ESR-метр

23.12.2015 19:16

В первый раз слышите "ESR"? А ну-ка бегом читать эту статью!

Итак, для чего нам вообще собирать ESR-метр? Для тех, кто поленился читать статью про ESR давайте вспомним, чем оно нам вредит.  Дело в том, что сейчас почти во всей электронной аппаратуре используются импульсные блоки питания. В этих импульсных блоках питания "гуляют" высокие частоты и некоторые из этих частот проходят через электролитические конденсаторы. Если вы читали статью конденсатор в цепи постоянного и  переменого тока, то наверняка помните, что высокие частоты конденсатор пропускает через себя почти без проблем. И проблем тем меньше, чем выше частота. Это, конечно, в идеале. В  реальности же в каждом кондесаторе "спрятан" резистор. А какая мощность будет выделяться на резисторе?

P=I2xR

где

P  - это мощность, Ватт

I - сила тока, Ампер

R - сопротивление, Ом

 

А как вы знаете, мощность, которая рассеивается на резисторе - это и есть тепло ;-) И что тогда у нас получается? Конденсатор тупо превращается в маленькую печку)). Нагрев конденсатора  - эффект очень нежелательный, так как при нагреве в лучшем случае он  меняет свой номинал, а в худшем  - просто раскрывается розочкой). Такие кондеры-розочки использовать уже нельзя.

Вздувшиеся электролитические конденсаторы - это большая проблема современной техники. Очень много отказов в работе электроники бывает именно по их вине. Визуально это проявляется в появлении припухлости в верхней части конденсатора. Видите небольшие прорези на шляпе этих конденсаторов? Это делается для того, чтобы такой конденсатор не разрывался от предсмертного шока и не забрызгивал всю плату электролитом, а ровненько надрывал тонкую часть прорези и испускал тихий спокойных выдох. У советских конденсаторов таких прорезей не было, и поэтому если они и бахали, то делали это громко, эффектно и задорно)))

 

Но иногда бывает и так, что внешне такой конденсатор ничем не отличается от простых рабочих кондеров, а ESR очень велико. Поэтому для проверки таких конденсаторов и был создан прибор под названием ESR-метр. У меня например ESR-метр идет в комплекте  с Транзистор-метром:

Минус данного прибора в том, что им можно замерять ESR только демонтированных конденсаторов. Если мерять прямо на плате, то он выдаст полную ахинею.

 

 

В интернете очень давно гуляет схема простенького ESR-метра, а точнее - приставки к мультиметру.  С помощью него можно спокойно замерить ESR кондера, даже не выпаивая его из платы. Давайте же  рассмотрим схемку нашей приставки. Кликните по ней, и схема откроется в новом окне и в полный рост:

Вместо "Cx" (в штриховом прямоугольнике) мы здесь ставим конденсатор, у которого замеряем ESR.

 

 

Для того, чтобы не травить лишний раз плату, я взял макетку и спаял на ней. На Али я взял целый набор этих макеток. Это получается даже дешевле, чем покупать фольгированный текстолит.

Использовал вот такую макетку:

 

 

С обратной стороны макетной платы для связи радиоэлементов использовал провод МГТФ

Вы легко его узнаете по розовой  окраске. Хотя бывают и другого цвета, но в основном розовый.

Что это за "фрукт"? МГТФ расшифровывается как Монтажный, Гибкий, Теплостойкий, в Фторопластовой изоляции. Этот провод  отлично подходит для электронных поделок, так как при пайке его изоляция не плавится. Это только один из плюсов.

 

 

Обратную сторону с проводами МГТФ  я показывать не буду). Там ничего интересного нет).

После сборки макетная плата выглядит вот так:

 

 

Микросхемы я по привычке всегда ставлю в панельки:

При своей стоимости, панельки позволяют быстро сменить микросхему. Особенно это актуально для дорогих микроконтроллеров. Вдруг понадобится МК для других целей?)

 

 

Для подачи питания с батарейки на платку, я воспользовался стандартной клеммой от старого мультиметра:

Как быть, если у вас нет такой клеммы, а подать питание с Кроны необходимо? В таком случае, у вас наверняка есть старая батарейка Крона, так ведь? Аккуратно вскрываем корпус, снимаем клеммы батарейки, подпаиваем проводки и у нас готова клемма для подключения к новой батарейке. На крайний случай их можно также купить на Али. Выбор огромный.

 

 

Прибор выполнен в виде приставки к любому цифровому мультиметру:

Здесь есть одно "но".  Так как мы измеряем на пределе 200 миллиВольт постоянного напряжения (DCV), то и значения мы получим не в Омах или миллиОмах, а в миллиВольтах, которые затем, сверяясь со значениями полученными при калибровке прибора, мы должны будем перевести в Омы.

 

 

А вот и мой самопальный щуп:

Подобные приборы не любят длинных проводов-щупов, идущих к ножкам конденсатора, и поэтому я был вынужден сделать подобие пинцета, собранное из двух половинок фольгированного текстолита.

 

 

Внутри корпуса платка  выглядит примерно вот так:

Провода, идущие к пинцету,  закреплены каплей термоклея. Между щупами, идущими к мультиметру, стоит конденсатор керамика 100 нанофарад с целью снизить уровень помех. В схеме применен подстроечный резистор на 1,5 КилоОма. С помощью этого резистора мы и будем калибровать наш приборчик.

