حلبة عداد ESR بسيطة

يناقش المنشور دائرة مقياس ESR بسيطة يمكن استخدامها لتحديد المكثفات السيئة في دائرة إلكترونية دون إزالتها عمليًا من لوحة الدائرة. تم طلب الفكرة بواسطة Manual Sofian

المواصفات الفنية

هل لديك رسم تخطيطي حول مقياس ESR. ينصحني الفنيون بفحص التحليل الكهربائي أولاً في كل مرة أتوصل فيها إلى دائرة كهربائية ميتة ، لكنني لا أعرف كيفية قياسها.

نشكر لك مقدما على إجابتك.

ما هو ESR

ESR التي تعني مقاومة السلسلة المكافئة هي قيمة مقاومة صغيرة بشكل مهمل والتي تصبح عادة جزءًا من جميع المكثفات والمحثات وتظهر في سلسلة مع قيم الوحدة الفعلية ، ولكن في المكثفات الإلكتروليتية خاصة ، بسبب التقادم ، يمكن أن تستمر قيمة ESR في الزيادة إلى مستويات غير طبيعية تؤثر سلبًا على الجودة الشاملة واستجابة الدائرة المعنية.

قد تزداد سرعة ESR النامية في مكثف معين تدريجيًا من انخفاض يصل إلى بضعة ملي أوم إلى 10 أوم ، مما يؤثر على استجابة الدائرة بشدة.

ومع ذلك ، فإن ESR الموضح أعلاه قد لا يعني بالضرورة أن سعة المكثف ستتأثر أيضًا ، في الواقع يمكن أن تظل قيمة السعة سليمة وجيدة ، ولكن مع تدهور أداء المكثف.

بسبب هذا السيناريو ، يفشل مقياس السعة العادي تمامًا في اكتشاف مكثف سيئ متأثر بقيمة ESR عالية ، ويجد الفني أن المكثفات لا بأس بها من حيث قيمة السعة الخاصة بها مما يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها أمرًا صعبًا للغاية.

عندما تصبح عدادات السعة العادية ومقاييس أوم غير فعالة تمامًا في قياس أو اكتشاف ESR غير الطبيعي في المكثفات المعيبة ، يصبح مقياس ESR مفيدًا للغاية لتحديد مثل هذه الأجهزة المضللة.

الفرق بين ESR والسعة

بشكل أساسي ، تشير قيمة ESR للمكثف (بالأوم) إلى مدى جودة المكثف ..

كلما انخفضت القيمة ، زاد أداء عمل المكثف.

يوفر لنا اختبار ESR تحذيرًا سريعًا لخلل في عمل المكثف ، وهو مفيد أكثر بكثير عند مقارنته باختبار السعة.

في الواقع ، قد تظهر العديد من التحليلات الكهربائية المعيبة بشكل جيد عند فحصها باستخدام مقياس السعة القياسي.

لقد تحدثنا مؤخرًا إلى العديد من الأفراد الذين لا يدعمون أهمية ESR وفي أي تصور يكون فريدًا من السعة.

لذلك أعتقد أنه من المفيد تقديم مقطع من أخبار تكنولوجية في مجلة مرموقة من تأليف دوج جونز ، رئيس شركة إنديبندانس للإلكترونيات ، فهو يعالج مخاوف ESR بفعالية. ESR هي المقاومة الطبيعية النشطة لمكثف ضد إشارة التيار المتردد.

قد يؤدي ارتفاع ESR إلى مضاعفات ثابتة للوقت ، وارتفاع درجة حرارة المكثف ، وزيادة تحميل الدائرة ، والفشل الكلي للنظام وما إلى ذلك.

ما هي المشاكل التي يمكن أن تسبب ESR؟

قد يفشل مصدر الطاقة في وضع التبديل مع مكثفات ESR العالية في البدء على النحو الأمثل ، أو ببساطة لا يبدأ على الإطلاق.

يمكن أن تنحرف شاشة التلفزيون من الجانبين / أعلى / أسفل بسبب ارتفاع مكثف ESR. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى فشل سابق لأوانه في الصمام الثنائي والترانزستور.

تحدث كل هذه المشكلات والعديد من المشكلات الأخرى عادةً بواسطة المكثفات ذات السعة المناسبة ولكن ESR كبيرة ، والتي لا يمكن اكتشافها كرقم ثابت ولهذا السبب لا يمكن قياسها من خلال مقياس السعة القياسي أو مقياس التيار المستمر.

