- Mätning av kondensator ESR
- Dellista
- Kretsschema
- Beräkning av ESR för kondensator
- Exempel: Mätning av ESR för en 100uf elektrolytkondensator
Kondensatorer verkar bra tills du kommer till den punkt där en strömförsörjning misslyckas eller vägrar att fungera optimalt. Och om problemet är buller finns det en enkel lösning, du lägger bara till fler kondensatorer. Men det löser inte det. Vad kan vara fel?
Problemet uppstår från det naiva antagandet att kondensatorer (i stor utsträckning) är "ideala" enheter, medan de faktiskt inte är det. Dessa oönskade effekter beror på något som kallas internt motstånd eller ESR (Equivalent Series Resistance). Kondensatorer har ett begränsat inre motstånd på grund av de material som används i deras konstruktion. Vi har förklarat ESR och ESL i kondensatorer i detaljer i föregående artikel.
Olika typer av kondensatorer har olika ESR-intervall. Till exempel har elektrolytkondensatorer i allmänhet högre ESR än keramiska kondensatorer. För många applikationer blir det viktigt att mäta kondensatorernas interna motstånd. Och idag i den här artikeln kommer vi att bygga en ESR-mätare och lära oss hur man mäter kondensatorns ESR med hjälp av 555 Timer IC och Transistors.
Mätning av kondensator ESR
Från början kan ESR-mätning verka som en lätt uppgift.
Motstånd kan enkelt bestämmas genom att applicera en konstant ström och mäta spänningsfallet över enheten som testas.
Vad händer om vi applicerar en konstant ström på en kondensator? Spänningen stiger linjärt och sätter sig till ett värde som bestäms av matningsspänningen, vilket (för våra ändamål) är värdelöst.
Vid denna tidpunkt är det dags att gå tillbaka till något vi lärde oss i skolan - " Kondensatorer blockerar DC och passerar AC"
Efter att ha gjort några enkla slutsatser förstår vi att kondensatorer i grunden är en kortslutning vid höga frekvenser och den kapacitiva delen är "kortsluten" från kretsen och hela spänningen tappas över det interna motståndet.
Fördelen med denna metod är att vi inte ens behöver känna till strömmen om vi känner till det interna motståndet hos signalkällan som används, för nu bildar ESR och internt motstånd (av källan) en spänningsdelare, förhållandet mellan motstånd är förhållandet mellan spänningsfallet och att veta tre kan vi enkelt bestämma den andra.
Ett oscilloskop används för att mäta vågformerna vid ingången och vid kondensatorn.
Dellista
För oscillatorn:
1. 555 timer - både CMOS och bipolär fungerar bra, men CMOS rekommenderas för höga frekvenser
2. 100K potentiometer - används för frekvensjustering
3. 1nF kondensator - timing
4. 10uF keramisk kondensator - frikoppling
Power Stage:
1. BC548 NPN bipolär transistor
2. BC558 PNP bipolär transistor
En snabb anteckning om valet av transistorer - vilken litet signaltransistor som helst med hög förstärkning (300 och uppåt) och en något stor ström (50mA +) fungerar bra.
3. 560Ω basmotstånd
4. 47Ω utgångsmotstånd - detta kan vara allt från 10Ω till 100Ω.
Kretsschema
Nedan är kretsschemat för denna ESR kondensator testkrets -
Denna ESR-mätarkrets kan delas in i två sektioner, 555-timern och utgångssteget.
1. Oscillatorn 555:
555-kretsen är en konventionell astabel multivibrator som sätter ut en fyrkantvåg med en frekvens på några hundra kilohertz. Vid denna frekvens fungerar nästan alla kondensatorer som en kort. 100K-potten tillåter frekvensjustering för att få lägsta möjliga spänning över locket.
2. Power Stage:
Detta är en lösning på ett annat problem. Vi kunde direkt ansluta kondensatorn till utgången på 555-timern, men då skulle vi behöva veta utgångsimpedansen exakt.
För att eliminera detta används ett push-pull-utgångssteg med ett seriemotstånd. Motståndet ger utgångsimpedansen.
Här är hur den kompletta hårdvaran för denna ESR-mätarkrets ser ut:
Beräkning av ESR för kondensator
Från spänningsdelningsekvationen härleds följande formel:
ESR = (V CAP • R OUTPUT) / (V OUTPUT - V CAP)
Där ESR är kondensatorns interna motstånd är V CAP signalen över kondensatorn (uppmätt vid nod CAP +), R OUTPUT är utgångsmotståndet för effektsteget (här, 47 ohm) och V OUTPUT är utsignalens spänning som uppmätt vid punkt A i kretsen.
När du använder den här kretsen rekommenderas att du ställer in omfångssonden till 1X för att öka känsligheten och minska bandbredden för att bli av med en del av bruset för att göra en noggrann mätning.
Först mäts topp till toppspänning vid punkt A, före impedansen och noteras. Sedan är kondensatorn ansluten. Zooma in tills du ser en fyrkantig våg. Vrid potten tills vågformen inte blir mindre.
Beroende på typen av kondensator bör den resulterande vågformens topp till toppspänning vara i storleksordningen några tiotals eller hundratals millivolt.
Exempel: Mätning av ESR för en 100uf elektrolytkondensator
Här är den råa utgångsvågformen för kraftsteget:
Och här är spänningen vid kondensatorn. Observera allt buller som ligger ovanpå signalen - var försiktig med mätningen.
Genom att koppla in värdena i formeln får vi en ESR på 198mΩ.
Kondensatorns ESR är en viktig parameter vid utformning av effektkretsar och här har vi byggt en enkel ESR-mätanordning baserad på 555-timern.