 

 

 

Калибровка прибора

 

После того  как все собрали, приступаем к калибровке (настройке) нашего ESR-метра пошагово:

1)Если у вас есть осциллограф, замеряем на измерительных щупах напряжение с  частотой 120-180 КилоГерц. Если замеряемая частота не укладывается в этот диапазон, то меняем значение резистора R3.

 

2) Цепляем мультиметр и ставим его крутилку на измерение миллиВольт постоянного напряжения.

 

3) Берем резистор номиналом в 1 Ом и цепляем его к измерительным щупам. В данном случае, к нашему самопальному пинцету.

 

4) Добиваемся того, чтобы мультиметр показал значение в 1 миллиВольт, меняя значение подстроечного резистора R1

 

5) Теперь берем сопротивление 2 Ома, и не меняя значение R1 записываем показания мультиметра

 

6) Берем 3 Ома и снова записываем показания и тд. Думаю, до 8-10 Ом вам таблички хватит вполне.

 

Например, мы можем выставить соответствие 1 миллиВольт - это 1 Ом, и т. д., хотя я предпочел настроить 4,8 миллиВольт – 1 Ом, для того чтобы была возможность точнее измерять низкие значения сопротивления. При замыкании щупов – контактов пинцета на дисплее мультиметра значение 2,8 миллиВольт. Сказывается сопротивление проводов-щупов. Это у  нас типа 0 Ом ;-).

Приведу для ознакомления значения измерений низкоомных резисторов: при измерении резистора 0,68 Ом значения равны 3,9 милливольт, 1 ом - 4,8 милливольт, 2 Ома – 9,3 милливольта. У меня получилась вот такая табличка, которую я потом и наклеил на свой прибор

При измерении сопротивления в 10 Ом на экране уже показание 92,5 миллиВольт. Как мы видим, зависимость не пропорциональная.

 

 

После того, как я сделал замеры, смотрю в другую табличку:

Слева - номинал конденсатора, вверху - значение напряжения, на которое рассчитан этот конденсатор. Ну и, собственно, в  таблице максимальное значение ESR конденсатора, который можно  использовать в ВЧ схемах.

 

 

Давайте попробуем замерить ESR  у двух импортных и одного отечественного конденсатора

 

 

Как вы видите, импортные конденсаторы обладают очень маленьким ESR. Советский конденсатор показывает уже большее значение. Оно и не удивительно. Старость не в радость).

 

Некоторые замечания по поводу работы схемы:

1)Для более-менее точных измерений, желательно, чтобы питание нашего ESR-метра было всегда стабильное. Если батарейка разрядится хотя бы на 1 Вольт, то показания ESR также будут уже с погрешностью. Так что лучше постарайтесь давать питание на ESR-метр всегда стабильное. Как я уже сказал, для этого можно использовать внешний блок питания или собрать схемку на 7809 микросхеме. Например, блок питания можно собрать  по этой схеме.

 

2) Показания, которые выдает наша самоделка, не говорят о том, что наш самопальный прибор с  великой точностью замеряет ESR. Скорее всего, его можно отнести к пробникам. А что делают пробники? Отвечают в основном на два вопроса: да или нет ;-). В данном случае прибор "говорит", можно ли использовать такой конденсатор или лучше все-таки поставить его в НЧ (НизкоЧастотную) схему.

 

Данный пробник может собрать любой, даже начинающий радиолюбитель, если у него вдруг возникнет потребность заняться ремонтами. А вот и видос его работы:

 

 

PS: Как показали дальнейшие тесты, прибор работал немного нестабильно. Тогда я стал искать способы решения этой проблемы, которая заключалась скорее всего в нестабильном напряжении питания. Поискав информацию на данную микросхему я выяснил, что она вполне допускает напряжение питания 5 Вольт. Тогда я решил спаять на макетной плате простую схемку со стабилизатором 7805 в корпусе TO-220, поставив помимо самого стабилизатора, еще два конденсатора, согласно даташиту. Питалась данная схемка от батареи Кроны, с установленным между входом 7805, и плюсовым контактом кроны, клавишным выключателем, для облегчения подачи-снятия питания со схемы прибора. Результат превзошел все ожидания... Намного улучшилась стабильность работы прибора. Теперь при подключении прибора к другому мультиметру, показания при коротком замыкании щупов отличаются всего на 0,1 миллиВольт. После того как я выставил вращением движка подстроечного резистора 2,7 миллиВольт на экране мультиметра, мне пришлось заново откалибровать прибор. Зависимость милливольт\Ом сбилась, но как оказалось в результате намного улучшилась детальность при измерениях низких сопротивлений, приблизительно равных 0,1-0,2 Ома., что может быть важным при отбраковке конденсаторов большой емкости. Если ранее прибор при измерении значений ESR подобных конденсаторов показывал практически, что у нас сопротивление равно короткому замыканию щупов. Теперь же стало возможным различать сопротивления, если верить таблице годности конденсаторов, равные порядка 0,1- 0,2 Ома,что означает на практике возможность использования прибора для более серьезных целей нежели раньше, когда мы могли использовать его только как пробник. "

Автор - Андрей Симаков

 

Читайте также:

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

 

Универсальный R/L/C/Transistor-metr

 

Мультиметр