Ce projet a été conçu comme un moyen de tester la fonctionnalité d'un condensateur. J'achète beaucoup de vieux appareils électroniques de plus de 25 à 60 ans et l'état des condensateurs électrolytiques peut être suspect. J'ai eu besoin façon rapide vérification des condensateurs.
Qu’est-ce que l’ESR ?
"ESR" signifie équivalent résistance en série. L'ESR est l'une des caractéristiques qui déterminent les performances d'un condensateur électrolytique. Plus l'ESR d'un condensateur est bas, mieux c'est, car avec un ESR élevé, le condensateur chauffera lorsque le courant le traverse, ce qui le détruira. Au fil du temps, l'ESR du condensateur peut augmenter de 10 à 30 fois, ou le condensateur cessera complètement de laisser passer le courant. La durée de vie typique des condensateurs électrolytiques est de 2 000 à 15 000 heures et dépend fortement de la température ambiante. Lorsque l'ESR augmente, le condensateur commence à fonctionner moins bien et éventuellement le circuit tombe en panne.
PourquoiRSELe compteur est-il si utile ?
La plupart des compteurs ESR exigent que le condensateur soit retiré du circuit. Lorsqu’il y a de nombreux condensateurs dans un circuit, c’est très fastidieux et on risque d’endommager la carte. Ce testeur utilise une basse tension (250 mV) et une haute fréquence (150 kHz) pour mesurer les condensateurs. La mesure sans dessoudage du circuit est possible grâce à la basse tension suffisante pour le condensateur, mais elle ne suffit pas pour les autres pièces, elles n'interfèrent donc pas avec la mesure. La plupart des compteurs ESR seront endommagés si vous les utilisez pour mesurer un condensateur chargé. Ce circuit peut supporter jusqu'à 400 V de charge sur le condensateur ( Cette tension met la vie en danger. Sois prudent!). Mon expérience a montré que le compteur ESR reconnaît environ 95 % des condensateurs défectueux.
Caractéristiques du compteur ESR :
- mesure de condensateurs électrolytiques d'une capacité > 1 µF
- la polarité du condensateur n'a pas d'importance
- permet le raccordement de condensateurs chargés jusqu'à 400V
- faible consommation électrique (environ 25 mA), ce qui donne environ 20 heures vie de la batterie lorsque vous utilisez 4 piles AA
-Mesure ESR dans la plage de 0 à 75 Ohm.
Description du régime
Le circuit commence par un oscillateur de 150 kHz sur un seul élément 74hc14. Les éléments restants sont utilisés pour augmenter la tension allant au filtre basses fréquences. Un filtre passe-bas est nécessaire car onde carrée contient beaucoup d'interférences et d'harmoniques. Le signal du filtre va à une résistance de 10 Ohm, qui fournit un niveau de signal faible lors de la mesure d'un condensateur. Les diodes D5 et D6 protègent le circuit de la décharge lorsqu'un condensateur chargé est connecté. R18 est la résistance d'extinction pour C5. C5 protège le circuit de courant continu tension jusqu'à 400V.
Le reste du circuit est un amplificateur à transistor avec un gain d'environ 10,5. Cela amplifie le signal provenant du condensateur jusqu'à plusieurs volts d'amplitude. La tension amplifiée doit être suffisamment élevée pour vaincre les 2 diodes avant que la balance ne commence à répondre. Le bon fonctionnement du circuit peut être vérifié en connectant à l'entrée des résistances de différentes résistances (1 Ohm - environ 90 % de la pleine échelle, 10 Ohms - environ 40 % de l'échelle et 47 Ohms - environ 10 % de l'échelle). Les lectures du testeur peuvent varier légèrement en fonction de la température. Ci-dessous, vous pouvez télécharger des photos et un dessin du PP.