يظهر ESR فقط عند توصيل تيار متردد بمكثف أو عندما تقوم شحنة عازلة للمكثف بتبديل الحالات باستمرار.

يمكن النظر إلى هذا على أنه إجمالي مقاومة التيار المتردد في الطور للمكثف ، جنبًا إلى جنب مع مقاومة التيار المستمر لأسلاك المكثف ، ومقاومة التيار المستمر للتوصيل البيني مع عازل المكثف ، ومقاومة لوحة المكثف والمادة العازلة في الطور AC المقاومة في تردد ودرجة حرارة محددين.

يمكن اعتبار جميع العناصر التي تتسبب في تكوين ESR كمقاوم في سلسلة مع مكثف. هذا المقاوم غير موجود حقًا ككيان مادي ، وبالتالي فإن القياس الفوري لمقاوم ESR ليس ممكنًا. من ناحية أخرى ، إذا كان من الممكن الوصول إلى نهج يساعد في تصحيح نتائج التفاعل السعوي ، والتفكير في أن جميع المقاومة في الطور ، فيمكن تحديد واختبار ESR باستخدام صيغة الإلكترونيات الأساسية E = I x R!

تحديث بديل أبسط

تبدو الدائرة المبنية على أساس أمبير الواردة أدناه معقدة ، بلا شك ، لذلك بعد بعض التفكير يمكنني التوصل إلى هذه الفكرة البسيطة لتقييم ESR لأي مكثف بسرعة.

لكن لهذا يجب عليك أولا احسب مقدار المقاومة التي يمتلكها مكثف معين بشكل مثالي ، باستخدام الصيغة التالية:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• حيث Xc = المفاعلة (المقاومة بالأوم) ،
• بي = 22/7
• f = التردد (خذ 100 هرتز لهذا التطبيق)
• C = قيمة المكثف بالفاراد

ستمنحك قيمة Xc المقاومة المكافئة (القيمة المثالية) للمكثف.

بعد ذلك ، ابحث عن التيار من خلال قانون أوم:

I = V / R ، هنا سيكون V 12 × 1.41 = 16.92 فولت ، R سيتم استبداله بـ Xc كما تم تحقيقه من الصيغة أعلاه.

بمجرد العثور على التصنيف الحالي المثالي للمكثف ، يمكنك بعد ذلك استخدام الدائرة العملية التالية لمقارنة النتيجة بالقيمة المحسوبة أعلاه.

لهذا ستحتاج المواد التالية:

• محول 0-12 فولت / 220 فولت
• 4 الثنائيات 1N4007
• 0-1 أمبير FSD متحرك لفائف متر ، أو أي مقياس التيار القياسي

ستوفر الدائرة المذكورة أعلاه قراءة مباشرة بشأن مقدار التيار الذي يستطيع المكثف توصيله من خلاله.

قم بتدوين التيار المقاس من الإعداد أعلاه ، والتيار الذي تم تحقيقه من الصيغة.

أخيرًا ، استخدم قانون أوم مرة أخرى ، لتقييم المقاومة من القراءات الحالية (I).

R = V / I حيث سيكون الجهد V 12 × 1.41 = 16.92 ، سيكون 'I' حسب القراءات.

الحصول على القيمة المثالية للمكثف بسرعة

في المثال أعلاه ، إذا كنت لا ترغب في إجراء الحسابات ، يمكنك استخدام القيمة المعيارية التالية للحصول على التفاعل المثالي لمكثف للمقارنة.

وفقًا للصيغة ، يكون التفاعل المثالي لمكثف 1 uF حوالي 1600 أوم عند 100 هرتز. يمكننا أن نأخذ هذه القيمة كمقياس ، ونقيم قيمة أي مكثف مرغوب فيه من خلال ضرب عكسي بسيط كما هو موضح أدناه.

لنفترض أننا نريد الحصول على القيمة المثالية لمكثف 10 فائق التوهج ، فببساطة ستكون:

1/10 = س / 1600

س = 1600/10 = 160 أوم

يمكننا الآن مقارنة هذه النتيجة بالنتيجة التي تم الحصول عليها من خلال حل التيار الكهربائي في قانون أوم. سيخبرنا الاختلاف فيما يتعلق بـ ESR الفعال للمكثف.

