Circuit de compteur ESR simple

Le message traite d'un simple circuit de compteur ESR qui peut être utilisé pour identifier les mauvais condensateurs dans un circuit électronique sans les retirer pratiquement de la carte de circuit imprimé. L'idée a été sollicitée par Manual Sofian

Spécifications techniques

Avez-vous un schéma sur le compteur ESR. Les techniciens me recommandent de vérifier d'abord l'électrolyse à chaque fois que je trouve un circuit mort, mais je ne sais pas comment le mesurer.

Merci d'avance pour votre réponse.

Qu'est-ce que l'ESR

ESR qui signifie Equivalent Series Resistance est une valeur de résistance négligeable qui devient normalement une partie de tous les condensateurs et inductances et apparaît en série avec leurs valeurs unitaires réelles, cependant dans les condensateurs électrolytiques en particulier, en raison du vieillissement, la valeur ESR pourrait continuer à augmenter à des niveaux anormaux affectant négativement la qualité globale et la réponse du circuit impliqué.

L'ESR en développement dans un condensateur particulier peut augmenter graduellement d'aussi bas que quelques milliohms à aussi haut que 10 ohms, affectant gravement la réponse du circuit.

Cependant, l'ESR expliqué ci-dessus ne signifie pas nécessairement que la capacité du condensateur serait également affectée, en fait la valeur de la capacité pourrait rester intacte et bonne, tout en détériorant les performances du condensateur.

C'est en raison de ce scénario qu'un capacimètre normal ne parvient pas du tout à détecter un condensateur défectueux affecté avec une valeur ESR élevée et un technicien trouve que les condensateurs sont en bon état en termes de valeur de capacité, ce qui rend le dépannage extrêmement difficile.

Lorsque les capacimètres et ohms-mètres normaux deviennent totalement inefficaces pour mesurer ou détecter une ESR anormale dans des condensateurs défectueux, un compteur ESR devient extrêmement pratique pour identifier de tels dispositifs trompeurs.

Différence entre ESR et capacité

Fondamentalement, la valeur ESR d'un condensateur (en ohms) indique la qualité du condensateur.

Plus la valeur est basse, plus les performances de fonctionnement du condensateur sont élevées.

Un test ESR nous fournit un avertissement rapide du dysfonctionnement du condensateur, et est beaucoup plus utile par rapport à un test de capacité.

En fait, plusieurs électrolytiques défectueux peuvent présenter OKAY lorsqu'ils sont examinés à l'aide d'un capacimètre standard.

Dernièrement, nous avons parlé à de nombreuses personnes qui ne soutiennent pas la signification de l'ESR et dans quelle perception elle est unique du point de vue de la capacité.

Par conséquent, je pense qu'il vaut la peine de fournir un extrait d'une actualité technologique sur un magazine réputé écrit par Doug Jones, le président d'Independence Electronics Inc. Il répond efficacement aux préoccupations de l'ESR. «ESR est la résistance naturelle active d'un condensateur contre un signal alternatif.

Une ESR plus élevée peut entraîner des complications à constante de temps, un réchauffement des condensateurs, une augmentation de la charge du circuit, une défaillance globale du système, etc.

Quels problèmes l'ESR peut-il causer?

Une alimentation à découpage avec des condensateurs ESR élevés peut ne pas démarrer de manière optimale ou tout simplement ne pas démarrer du tout.

Un écran de télévision pourrait être incliné des côtés / haut / bas en raison d'un condensateur ESR élevé. Cela peut également entraîner des pannes prématurées de diodes et de transistors.

Tous ces problèmes et bien d'autres sont généralement induits par des condensateurs avec une capacité appropriée mais une grande ESR, qui ne peuvent pas être détectés comme un chiffre statique et pour cette raison ne peuvent pas être mesurés avec un capacimètre standard ou un ohmmètre CC.

ESR n'apparaît que lorsqu'un courant alternatif est connecté à un condensateur ou lorsque la charge diélectrique d'un condensateur change constamment d'état.

Cela peut être considéré comme la résistance CA totale en phase du condensateur, combinée à la résistance CC des fils du condensateur, la résistance CC de l'interconnexion avec le diélectrique du condensateur, la résistance de plaque du condensateur et le CA en phase du matériau diélectrique. résistance à une fréquence et une température spécifiques.

Tous les éléments à l'origine de la formation de l'ESR pourraient être considérés comme une résistance en série avec un condensateur. Cette résistance n'existe pas vraiment en tant qu'entité physique, donc une mesure immédiate sur la «résistance ESR» n'est tout simplement pas possible. Si, d'autre part, une approche qui aide à corriger les résultats de la réactance capacitive est accessible, et en considérant que toutes les résistances sont en phase, l'ESR pourrait être déterminée et testée en utilisant la formule électronique fondamentale E = I x R!