Fichiers du projet :
Dessin d'assemblage - esrbuildit.png
Vue de dessous du PP - esrpcb.png
Vue de dessous du PP - esrxray.png
PP et schéma au format - ESR meter.zip
/SWCadiii - esr.asc
Liste des radioéléments
| Désignation | Taper | Dénomination | Quantité | Note | Boutique | Mon bloc-notes |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Circuit intégré tampon, pilote | CD74HC14 | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| T1 | Transistor bipolaire | 2N2222 | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| D1-D4 | Diode redresseur | 1N4148 | 4 | Vers le bloc-notes | ||
| D5, D6 | Diode redresseur | 1N4004 | 2 | Vers le bloc-notes | ||
| C1-C3 | Condensateur | 0,01 µF | 3 | Vers le bloc-notes | ||
| C4 | Condensateur | 0,047 µF | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| C5 | Condensateur | 0,47 µF 400 V | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| C6 | Condensateur | 0,1 µF | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| C7 | Condensateur électrolytique | 10 µF | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R1 | Résistance | 1 kOhm | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R2-R6 | Résistance | 680 ohms | 5 | Vers le bloc-notes | ||
| R7, R8 | Résistance | 10 ohms | 2 | Vers le bloc-notes | ||
| R9 | Résistance | 100 kOhms | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R10 | Résistance ajustable | 25 kOhms | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R11 | Résistance | 2,2 kOhms | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R12 | Résistance | 100 ohms | 1 | Vers le bloc-notes | ||
| R17 | Résistance |
ESR de différents types de condensateurs
Naturellement, il est impossible de vérifier la résistance série équivalente d'un condensateur avec un ohmmètre conventionnel - un appareil spécial est ici nécessaire. Il y en a plusieurs sur Internet dessins simples Compteurs ESR, mais si vous le souhaitez, vous pouvez assembler un compteur plus précis et plus pratique sur un microcontrôleur. Par exemple, du magazine Radio 7-2010.
Circuit du compteur ESR pour condensateurs sur
Attiny2313
Tous les fichiers et firmware nécessaires se trouvent dans l'archive. Après le montage et la mise sous tension, tournez la commande de contraste jusqu'à ce que le écran LCD inscriptions sur deux lignes. S'il n'y est pas, nous vérifions l'installation et l'exactitude du firmware ATtiny2313 MK. Si tout va bien, appuyez sur le bouton "Calibration" - une correction sera apportée au firmware pour la vitesse de réponse de la partie d'entrée du compteur. Ensuite, vous aurez besoin de plusieurs nouveaux condensateurs électrolytiques Haute qualité avec une capacité de 220...470 uF de différents lots, le meilleur de tous - pour différentes tensions. Nous connectons n'importe laquelle d'entre elles aux prises d'entrée de l'appareil et commençons à sélectionner la résistance R2 entre 100...470 ohms (j'ai 300 ohms ; vous pouvez temporairement utiliser une chaîne de réglage constante +) afin que la valeur de capacité sur l'écran LCD est à peu près similaire à la valeur du condensateur. Il n'est pas encore nécessaire de rechercher une grande précision - il y aura encore des ajustements ; puis vérifiez avec d'autres condensateurs.
Pour configurer le compteur ESR, vous avez besoin d'un tableau avec les valeurs typiques de ce paramètre pour différents condensateurs. Il est recommandé de coller cette étiquette sur le corps de l'appareil sous l'écran.
L'étiquette suivante indique les valeurs maximales de résistance série équivalente pour les condensateurs électrolytiques. Si le condensateur mesuré a une valeur plus élevée, alors il ne peut plus être utilisé pour fonctionner dans un filtre lisseur redresseur :
Nous connectons un condensateur de 220 uF et, en sélectionnant légèrement la résistance des résistances R6, R9, R10 (indiquées par des astérisques dans le schéma et dans mon dessin de montage), nous obtenons des lectures Esr proches de celles indiquées dans le tableau. Nous vérifions tous les condensateurs de référence préparés disponibles, incl. Vous pouvez déjà utiliser des condensateurs de 1 à 100 μF.
