Circuito simple del medidor de ESR

La publicación analiza un circuito medidor de ESR simple que se puede usar para identificar condensadores defectuosos en un circuito electrónico sin quitarlos prácticamente de la placa de circuito. La idea fue solicitada por Manual Sofian

Especificaciones técnicas

¿Tiene un esquema sobre el medidor de ESR? Los técnicos me recomiendan verificar primero el electrolítico cada vez que se me ocurre un circuito muerto, pero no sé cómo medirlo.

Gracias de antemano por su respuesta.

Que es la ESR

ESR, que significa resistencia en serie equivalente, es un valor de resistencia insignificantemente pequeño que normalmente se convierte en parte de todos los condensadores e inductores y aparece en serie con sus valores unitarios reales; sin embargo, en los condensadores electrolíticos especialmente, debido al envejecimiento, el valor de ESR podría seguir aumentando. a niveles anormales que afecten negativamente a la calidad y respuesta generales del circuito involucrado.

La ESR en desarrollo en un condensador particular puede aumentar gradualmente desde unos pocos miliohmios hasta un máximo de 10 ohmios, afectando gravemente la respuesta del circuito.

Sin embargo, la ESR explicada anteriormente puede no significar necesariamente que la capacitancia del capacitor también se vea afectada, de hecho, el valor de capacitancia podría permanecer intacto y bueno, pero el rendimiento del capacitor se deteriorará.

Es debido a este escenario que un medidor de capacitancia normal no detecta por completo un capacitor defectuoso afectado con un valor de ESR alto y un técnico encuentra que los capacitores están bien en términos de su valor de capacitancia, lo que a su vez hace que la resolución de problemas sea extremadamente difícil.

Cuando los medidores de capacitancia y ohmios normales se vuelven totalmente ineficaces para medir o detectar ESR anormal en capacitores defectuosos, un medidor de ESR se vuelve extremadamente útil para identificar tales dispositivos engañosos.

Diferencia entre ESR y capacitancia

Básicamente hablando, el valor de ESR de un capacitor (en ohmios) indica qué tan bueno es el capacitor.

Cuanto menor sea el valor, mayor será el rendimiento de trabajo del condensador.

Una prueba de ESR nos proporciona una advertencia rápida de un mal funcionamiento del capacitor y es mucho más útil en comparación con una prueba de capacitancia.

De hecho, varios electrolíticos defectuosos pueden mostrar BIEN cuando se examinan con un medidor de capacitancia estándar.

Últimamente hemos hablado con muchas personas que no apoyan la importancia de la ESR y exactamente en qué percepción es única de la capacitancia.

Por lo tanto, creo que vale la pena proporcionar un fragmento de una noticia tecnológica en una revista de renombre escrita por Doug Jones, presidente de Independence Electronics Inc. Él aborda la preocupación de la ESR de manera efectiva. 'ESR es la resistencia natural activa de un capacitor contra una señal de CA.

Una ESR más alta puede provocar complicaciones constantes en el tiempo, calentamiento del condensador, aumento de la carga del circuito, falla general del sistema, etc.

¿Qué problemas puede causar la ESR?

Una fuente de alimentación conmutada con condensadores ESR altos puede no arrancar de manera óptima o simplemente no arrancar en absoluto.

La pantalla de un televisor puede estar inclinada desde los lados / arriba / abajo debido a un condensador ESR alto. También puede provocar fallas prematuras de diodos y transistores.

Todos estos y muchos más problemas suelen ser inducidos por condensadores con la capacitancia adecuada pero una ESR grande, que no se puede detectar como una figura estática y, por esa razón, no se puede medir a través de un medidor de capacitancia estándar o un ohmímetro de CC.

La ESR aparece solo cuando se conecta una corriente alterna a un condensador o cuando la carga dieléctrica de un condensador cambia constantemente de estado.

Esto se puede ver como la resistencia de CA en fase total del capacitor, combinada con la resistencia de CC de los cables del capacitor, la resistencia de CC de la interconexión con el dieléctrico del capacitor, la resistencia de placa del capacitor y la CA en fase del material dieléctrico. resistencia en una frecuencia y temperatura específicas.

Todos los elementos que provocan la formación de ESR podrían considerarse como una resistencia en serie con un condensador. Esta resistencia no existe realmente como una entidad física, por lo tanto, una medición inmediata sobre la 'resistencia ESR' simplemente no es factible. Si, por el contrario, se puede acceder a un enfoque que ayude a corregir los resultados de la reactancia capacitiva, y contemplando que todas las resistencias están en fase, la ESR podría determinarse y probarse empleando la fórmula electrónica fundamental. E = I x R!

ACTUALIZAR una alternativa más sencilla

El circuito basado en amplificador operacional que se muestra a continuación parece complejo, sin duda, por lo tanto, después de pensarlo un poco, se me ocurrió esta idea simple para evaluar la ESR de cualquier capacitor rápidamente.

Sin embargo, para esto primero tendrás que calcular la cantidad de resistencia que posee idealmente el condensador particular, utilizando la siguiente fórmula:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• donde Xc = reactancia (resistencia en ohmios),
• pi = 22/7
• f = frecuencia (tome 100 Hz para esta aplicación)
• C = valor del condensador en faradios

El valor Xc le dará la resistencia equivalente (valor ideal) del condensador.