MISE À JOUR d'une alternative plus simple

Le circuit basé sur un ampli opérationnel donné ci-dessous semble complexe, sans aucun doute, donc après réflexion, je pourrais proposer cette idée simple pour évaluer rapidement l'ESR de n'importe quel condensateur.

Cependant pour cela, vous devrez d'abord calculer la quantité de résistance que possède idéalement le condensateur particulier, en utilisant la formule suivante:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• où Xc = réactance (résistance en Ohms),
• pi = 22/7
• f = fréquence (prenez 100 Hz pour cette application)
• C = valeur du condensateur en Farads

La valeur Xc vous donnera la résistance équivalente (valeur idéale) du condensateur.

Ensuite, trouvez le courant à travers la loi d'Ohm:

I = V / R, ici V sera 12 x 1,41 = 16,92 V, R sera remplacé par Xc comme obtenu à partir de la formule ci-dessus.

Une fois que vous avez trouvé le courant nominal idéal du condensateur, vous pouvez ensuite utiliser le circuit pratique suivant pour comparer le résultat avec la valeur calculée ci-dessus.

Pour cela, vous aurez besoin des matériaux suivants:

• Transformateur 0-12V / 220V
• 4 diodes 1N4007
• Compteur à bobine mobile FSD 0-1 A, ou tout ampèremètre standard

Le circuit ci-dessus fournira une lecture directe de la quantité de courant que le condensateur est capable de fournir à travers lui.

Notez le courant mesuré à partir de la configuration ci-dessus et le courant obtenu à partir de la formule.

Enfin, utilisez à nouveau la loi d'Ohm, pour évaluer les résistances des deux lectures de courant (I).

R = V / I où la tension V sera 12 x 1,41 = 16,92, «I» sera conforme aux lectures.

Obtention rapide de la valeur idéale d'un condensateur

Dans l'exemple ci-dessus, si vous ne souhaitez pas effectuer les calculs, vous pouvez utiliser la valeur de référence suivante pour obtenir la réactance idéale d'un condensateur, pour la comparaison.

Selon la formule, la réactance idéale d'un condensateur de 1 uF est d'environ 1600 Ohms à 100 Hz. Nous pouvons prendre cette valeur comme critère et évaluer la valeur de tout condensateur souhaité par une simple multiplication croisée inverse comme indiqué ci-dessous.

Supposons que nous voulions obtenir la valeur idéale d'un condensateur de 10 uF, ce serait tout simplement:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohms

Nous pouvons maintenant comparer ce résultat, avec le résultat obtenu en résolvant le courant de l'ampèremètre en loi d'Ohm. La différence nous dira sur l'ESR effective du condensateur.

REMARQUE: La tension et la fréquence utilisées dans la formule et la méthode pratique doivent être identiques.

Utilisation d'un ampli opérationnel pour créer un simple compteur ESR

Un compteur ESR peut être utilisé pour déterminer la santé d'un condensateur douteux lors du dépannage d'un ancien circuit ou unité électronique.

De plus, l'avantage de ces instruments de mesure est qu'ils peuvent être utilisés pour mesurer l'ESR d'un condensateur sans qu'il soit nécessaire de retirer ou d'isoler le condensateur de la carte de circuit imprimé, ce qui rend les choses assez faciles pour l'utilisateur.

La figure suivante montre un circuit de compteur ESR simple qui peut être construit et utilisé pour les mesures proposées.

Schéma

Comment ça fonctionne

Le circuit peut être compris de la manière suivante:

TR1 avec le transistor NPN attaché forme un simple oscillateur de blocage déclenché par rétroaction qui oscille à une fréquence très élevée.

Les oscillations induisent une amplitude proportionnelle de tension aux bornes des 5 tours secondaires du transformateur, et cette tension haute fréquence induite est appliquée aux bornes du condensateur en question.

Un amplificateur opérationnel peut également être vu attaché avec l'alimentation haute fréquence basse tension ci-dessus et est configuré comme un amplificateur de courant.

En l'absence d'ESR ou dans le cas d'un nouveau bon condensateur, le compteur est réglé pour indiquer une déviation à pleine échelle indiquant une ESR minimale à travers le condensateur qui descend proportionnellement vers zéro pour différents condensateurs ayant différentes quantités de niveaux ESR.

Une ESR inférieure provoque le développement d'un courant relativement plus élevé à travers l'entrée de détection inverseuse de l'amplificateur opérationnel qui est affiché en conséquence dans le compteur avec un degré de déviation plus élevé et vice versa.