ملاحظة: يجب أن يكون الجهد والتردد المستخدم في الصيغة والطريقة العملية متطابقين.

استخدام Op Amp لعمل مقياس ESR بسيط

يمكن استخدام مقياس ESR لتحديد صحة مكثف مشكوك فيه أثناء استكشاف أخطاء دائرة أو وحدة إلكترونية قديمة.

علاوة على ذلك ، فإن الشيء الجيد في أدوات القياس هذه هو أنه يمكن استخدامها لقياس ESR لمكثف دون الحاجة إلى إزالة أو عزل المكثف من لوحة الدائرة مما يجعل الأمور سهلة جدًا للمستخدم.

يوضح الشكل التالي دائرة مقياس ESR بسيطة يمكن بناؤها واستخدامها للقياسات المقترحة.

مخطط الرسم البياني

كيف تعمل

يمكن فهم الدائرة على النحو التالي:

يشكل TR1 مع ترانزستور NPN المرفق مذبذبًا بسيطًا يحجب التغذية الخلفية والذي يتأرجح عند بعض الترددات العالية جدًا.

تحفز التذبذبات مقدارًا متناسبًا من الجهد عبر 5 دورات ثانوية للمحول ، ويتم تطبيق هذا الجهد العالي التردد المستحث عبر المكثف المعني.

يمكن أيضًا رؤية opamp مرفقًا بتغذية التردد العالي ذات الجهد المنخفض أعلاه ويتم تكوينه كمضخم حالي.

مع عدم وجود ESR أو في حالة وجود مكثف جيد جديد ، يتم ضبط العداد للإشارة إلى انحراف كامل النطاق يشير إلى حد أدنى من ESR عبر المكثف والذي ينخفض ​​بشكل متناسب نحو الصفر للمكثفات المختلفة التي تحتوي على كميات مختلفة من مستويات ESR.

يتسبب انخفاض ESR في ظهور تيار أعلى نسبيًا عبر مدخلات الاستشعار المقلوبة للعملية التي يتم عرضها في المقياس بدرجة أعلى من الانحراف والعكس صحيح.

يتم إدخال الترانزستور BC547 العلوي كمرحلة منظم جهد جامع مشترك من أجل تشغيل مرحلة المذبذب بجهد أقل 1.5 فولت بحيث يتم الاحتفاظ بالجهاز الإلكتروني الآخر في لوحة الدائرة حول المكثف قيد الاختبار تحت ضغط صفري من تردد الاختبار من مقياس ESR.

عملية معايرة العداد سهلة. الاحتفاظ بأسلاك الاختبار مختصرة معًا ، يتم ضبط الإعداد المسبق 100k بالقرب من عداد UA حتى يتم تحقيق انحراف كامل للمقياس على قرص العداد.

بعد ذلك ، يمكن التحقق من المكثفات المختلفة ذات قيم ESR العالية في العداد مع درجات انحراف أقل مماثلة كما هو موضح في القسم السابق من هذه المقالة.

تم بناء المحول فوق أي حلقة من الفريت ، باستخدام أي سلك مغناطيسي رفيع مع العدد الموضح من الدورات.

جهاز اختبار ESR بسيط آخر بمصباح LED واحد

توفر الدائرة مقاومة سلبية لإنهاء ESR للمكثف الذي يخضع للاختبار ، مما ينتج عنه صدى متسلسل مستمر من خلال محث ثابت. يوضح الشكل أدناه مخطط الدائرة لمقياس esr. يتم إنشاء المقاومة السلبية بواسطة IC 1b: يشير Cx إلى المكثف قيد الاختبار ويتم وضع L1 كمحث ثابت.

العمل الأساسي

يسهل وعاء VR1 تعديل المقاومة السلبية. للاختبار ، استمر في تدوير VR1 حتى يتوقف التذبذب. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يمكن التحقق من قيمة ESR من مقياس متصل خلف قرص VR1.

سيركويت دسكريبتيون

في حالة عدم وجود مقاومة سلبية ، يعمل L1 و Cx مثل دائرة طنين متسلسلة يتم قمعها بواسطة مقاومة L1 و ESR لـ Cx. ستبدأ دائرة ESR هذه في التذبذب بمجرد أن يتم تشغيلها من خلال مشغل الجهد. يعمل IC1 a مثل المذبذب لتوليد خرج إشارة موجة مربعة بتردد منخفض في هرتز. يتم تمييز هذا الإخراج الخاص لإنشاء طفرات الجهد (النبضات) التي تؤدي إلى تشغيل دائرة الطنين المرفقة.