Étant donné que la même section du circuit est utilisée pour mesurer la capacité des condensateurs à partir de 150 μF et du compteur ESR, après avoir sélectionné la résistance de ces résistances, la précision des lectures du capacimètre changera quelque peu. Vous pouvez désormais ajuster davantage la résistance de la résistance R2 pour rendre ces lectures plus précises. En d'autres termes, vous devez sélectionner la résistance R2 - clarifier les lectures du capacimètre, en ajustant les résistances dans le diviseur comparateur - clarifier les lectures du compteur ESR. De plus, la priorité doit être donnée au compteur de résistance interne.
Vous devez maintenant configurer un capacimètre pour les condensateurs dans la plage 0,1...150 µF. Puisqu'une source de courant séparée est prévue dans le circuit à cet effet, la mesure de la capacité de tels condensateurs peut être rendue très précise. Condensateurs de connexion petite capacité aux prises d'entrée de l'appareil et, en sélectionnant la résistance R1 dans la plage de 3,3...6,8 kOhm, nous obtenons les lectures les plus précises. Ceci peut être réalisé s'il n'est pas électrolytique, mais des condensateurs de haute précision K71-1 d'une capacité de 0,15 μF avec un écart garanti de 0,5 ou 1 % sont utilisés comme référence.
Lorsque j'ai assemblé ce compteur ESR, le circuit a démarré immédiatement, seul un étalonnage était nécessaire. Ce compteur a aidé à plusieurs reprises à réparer les alimentations, c'est pourquoi l'appareil est recommandé pour le montage. Développé le schéma - DesAlex , assemblé et testé : sterc .
Discutez de l'article COMPTEUR ESR SUR UN MICROCONTRÔLEUR
Nous sommes déjà habitués aux paramètres de base d'un condensateur : capacité et tension de fonctionnement. Mais dernièrement, rien de moins paramètre important est devenu sa résistance série équivalente (ESR). De quoi s’agit-il et qu’est-ce que cela affecte ?
Étant donné que l'EPS affecte le plus fortement le fonctionnement des condensateurs électrolytiques, nous en parlerons à l'avenir. Nous allons maintenant démonter le condensateur électrolytique et découvrir quels secrets il cache.
N'importe lequel Composant élèctronique pas idéal. Cela s'applique également au condensateur. L'ensemble de ses propriétés est représenté par un diagramme conditionnel.
Comme vous pouvez le voir, un vrai condensateur est constitué d'une capacité C , que l'on a l'habitude de voir sur des schémas sous la forme de deux bandes verticales. Vient ensuite la résistance R s , qui symbolise la résistance active des fils conducteurs et la résistance de contact du fil - la plaque. La photo montre comment les fils conducteurs sont fixés aux plaques à l'aide de la méthode de connexion rivetée.
Puisque tout diélectrique, même un très bon, a une certaine résistance (jusqu'à des centaines de mégaohms), une résistance est tracée parallèlement aux plaques RP . C’est à travers cette résistance « virtuelle » que circule ce qu’on appelle le courant de fuite. Naturellement, il n’y a pas de résistances à l’intérieur du condensateur. Ceci uniquement pour des raisons de clarté et de facilité de présentation.
Du fait que les plaques d'un condensateur électrolytique sont torsadées et installées dans un boîtier en aluminium, une inductance se forme L.
Cette inductance ne présente ses propriétés qu'à des fréquences supérieures à fréquence de résonance condensateur. La valeur approximative de cette inductance est de plusieurs dizaines de nanohenries.
Alors, à partir de tout cela, soulignons ce qui est inclus dans l’EPS d’un condensateur électrolytique :
La résistance, qui est causée par les pertes dans le diélectrique dues à son hétérogénéité, aux impuretés et à la présence d'humidité ;
Résistance ohmique des fils conducteurs et des plaques. Résistance active des fils ;
Résistance de contact entre les plaques et les fils ;
Cela peut également inclure la résistance de l'électrolyte, qui augmente en raison de l'évaporation du solvant électrolytique et des modifications de sa composition chimique en raison de son interaction avec les plaques métalliques.
