- Mesurament ESR del condensador
- Llista de peces
- Esquema de connexions
- Càlcul de la VSS del condensador
- Exemple: mesurament de la ESR per a un condensador electrolític de 100uf
Els condensadors semblen perfectes fins que arribeu al punt en què una font d'alimentació falla o es nega a funcionar de manera òptima. I si el problema és el soroll, hi ha una solució senzilla, només cal afegir més condensadors. Però això no ho resol. Què es pot equivocar?
El problema sorgeix de la ingènua suposició que els condensadors (en gran mesura) són dispositius "ideals", mentre que en realitat no ho són. Aquests efectes no desitjats es deuen a una cosa que s’anomena resistència interna o Resistència de Sèries Equivalents (ESR). Els condensadors tenen una resistència interna finita a causa dels materials utilitzats en la seva construcció. A l'article anterior hem explicat ESR i ESL en condensadors.
Els diferents tipus de condensadors tenen diferents rangs ESR. Per exemple, els condensadors electrolítics en general tenen ESR més elevats que els condensadors ceràmics. Per a moltes aplicacions, es fa important mesurar la resistència interna dels condensadors. I avui, en aquest article, construirem un mesurador ESR i aprendrem a mesurar l’ESR del condensador mitjançant 555 temporitzadors IC i transistors.
Mesurament ESR del condensador
Al principi, la mesura de la VSE pot semblar una tasca fàcil.
La resistència es pot determinar fàcilment aplicant un corrent constant i mesurant la caiguda de tensió a través del dispositiu en proves.
Què passa si apliquem un corrent constant a un condensador? La tensió augmenta linealment i es fixa en un valor determinat per la tensió d’alimentació, que (per als nostres propòsits) és inútil.
En aquest moment, és hora de tornar a alguna cosa que vam aprendre a l'escola: "Els condensadors bloquegen la CC i passen la CA"
Després de fer unes quantes conclusions simplificadores, entenem que els condensadors són bàsicament un curtcircuit a freqüències altes i que la part capacitiva està "curtcircuitada" del circuit i tota la tensió cau a través de la resistència interna.
L’avantatge d’aquest mètode és que ni tan sols necessitem conèixer el corrent si coneixem la resistència interna de la font de senyal que s’utilitza, perquè ara l’ESR i la resistència interna (de la font) formen un divisor de tensió, la relació de Les resistències són la proporció de les caigudes de tensió i, coneixent tres, podem determinar l’altra.
Un oscil·loscopi s’utilitza per mesurar les formes d’ona a l’entrada i al condensador.
Llista de peces
Per a l'oscil·lador:
1. Temporitzador 555: tant el CMOS com el bipolar funcionaran bé, però es recomana CMOS per a freqüències altes
2. Potenciòmetre de 100K: s’utilitza per a l’afinació de freqüències
3. Condensador 1nF: temporització
4. Condensador ceràmic de 10uF: desacoblament
El Power Stage:
1. Transistor bipolar BC548 NPN
2. BC558 PNP transistor bipolar
Una nota ràpida sobre l’elecció dels transistors: qualsevol transistor de senyal petit amb un guany elevat (300 i superior) i un corrent una mica gran (50 mA +) funcionarà bé.
3. Resistència base de 560Ω
4. Resistència de sortida de 47Ω: pot ser des de 10Ω fins a 100Ω.
Esquema de connexions
A continuació es mostra l’esquema de circuits d’aquest circuit de verificador de condensadors ESR -
Aquest circuit de mesurador ESR es pot dividir en dues seccions, el temporitzador 555 i l’etapa de sortida.
1. L'oscil·lador 555:
El circuit 555 és un multivibrador astable convencional que emet una ona quadrada amb una freqüència d’uns quants centenars de quilohertz. A aquesta freqüència, gairebé tots els condensadors actuen com un curt. El pot de 100 K permet sintonitzar la freqüència per obtenir el voltatge més baix possible a través del tap.
2. El Power Stage:
Això és una solució a un altre problema. Podríem connectar directament el condensador a la sortida del temporitzador 555, però llavors hauríem de conèixer amb precisió la impedància de sortida.
Per eliminar-ho, s’utilitza una etapa de sortida push-pull amb una resistència de sèrie. La resistència proporciona la impedància de sortida.
A continuació s’explica l’ aspecte complet del maquinari d’aquest circuit ESR Meter:
Càlcul de la VSS del condensador
De l’equació del divisor de tensió, obtenim la següent fórmula:
ESR = (V CAP • R OUTPUT) / (V OUTPUT - V CAP)
Quan ESR és la resistència interna del condensador, V CAP és el senyal del condensador (mesurat al node CAP +), R OUTPUT és la resistència de sortida de l’etapa de potència (aquí, 47 ohms) i V OUTPUT és la tensió del senyal de sortida com mesurat al punt A del circuit.
Mentre s’utilitza aquest circuit, es recomana establir la sonda d’objectiu a 1X per augmentar la sensibilitat i disminuir l’amplada de banda per eliminar part del soroll per tal de fer una mesura precisa.
En primer lloc, la tensió de pic a pic es mesura en el punt A, per davant de la impedància i es nota. A continuació, es connecta el condensador. Amplieu fins que vegeu una ona quadrada. Torneu l’olla fins que la forma d’ona no es faci més petita.
Depenent del tipus de condensador, el voltatge de pic a pic de la forma d’ona resultant hauria de ser de l’ordre d’unes poques desenes o centenars de milivolts.
Exemple: mesurament de la ESR per a un condensador electrolític de 100uf
Aquí teniu la forma d’ona de sortida bruta de l’etapa de potència:
I aquí teniu la tensió al condensador. Tingueu en compte tot el soroll sobreposat al senyal. Aneu amb compte amb la mesura.
Connectant els valors a la fórmula, obtenim un ESR de 198 mΩ.
L’ESR del condensador és un paràmetre important a l’hora de dissenyar circuits de potència i aquí hem construït un senzill dispositiu de mesura ESR basat en el temporitzador 555.