в схеме. Все остальное, резисторы, транзисторы, диоды также можно купить готовые на том же Али Экспресс или выдрать например с других не нужных плат.После сборки устройства необходимо настроить контрастность дисплея, для этого крутим подстроечный резистор R19 крутим до тех пор пока на экране не появится информация. Если на экране нет ничего, то проверяйте правильность монтажа на ошибки, исправность деталей и правильность прошивки контроллера. Если все хорошо заработало то нажимаем на кнопку которая расположена на плате устройства сверху от контроллера, при этом в прошивку вносятся изменения на быстроту срабатывания прибора. Теперь нам понадобится несколько конденсаторов, желательно новых хорошего качества от 220 до 470 мкф на разные напряжения, подключаем конденсатор к выходным клеммам и подбором резистора R2(в моем случае стоит многооборотистый резистор) добиваемся показаний на жк экране, оно должно примерно совпадать с емкостью этого конденсатора. Далее берем конденсатор например на 470 мкф подключаем его к прибору и подбором резисторов R6, R9, R10 (на плате у меня они подстроечные много оборотистые) добиваемся показаний ЕСР близких к показаниям которые указаны в таблице, в этой таблице указаны максимально допустимые параметры ЕСР. Теперь уже можно использовать конденсаторы и от 1мкф. Когда я собрал данный девайс я был удивлен как он быстро и точно измерят показания конденсаторов. Взял несколько конденсаторов и проверил, сразу же выявил с повышенным внутренним сопротивлением и пониженной емкостью на фото видно это старый советский электролит марки К50-6 500мкф 25 вольт, на экране видно как он потерял емкость и повышенный ЕСР. Такой конденсатор сразу в мусор, он не сможет работать нормально в высокочастотных цепях. Также проверил еще несколько, на фото видно все параметры конденсаторов которые я проверил.

В качестве корпуса я использовал готовый приборный корпус который покупал в местном радиомагазине места в нем предостаточно, слева расположилась плата самого устройства снизу от нее стоит литиевый аккумулятор формата 18650, который осуществляет питание прибора справа расположен преобразователь напряжения, который повышает напряжение до 9 вольт. Это напряжение поступает на схему прибора и там уже стабилизируется до 5 вольт, в качестве стабилизатора напряжения используется линейный стабилизатор L7805 в корпусе ТО220 можно и заменить на отечественный аналог КР142ЕН5А (КРЕН5А). В приборе также предусмотрена схема зарядки аккумулятора на микросхеме TP4056. Даже если в не подходящий момент аккумулятор сядет, то можно поставить его на зарядку и также производить измерения.На боковую стенку корпуса я вывел два светодиода для визуального контроля заряда. Оранжевый заряд идет, зеленый заряд окончен и также разъем под мини джэк 3.5 мм для подключения зарядного устройства, это может быть старая зарядка от сотового телефона на 5 вольт. Я пока заряжаю от своего лабораторного блока питания. На боковой стенки корпуса слева разместились разъемы типа банан для подключения испытуемых конденсаторов. На лицевой панели имеется таблица с максимально допустимыми параметрами ЕСР, жк дисплей, кнопка питания со светодиодом (хотя можно и без него) кнопку я поставил в разрыв питания преобразователя, чтобы аккумулятор не расходовал лишнею энергию во время простоя. Такой прибор с лекгостью даст фору готовым устройствам которые продаются в Китае и согласитесь, что когда вы собираете какое либо устройство тратите время и силы на его изготовление, настройку и т д это намного приятнее чем просто пойти в магазин и купить готовый. Подробнее об устройстве можно посмотреть в видеоролике ниже. [media=https://www.youtube.com/watch?v=pb3G04SuJ58]</span>Используемые источники:

• https://datagor.ru/practice/diy-tech/1794-esr-meter-eps-pristavka-k-multimetru.html
• https://radiohlam.ru/epsmeter/
• https://usamodelkina.ru/14345-izmeritel-emkosti-i-esr-kondensatorov-na-mikrokontrollere-attiny2313.html