Le transistor BC547 supérieur est introduit en tant qu'étage régulateur de tension de collecteur commun afin de faire fonctionner l'étage d'oscillateur avec un 1,5 V inférieur de sorte que l'autre dispositif électronique dans la carte de circuit imprimé autour du condensateur à tester soit maintenu sous une contrainte nulle de la fréquence de test de le compteur ESR.

Le processus d'étalonnage du compteur est facile. En maintenant les cordons de test en court-circuit, le préréglage 100k près du compteur uA est ajusté jusqu'à ce qu'une déviation à pleine échelle soit obtenue sur le cadran du compteur.

Après cela, différents condensateurs avec des valeurs ESR élevées pourraient être vérifiés dans le compteur avec des degrés de déflexion proportionnellement inférieurs, comme expliqué dans la section précédente de cet article.

Le transformateur est construit sur n'importe quel anneau de ferrite, en utilisant n'importe quel mince fil magnétique avec le nombre de tours indiqué.

Un autre testeur ESR simple avec une LED

Le circuit fournit une résistance négative pour terminer l'ESR du condensateur qui est en cours de test, créant une résonance série continue à travers une inductance fixe. La figure ci-dessous montre le schéma de circuit du compteur esr. La résistance négative est générée par IC 1b: Cx indique le condensateur sous test et L1 est positionné comme l'inducteur fixe.

Travail de base

Le pot VR1 facilite la résistance négative à modifier. Pour tester, continuez simplement à tourner VR1 jusqu'à ce que l'oscillation s'arrête. Une fois que cela est fait, la valeur ESR peut être vérifiée à partir d'une échelle fixée derrière le cadran VR1.

Description du circuit

En l'absence de résistance négative, L1 et Cx fonctionnent comme un circuit résonnant en série qui est supprimé par la résistance de L1 et l'ESR de Cx. Ce circuit ESR commencera à osciller dès qu'il sera alimenté par un déclencheur de tension. IC1 a fonctionne comme un oscillateur pour générer une sortie de signal carré avec une certaine basse fréquence en Hz. Cette sortie particulière est différenciée pour créer les pointes de tension (impulsions) qui déclenchent le circuit résonnant attaché.

Dès que l'ESR du condensateur ainsi que la résistance de R1 ont tendance à se terminer par la résistance négative, l'oscillation de sonnerie se transforme en une oscillation constante. Cela allume ensuite la LED D1. Dès que l'oscillation est arrêtée en raison de la chute de la résistance négative, la LED s'éteint.

Détection d'un condensateur court-circuité

Dans le cas où un condensateur court-circuité est détecté à Cx, la LED s'allume avec une luminosité accrue. Pendant la période pendant laquelle le circuit résonnant oscille, la LED ne s'allume que par les demi-cycles à bords positifs de la forme d'onde: ce qui l'amène à ne s'allumer qu'avec 50% de sa luminosité totale. IC 1 d fournit une demi-tension d'alimentation qui sert de référence pour IC1b.

S1 peut être utilisé pour ajuster le gain de ICIb, qui à son tour modifie la résistance négative pour permettre de larges plages de mesure ESR, entre 0-1, 0-10 et 0-100 Ω.

Liste des pièces

Construction L1

L'inducteur L1 est réalisé en s'enroulant directement autour des 4 piliers internes de l'enceinte qui peuvent être utilisés pour visser les coins du PCB.

Le nombre de tours peut être de 42, en utilisant un fil de cuivre super émaillé 30 SWG. Créez L1 jusqu'à ce que vous ayez une résistance de 3,2 Ohm aux extrémités des enroulements, ou une valeur d'inductance d'environ 90 uH.

L'épaisseur du fil n'est pas cruciale, mais les valeurs de résistance et d'inductance doivent être comme indiqué ci-dessus.

Résultats de test

Avec les détails d'enroulement décrits ci-dessus, un condensateur de 1000 uF testé dans les fentes Cx devrait générer une fréquence de 70 Hz. Un condensateur de 1 pF peut entraîner une augmentation de cette fréquence à environ 10 kHz.

Tout en examinant le circuit, j'ai branché un écouteur en cristal à travers un condensateur de 100 nF à R19 pour tester les niveaux de fréquence. Le cliquetis d'une fréquence d'onde carrée était bien audible tandis que VR1 était ajusté très loin de l'endroit qui avait provoqué l'arrêt des oscillations. Pendant que le VR1 était ajusté vers son point critique, je pouvais commencer à entendre le son pur d'une fréquence sinusoïdale basse tension.

Comment calibrer

Prenez un condensateur de 1 000 µF de haute qualité ayant une tension nominale d'au moins 25 V et insérez-le dans les points Cx. Faites varier progressivement le VR1 jusqu'à ce que la LED soit complètement éteinte. Marquez ce point spécifique derrière le cadran de l'échelle du potentiomètre comme 0,1 Ω.