بمجرد أن يتم إنهاء ESR للمكثف مع مقاومة R1 بالمقاومة السلبية ، يتحول التذبذب الرنين إلى تذبذب ثابت. يؤدي هذا لاحقًا إلى تشغيل LED D1. بمجرد توقف التذبذب بسبب انخفاض المقاومة السلبية ، يتسبب في إيقاف تشغيل مؤشر LED.

الكشف عن مكثف قصير

في حالة اكتشاف مكثف قصير الدائرة في Cx ، يضيء مؤشر LED مع زيادة السطوع. خلال الفترة التي تتأرجح فيها دائرة الطنين ، يتم تشغيل مؤشر LED فقط من خلال نصف الدورات الموجبة ذات الحواف الموجبة للشكل الموجي: مما يتسبب في إضاءته بنسبة 50٪ فقط من إجمالي سطوعه. يوفر IC 1 d نصف جهد إمداد يستخدم كمرجع لـ IC1b.

يمكن استخدام S1 لضبط كسب ICIb ، والذي بدوره يغير المقاومة السلبية لتمكين نطاقات قياس ESR واسعة ، عبر 0-1 و0-10 و0-100 Ω.

قائمة الاجزاء

L1 البناء

يتم تصنيع المحث L1 عن طريق لفه مباشرة حول الأعمدة الأربعة الداخلية للحاوية التي يمكن استخدامها لربط زوايا PCB.

يمكن أن يكون عدد الدورات 42 ، باستخدام 30 سلكًا نحاسيًا مصقولًا فائقًا من SWG. قم بإنشاء L1 حتى تحصل على مقاومة 3.2 أوم عبر نهايات اللف ، أو حوالي 90 درجة في قيمة الحث.

سمك السلك ليس بالغ الأهمية ، لكن يجب أن تكون قيم المقاومة والحث كما هو مذكور أعلاه.

نتائج الإختبار

مع تفاصيل اللف كما هو موضح أعلاه ، يجب أن يولد مكثف 1000 فائق التوهج تم اختباره في فتحات Cx ترددًا قدره 70 هرتز. قد يتسبب مكثف 1 pF في زيادة هذا التردد إلى حوالي 10 كيلو هرتز.

أثناء فحص الدائرة ، قمت بتوصيل سماعة أذن بلورية من خلال مكثف 100 nF عند R19 لاختبار مستويات التردد. كان النقر على تردد الموجة المربعة مسموعًا بشكل جيد بينما تم تعديل VR1 بعيدًا عن الموقع الذي تسبب في توقف التذبذبات. عندما تم تعديل VR1 نحو النقطة الحرجة ، تمكنت من بدء سماع الصوت النقي لتردد موجة جيبية منخفضة الجهد.

كيفية المعايرة

خذ مكثفًا عالي الجودة 1000 درجة فهرنهايت له معدل جهد لا يقل عن 25 فولت وأدخله في نقاط Cx. قم بتغيير VR1 تدريجيًا حتى تجد مؤشر LED مغلقًا تمامًا. ضع علامة على هذه النقطة المحددة خلف قرص مقياس القدر بـ 0.1 Ω.

بعد ذلك ، قم بتوصيل المقاوم المعروف في سلسلة مع Cx الموجود قيد الاختبار والذي سيؤدي إلى إضاءة LED ، والآن اضبط VR1 مرة أخرى حتى يتم إيقاف تشغيل LED للتو.

عند هذه النقطة ، حدد مقياس الطلب VR1 بقيمة المقاومة الإجمالية الجديدة. قد يكون من الأفضل تمامًا العمل بزيادات قدرها 0.1 درجة على النطاق 1 درجة وزيادات أكبر بشكل مناسب على النطاقين الآخرين.

تفسير النتائج

يوضح الرسم البياني أدناه قيم ESR القياسية ، وفقًا لسجلات الشركات المصنعة ومع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن ESR المحسوبة عند 10 كيلو هرتز هي بشكل عام 1/3 من تلك التي تم اختبارها عند 1 كيلو هرتز. يمكن العثور على قيم ESR مع المكثفات ذات الجودة القياسية 10V لتكون أعلى 4 مرات من تلك ذات الأنواع منخفضة ESR 63V.

