- Måling av kondensator ESR
- Deleliste
- Kretsdiagram
- Beregning av ESR av kondensator
- Eksempel: Måling av ESR for en 100uf elektrolytisk kondensator
Kondensatorer virker fine til du kommer til det punktet hvor en strømforsyning mislykkes eller nekter å prestere optimalt. Og hvis problemet er støy, er det en enkel løsning, du legger bare til flere kondensatorer. Men det løser det ikke. Hva kan være galt?
Problemet oppstår fra den naive antagelsen om at kondensatorer (i stor grad) er 'ideelle' enheter, mens de faktisk ikke er det. Disse uønskede effektene skyldes noe som kalles intern motstand eller ESV (Equivalent Series Resistance). Kondensatorer har en begrenset indre motstand på grunn av materialene som brukes i konstruksjonen. Vi har forklart ESR og ESL i kondensatorer i detaljer i forrige artikkel.
Ulike typer kondensatorer har forskjellige ESR-områder. For eksempel har elektrolytkondensatorer generelt høyere ESR enn keramiske kondensatorer. For mange applikasjoner blir det viktig å måle kondensatorens interne motstand. Og i dag i denne artikkelen vil vi bygge et ESR-meter og lære å måle ESR av kondensator ved hjelp av 555 Timer IC og Transistors.
Måling av kondensator ESR
I begynnelsen kan ESR-måling virke som en enkel oppgave.
Motstand kan enkelt bestemmes ved å påføre en konstant strøm og måle spenningsfallet over enheten som testes.
Hva om vi bruker en konstant strøm til en kondensator? Spenningen stiger lineært og settes til en verdi bestemt av forsyningsspenningen, som (for våre formål) er ubrukelig.
På dette tidspunktet er det på tide å gå tilbake til noe vi lærte på skolen - " Kondensatorer blokkerer DC og passerer AC"
Etter å ha gjort noen enkle konklusjoner, forstår vi at kondensatorer i utgangspunktet er kortslutning ved høye frekvenser, og at den kapasitive delen er 'kortsluttet' fra kretsen, og hele spenningen faller over den interne motstanden.
Fordelen med denne metoden er at vi ikke en gang trenger å kjenne strømmen hvis vi vet den interne motstanden til signalkilden som brukes, for nå danner ESR og intern motstand (av kilden) en spenningsdeler, forholdet mellom motstand er forholdet mellom spenningsfallet, og å vite tre kan vi enkelt bestemme den andre.
Et oscilloskop brukes til å måle bølgeformene ved inngangen og kondensatoren.
Deleliste
For oscillatoren:
1. 555 timer - både CMOS og bipolar fungerer bra, men CMOS anbefales for høye frekvenser
2. 100K potensiometer - brukes til frekvensjustering
3. 1nF kondensator - timing
4. 10uF keramisk kondensator - frakobling
Power Stage:
1. BC548 NPN bipolar transistor
2. BC558 PNP bipolar transistor
Et raskt notat om valget av transistorer - hvilken som helst liten signaltransistor med høy forsterkning (300 og oppover) og en litt stor strøm (50mA +) vil fungere bra.
3. 560Ω basemotstand
4. 47Ω utgangsmotstand - dette kan være alt fra 10Ω til 100Ω.
Kretsdiagram
Nedenfor er kretsskjemaet for denne ESR kondensator-testkretsen -
Denne ESR Meter Circuit kan deles inn i to seksjoner, 555 timer og utgangstrinnet.
1. Oscillatoren 555:
555-kretsen er en konvensjonell, astabel multivibrator som legger ut en firkantbølge med en frekvens på noen hundre kilohertz. På denne frekvensen fungerer nesten alle kondensatorer som en kort. 100K potten tillater frekvensjustering for å få lavest mulig spenning over hetten.
2. Power Stage:
Dette er en løsning på et annet problem. Vi kunne koble kondensatoren direkte til utgangen til 555-timeren, men da trenger vi å kjenne utgangsimpedansen nøyaktig.
For å eliminere dette brukes et push-pull-utgangstrinn med seriemotstand. Motstanden gir utgangsimpedansen.
Slik ser den komplette maskinvaren til denne ESR Meter-kretsen ut:
Beregning av ESR av kondensator
Fra spenningsdelerligningen utledes følgende formel:
ESR = (V CAP • R OUTPUT) / (V OUTPUT - V CAP)
Der ESR er kondensatorens interne motstand, er V CAP signalet over kondensatoren (målt ved node CAP +), R OUTPUT er utgangsmotstanden til kraftstrinnet (her, 47 ohm) og V OUTPUT er utgangssignalsspenningen som målt ved punkt A i kretsen.
Når du bruker denne kretsen, anbefales det å sette omfangssonden til 1X for å øke følsomheten og redusere båndbredden for å bli kvitt noe av støyen for å gjøre en nøyaktig måling.
Først måles topp til toppspenning ved punkt A, foran impedansen og noteres. Deretter er kondensatoren festet. Zoom inn til du ser en firkantbølge. Vri potten til bølgeformen ikke blir mindre.
Avhengig av typen kondensator, bør topp til toppspenning for den resulterende bølgeformen være i størrelsesorden noen titalls eller hundrevis av millivolt.
Eksempel: Måling av ESR for en 100uf elektrolytisk kondensator
Her er den rå utgangsbølgeformen til kraftstadiet:
Og her er spenningen på kondensatoren. Legg merke til all støyen som er lagt på signalet - vær forsiktig med målingen.
Når du plugger inn verdiene i formelen, får vi en ESR på 198mΩ.
Kondensatorens ESR er en viktig parameter når man designer strømkretser, og her har vi bygget en enkel ESR-måleenhet basert på 555-timeren.