Tous ces facteurs sont résumés et forment la résistance du condensateur, appelée résistance série équivalente - en abrégé ESR, et dans le style étranger RSE (E équivalent S ériaire R. résistance).
Comme on le sait, un condensateur électrolytique, de par sa conception, ne peut fonctionner que dans des circuits à courant continu et pulsé en raison de sa polarité. En fait, il est utilisé dans les alimentations pour filtrer les ondulations après le redresseur. Rappelons cette caractéristique d'un condensateur : il laisse passer les impulsions de courant.
Et si l'ESR est, en fait, une résistance, alors de la chaleur sera générée dessus lorsque les impulsions de courant circuleront. Pensez à la puissance de la résistance. Ainsi, plus l’ESR est grand, plus le condensateur va chauffer.
L'échauffement d'un condensateur électrolytique est très mauvais. En raison du chauffage, l'électrolyte commence à bouillir et à s'évaporer, le condensateur gonfle. Vous avez probablement déjà remarqué une encoche de protection sur le dessus du boîtier des condensateurs électrolytiques.
Lorsque le condensateur fonctionne longtemps et que la température à l'intérieur est élevée, son électrolyte commence à s'évaporer et à exercer une pression sur cette encoche. Au fil du temps, la pression à l’intérieur augmente tellement que l’encoche se rompt, libérant du gaz vers l’extérieur.
Un condensateur « sauté » sur la carte d'alimentation (raison - excès tension admissible)
De plus, l'encoche de protection empêche (ou affaiblit) l'explosion du condensateur lorsque la tension admissible est dépassée ou que sa polarité change.
En pratique, c'est le contraire qui se produit : la pression éloigne l'isolant des bornes. La photo suivante montre un condensateur qui a séché. Sa capacité a diminué à 106 μF et l'ESR mesuré était de 2,8 Ω, tandis que la valeur ESR normale pour un nouveau condensateur avec la même capacité se situe dans la plage de 0,08 à 0,1 Ω.
Les condensateurs électrolytiques sont produits en différentes tailles température de fonctionnement. Pour les condensateurs électrolytiques en aluminium, la limite de température inférieure commence à -60 0 C et la limite supérieure est limitée à +155 0 C. Mais pour la plupart, ces condensateurs sont conçus pour fonctionner dans la plage de températures de -25 0 C à 85 0 C et de -25 0 C à 105 0 C. L'étiquette n'indique parfois que la limite supérieure de température : +85 0 C ou +105 0 C.
La présence d'ESR dans un véritable condensateur électrolytique affecte son fonctionnement dans les circuits haute fréquence. Et si pour les condensateurs ordinaires, cette influence n'est pas si prononcée, alors pour les condensateurs électrolytiques, elle joue un rôle très important. Cela est particulièrement vrai pour leur fonctionnement dans des circuits avec un niveau élevé d'ondulation, lorsqu'un courant important circule et que de la chaleur est générée en raison de l'ESR.
Jetez un oeil à la photo.
Condensateurs électrolytiques gonflés (causés par un fonctionnement prolongé à des températures élevées)
Ce carte mère ordinateur personnel, qui a cessé de s'allumer. Comme vous pouvez le voir, sur le circuit imprimé à côté du dissipateur thermique du processeur se trouvent quatre condensateurs électrolytiques gonflés. Un fonctionnement à long terme à des températures élevées (chauffage externe du radiateur) et une durée de vie décente ont conduit au fait que les condensateurs ont « éclaté ». La raison en est le chauffage et l'ESR. Un mauvais refroidissement affecte négativement non seulement le fonctionnement des processeurs et des microcircuits, mais, en fin de compte, également les condensateurs électrolytiques !
Une diminution de la température ambiante de 10 0 C prolonge de près de moitié la durée de vie du condensateur électrolytique.