لذلك ، عندما يتدهور مكثف من النوع ESR المنخفض إلى مستوى يشبه فيه ESR إلى حد كبير مستوى المكثف الإلكتروليتي النموذجي ، فإن ظروف الاحماء الداخلية الخاصة به ستزداد 4 مرات أعلى!

إذا رأيت أن قيمة ESR المختبرة أكبر من ضعف القيمة الموضحة في الشكل التالي ، فقد تفترض أن المكثف لم يعد في أفضل حالاته.

ستكون قيم ESR للمكثفات التي لها معدلات جهد مختلفة عن تلك الموضحة أدناه بين الخطوط القابلة للتطبيق على الرسم البياني.

مقياس ESR باستخدام IC 555

ليست نموذجية ، ومع ذلك ، فإن دائرة ESR البسيطة هذه دقيقة للغاية وسهلة البناء. إنها تستخدم مكونات عادية جدًا مثل IC 555 ، ومصدر 5V DC ، وبعض الأجزاء السلبية الأخرى.

تم تصميم الدائرة باستخدام CMOS IC 555 ، مع عامل واجب يبلغ 50:50.
يمكن تغيير دورة العمل من خلال المقاوم R2 و r.
حتى التغيير البسيط في قيمة r الذي يتوافق مع ESR للمكثف المعني ، يسبب تباينًا كبيرًا في تردد خرج IC.

يتم حل تردد الخرج بالصيغة:

f = 1 / 2CR1n (2-3 ك)

في هذه الصيغة C يعيد تعيين السعة ، R يتشكل بواسطة (R1 + R2 + r) ، r يشير إلى ESR للمكثف C ، بينما يتم وضع k كعامل يساوي:

ك = (R2 + r) / R.

لضمان عمل الدائرة بشكل صحيح ، يجب ألا تكون قيمة العامل k أعلى من 0.333.

إذا زادت عن هذه القيمة ، فإن IC 555 سيصبح وضع تذبذب غير متحكم فيه بتردد عالٍ للغاية ، والذي سيتم التحكم فيه فقط عن طريق تأخير انتشار الشريحة.

ستجد زيادة أسية في تردد إخراج IC بمقدار 10x ، استجابةً لزيادة العامل k من 0 إلى 0.31.

نظرًا لأنه يزداد أكثر من 0.31 إلى 0.33 ، يتسبب في زيادة frquecny الناتج بمقدار 10 أضعاف أخرى.

بافتراض أن R1 = 4k7 ، R2 = 2k2 ، الحد الأدنى من ESR = 0 لـ C ، يجب أن يكون العامل k حوالي 0.3188.

الآن ، لنفترض أن لدينا قيمة ESR بحوالي 100 أوم ، سيؤدي إلى زيادة قيمة k بنسبة 3٪ عند 0.3286. هذا يجبر الآن IC 555 على التذبذب بتردد أكبر بثلاث مرات مقارنة بالتردد الأصلي عند r = ESR = 0.

يوضح هذا أنه مع زيادة r (ESR) يؤدي إلى ارتفاع أسي في تردد خرج IC.

كيف تختبر

أولاً ، ستحتاج إلى معايرة استجابة الدائرة باستخدام مكثف عالي الجودة مع ESR ضئيل ، وقيمة سعة مماثلة لتلك التي تحتاج إلى اختبار.

يجب أيضًا أن يكون لديك مجموعة من المقاومات المتنوعة بقيم دقيقة تتراوح من 1 إلى 150 أوم.

الآن ، ارسم رسم بياني لـ تردد الإخراج مقابل ص لقيم المعايرة ،

بعد ذلك ، قم بتوصيل المكثف الذي يحتاج إلى اختبار لـ ESR ، وابدأ في تحليل قيمة ESR من خلال مقارنة تردد IC 555 المقابل والقيمة المقابلة في الرسم البياني المرسوم.

لضمان الدقة المثلى لقيم ESR المنخفضة ، على سبيل المثال أقل من 10 أوم ، وكذلك للتخلص من تباينات التردد ، يوصى بإضافة المقاوم بين 10 أوم و 100 أوم في السلسلة مع مكثف قيد الاختبار.

بمجرد الحصول على قيمة r من الرسم البياني ، تكون قد طرحت قيمة المقاوم الثابت من هذا ص للحصول على قيمة ESR.