Ensuite, fixez une résistance connue en série avec le Cx existant sous test, ce qui provoquera l'allumage de la LED, ajustez à nouveau VR1 jusqu'à ce que la LED soit juste éteinte.

À ce stade, marquez l'échelle du cadran VR1 avec la nouvelle valeur de résistance totale. Il peut être tout à fait préférable de travailler avec des incréments de 0,1Ω sur la plage de 1Ω et des incréments convenablement plus grands sur les deux autres plages.

Interpréter les résultats

Le graphique ci-dessous montre les valeurs ESR standard, d'après les enregistrements des fabricants et en tenant compte du fait que l'ESR calculée à 10 kHz est généralement 1/3 de celle testée à 1 kHz. Les valeurs ESR avec des condensateurs de qualité standard 10V peuvent être 4 fois plus élevées que celles avec des types à faible ESR 63V.

Par conséquent, chaque fois qu'un condensateur de type à faible ESR se dégrade à un niveau où son ESR ressemble beaucoup à celui d'un condensateur électrolytique typique, ses conditions de réchauffement interne augmenteront 4 fois plus!

Si vous voyez que la valeur ESR testée est supérieure à 2 fois la valeur indiquée dans la figure suivante, vous pouvez supposer que le condensateur n'est plus dans son meilleur état.

Les valeurs ESR pour les condensateurs ayant des tensions nominales différentes de celles indiquées ci-dessous seront entre les lignes applicables sur le graphique.

Mesureur ESR utilisant IC 555

Pas si typique, mais ce circuit ESR simple est extrêmement précis et facile à construire. Il utilise des composants très ordinaires tels qu'un IC 555, une source 5V DC, quelques autres pièces passives.

Le circuit est construit à l'aide d'un CMOS IC 555, réglé avec un facteur de service de 50:50.
Le cycle de service pourrait être modifié par les résistances R2 et r.
Même un petit changement de la valeur du r qui correspond à l'ESR du condensateur en question, provoque une variation significative de la fréquence de sortie du CI.

La fréquence de sortie est résolue par la formule:

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

Dans cette formule C représente la capacité, R est formé par (R1 + R2 + r), r désigne l'ESR du condensateur C, tandis que le k est positionné comme le facteur égal à:

k = (R2 + r) / R.

Afin de garantir le bon fonctionnement du circuit, la valeur du facteur k ne doit pas être supérieure à 0,333.

S'il est augmenté au-dessus de cette valeur, l'IC 555 deviendra un mode oscillant incontrôlé à une fréquence extrêmement élevée, qui sera uniquement contrôlée par le retard de propagation de la puce.

Vous trouverez une incrase exponentielle de la fréquence de sortie du circuit intégré de 10X, en réponse à une augmentation du facteur k de 0 à 0,31.

Au fur et à mesure qu'il augmente encore de 0,31 à 0,33, la fréquence de sortie augmente d'une autre magnitude 10X.

En supposant que R1 = 4k7, R2 = 2k2, un ESR minimal = 0 pour le C, le facteur k devrait eb autour de 0,3188.

Maintenant, supposons que nous ayons une valeur ESR d'environ 100 ohms, la valeur k augmenterait de 3% à 0,3286. Cela force maintenant l'IC 555 à osciller avec une fréquence 3 fois plus élevée que la fréquence d'origine à r = ESR = 0.

Cela montre que lorsque le r (ESR) augmente, provoque une augmentation exponentielle de la fréquence de la sortie IC.

Comment tester

Vous devrez d'abord calibrer la réponse du circuit à l'aide d'un condensateur de haute qualité avec une ESR négligeable et ayant une valeur de capacité identique à celle qui doit être testée.

Vous devriez également avoir une poignée de résistances assorties avec des valeurs précises allant de 1 à 150 ohms.

Maintenant, tracez un graphique de fréquence de sortie vs r pour les valeurs d'étalonnage,

Ensuite, connectez le condensateur qui doit être testé pour l'ESR et commencez à analyser sa valeur ESR en comparant la fréquence IC 555 correspondante et la valeur correspondante dans le graphique tracé.

Pour assurer une résolution optimale pour des valeurs ESR inférieures, par exemple inférieures à 10 ohms, et également pour se débarrasser des disparités de fréquence, il est recommandé d'ajouter une résistance entre 10 ohms et 100 ohms en série avec le condensateur testé.

Une fois que la valeur r est obtenue à partir du graphique, il vous suffit de soustraire la valeur de résistance fixe de ce r pour obtenir la valeur ESR.