Une image similaire est observée dans les alimentations PC défaillantes - les condensateurs électrolytiques gonflent également, ce qui entraîne un affaissement et des ondulations de la tension d'alimentation.
Condensateurs défectueux dans l'alimentation du PC ATX (raison - condensateurs de mauvaise qualité)
Souvent à cause de long travail blocs d'impulsion alimentation du point d'accès, Routeurs Wi-Fi, tous les types de modems tombent également en panne à cause de condensateurs qui ont « sauté » ou ont perdu leur capacité. N'oublions pas que lorsqu'il est chauffé, l'électrolyte sèche, ce qui entraîne une diminution de la capacité. J'ai décrit un exemple pratique.
De tout ce qui a été dit, il s'ensuit que les condensateurs électrolytiques fonctionnant en haute fréquence circuits d'impulsions(alimentations, onduleurs, convertisseurs, stabilisateurs de commutation) fonctionnent dans des conditions assez extrêmes et tombent en panne plus souvent. Sachant cela, les fabricants produisent des séries spéciales à faible ESR. En règle générale, sur ces condensateurs, il y a une inscription Faible ESR , ce qui signifie « faible ESR ».
On sait qu'un condensateur a une capacité ou une réactance qui diminue avec l'augmentation de la fréquence. courant alternatif.
Ainsi, à mesure que la fréquence alternative augmente, la réactance du condensateur diminuera, mais seulement jusqu'à ce qu'elle s'approche de la résistance série équivalente (ESR). C'est ce qu'il faut mesurer. Par conséquent, de nombreux appareils - les compteurs ESR (compteurs ESR) mesurent l'ESR à des fréquences de plusieurs dizaines à centaines de kilohertz. Ceci est nécessaire pour « supprimer » la valeur de réactance des résultats de mesure.
Il convient de noter que la valeur ESR d'un condensateur est affectée non seulement par la fréquence des ondulations du courant, mais également par la tension sur les plaques, la température ambiante et la qualité de fabrication. Il est donc impossible de dire sans équivoque que l'ESR d'un condensateur, par exemple, est égal à 3 ohms. À différentes fréquences de fonctionnement, la valeur ESR sera différente.
Compteur ESR
Lors de la vérification des condensateurs, en particulier électrolytiques, vous devez faire attention à la valeur ESR. Il existe de nombreux appareils disponibles dans le commerce pour tester les condensateurs et mesurer l'ESR. La photo montre un testeur universel de composants radio (testeur LCR-T4), dont la fonctionnalité prend en charge la mesure des condensateurs ESR.
Dans les magazines d'ingénierie radio, vous pouvez trouver des descriptions d'appareils faits maison et de pièces jointes aux multimètres pour mesurer l'ESR. En vente, vous pouvez également trouver des compteurs ESR hautement spécialisés capables de mesurer la capacité et l'ESR sans les dessouder de la carte, ainsi que de les décharger avant cela afin de protéger l'appareil des dommages causés par une tension résiduelle élevée du condensateur. De tels dispositifs incluent, par exemple, ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.
Lors de la réparation d'appareils électroniques, vous devez souvent changer les condensateurs électrolytiques. Parallèlement, pour évaluer leur qualité, des paramètres tels que la capacité et l'ESR sont mesurés. Pour avoir quelque chose à comparer, un tableau ESR a été établi, qui indique l'ESR des nouveaux condensateurs électrolytiques de différentes capacités. Cette table peut être utilisé pour évaluer l’adéquation d’un condensateur particulier à un service ultérieur.
Malgré le fait que la plupart des multimètres modernes sont équipés d'une fonction de mesure, y compris électrolytique, la possibilité de mesurer l'ESR (résistance série équivalente) est en réalité très rare.
Dans cette conception, le générateur est assemblé sur un élément logique(DD1.1) Microcircuit 74HC14N (onduleur Schmitt) et circuits RC R1 et C1, qui déterminent la fréquence du générateur. Dans ce cas, il s'agit d'environ 100 kHz. Le signal du générateur est amplifié par les cinq éléments restants du microcircuit DD1 jusqu'à une amplitude de l'ordre de 250 mV, qui est ensuite envoyé au Cx étudié.
Le condensateur testé est connecté aux broches X1 et X2 du compteur ESR. Pour protéger le testeur de la charge présente dans le condensateur Cx, une ligne de protection composée de C4, R8, VD1 et VD2() est prévue. Le signal mesuré, après avoir traversé le condensateur Cx, est amplifié par T1(), puis redressé par quatre D3-D6(), puis filtré par le condensateur C6.
Un microampèremètre avec une échelle de déviation totale d'environ 50 µA est connecté aux broches X3 et X4 via R14. La valeur affichée sur l'indicateur est principalement proportionnelle à la valeur ESR du condensateur. Bien entendu, il est nécessaire de corréler la valeur ESR et la capacité du nouveau condensateur par étalonnage afin que l'écart avec le condensateur défectueux puisse être détecté.
Étalonnage du compteur ESR
Un compteur ESR correctement assemblé et dont les erreurs ont été vérifiées devrait fonctionner la première fois qu'il est allumé. Comme source d’alimentation, nous pouvons recommander une alimentation. Après la mise sous tension, l'appareil doit immédiatement afficher la valeur ESR. Pour obtenir des valeurs plus précises, vous pouvez le connecter à 25 kOhm au lieu d'une résistance constante R14.
La configuration est simple : au lieu de tester le condensateur, vous devez connecter tour à tour des résistances à faible résistance. Le marquage de l'échelle devrait ressembler à ceci : lors de la connexion d'une résistance de 1 Ohm, la déviation de l'aiguille doit être supérieure à 90 %, avec une résistance de 10 Ohm, la déviation est d'environ 40 % et à 47 Ohms seulement de 10 %.
Pour votre information, la résistance réelle (ESR) du condensateur électrolytique en fonctionnement ne doit pas dépasser 10 Ohms.
Souvent, lors de réparations électroniques, il est nécessaire de remplacer les condensateurs gonflés. Si le condensateur est gonflé, cela indique une diminution de sa capacité et une augmentation de la résistance série équivalente (ESR). Il arrive que le condensateur ne soit pas gonflé et que son ESR soit supérieur à la normale ; dans ce cas, j'ai assemblé un appareil de MasterKit et je l'ai utilisé pour vérifier les condensateurs suspects. DANS certain moment Je me suis intéressé à ce qu'il mesure réellement et à la manière dont il le fait.
Qu'est-ce que l'ESR.
Un circuit à condensateur simplifié équivalent est constitué d'une résistance et d'un condensateur, la valeur de cette résistance est mesurée par l'appareil. Reste à savoir comment il fait.
Connectons un générateur de signal au condensateur ; son circuit équivalent est représenté sur la figure ; il se compose d'un générateur et d'une résistance connectée en série égale à la résistance de sortie du générateur.
Connectons maintenant un condensateur fonctionnel d'une capacité de 470 uF et voyons ce que montre l'oscilloscope.
Qu'est ce qui a changé? L'amplitude mesurée par l'appareil a augmenté correctement et la résistance connectée en série dans le circuit équivalent du condensateur est responsable de sa valeur.
Essayons de le calculer. La résistance série équivalente du condensateur est calculée comme un diviseur conventionnel. La réactance du condensateur peut être négligée puisque la durée de l'impulsion est nettement inférieure à tau.
Calculons la valeur ESR pour un condensateur en état de marche, elle est égale à 0,65 Ohm. Comparons-le avec ce que montre l'appareil de MasterKit, la précision de cet appareil n'est pas élevée, mais cela fera l'affaire pour une estimation approximative.
La première LED s'allume, l'interrupteur est en position 1:1, regardez le tableau, la résistance est de 1,3 Ohm.