A continuación, encuentre la corriente mediante la ley de Ohm:

I = V / R, aquí V será 12 x 1,41 = 16,92 V, R se reemplazará con Xc como se logró a partir de la fórmula anterior.

Una vez que encuentre la corriente nominal ideal del condensador, puede utilizar el siguiente circuito práctico para comparar el resultado con el valor calculado anteriormente.

Para ello necesitará los siguientes materiales:

• Transformador 0-12V / 220V
• 4 diodos 1N4007
• Medidor de bobina móvil FSD de 0-1 amperios o cualquier amperímetro estándar

El circuito anterior proporcionará una lectura directa con respecto a la cantidad de corriente que el capacitor puede entregar a través de él.

Anote la corriente medida con la configuración anterior y la corriente obtenida con la fórmula.

Finalmente, use la ley de Ohm nuevamente para evaluar las resistencias de las dos lecturas de corriente (I).

R = V / I donde el voltaje V será 12 x 1.41 = 16.92, 'I' será según las lecturas.

Obtener el valor ideal de un condensador rápidamente

En el ejemplo anterior, si no desea realizar los cálculos, puede utilizar el siguiente valor de referencia para obtener la reactancia ideal de un condensador, para la comparación.

Según la fórmula, la reactancia ideal de un condensador de 1 uF es de alrededor de 1600 ohmios a 100 Hz. Podemos tomar este valor como criterio y evaluar el valor de cualquier capacitor deseado mediante una simple multiplicación cruzada inversa como se muestra a continuación.

Supongamos que queremos obtener el valor ideal de un condensador de 10uF, simplemente sería:

1/10 = x/1600

x = 1600/10 = 160 ohmios

Ahora podemos comparar este resultado con el resultado obtenido al resolver la corriente del amperímetro en la ley de Ohm. La diferencia nos dirá sobre la ESR efectiva del condensador.

NOTA: El voltaje y la frecuencia utilizados en la fórmula y el método práctico deben ser idénticos.

Uso de un amplificador operacional para hacer un medidor de ESR simple

Se puede usar un medidor de ESR para determinar la salud de un capacitor dudoso mientras se resuelven problemas de un circuito o unidad electrónicos viejos.

Además, lo bueno de estos instrumentos de medición es que se pueden usar para medir la ESR de un capacitor sin la necesidad de quitar o aislar el capacitor de la placa de circuito, lo que facilita bastante al usuario.

La siguiente figura muestra un circuito medidor de ESR simple que se puede construir y usar para las medidas propuestas.

Diagrama de circuito

Cómo funciona

El circuito puede entenderse de la siguiente manera:

TR1 junto con el transistor NPN adjunto forma un oscilador de bloqueo activado por retroalimentación simple que oscila a una frecuencia muy alta.

Las oscilaciones inducen una magnitud proporcional de voltaje a través de las 5 vueltas del secundario del transformador, y este voltaje de alta frecuencia inducido se aplica a través del capacitor en cuestión.

También se puede ver un amplificador operacional conectado con la alimentación de alta frecuencia de bajo voltaje anterior y está configurado como un amplificador de corriente.

Sin ESR o en el caso de un nuevo capacitor bueno, el medidor está configurado para indicar una deflexión de escala completa que indica una ESR mínima a través del capacitor que, proporcionalmente, desciende hacia cero para diferentes capacitores que tienen diferentes cantidades de niveles de ESR.

Una ESR más baja hace que se desarrolle una corriente relativamente más alta a través de la entrada de detección de inversión del amplificador operacional que se muestra correspondientemente en el medidor con un grado más alto de deflexión y viceversa.

El transistor superior BC547 se introduce como una etapa reguladora de voltaje de colector común para operar la etapa del oscilador con 1,5 V inferiores, de modo que el otro dispositivo electrónico en la placa de circuito alrededor del condensador bajo prueba se mantenga bajo tensión cero de la frecuencia de prueba de el medidor de ESR.

El proceso de calibración del medidor es sencillo. Manteniendo los cables de prueba en cortocircuito, el valor predeterminado de 100k cerca del medidor uA se ajusta hasta que se logre una desviación de escala completa en el cuadrante del medidor.

Después de esto, se podrían verificar diferentes capacitores con valores de ESR altos en el medidor con grados de deflexión correspondientemente más bajos, como se explica en la sección anterior de este artículo.

El transformador se construye sobre cualquier anillo de ferrita, utilizando cualquier alambre magnético delgado con el número de vueltas indicado.

Otro probador de ESR simple con un LED

El circuito proporciona una resistencia negativa para terminar la ESR del capacitor que está bajo prueba, creando una resonancia en serie continua a través de un inductor fijo. La siguiente figura muestra el diagrama del circuito del medidor de esr. La resistencia negativa es generada por IC 1b: Cx indica el capacitor bajo prueba y L1 está posicionado como inductor fijo.

Trabajo básico

Pot VR1 facilita el ajuste de la resistencia negativa. Para probar, simplemente siga girando VR1 hasta que la oscilación se detenga. Una vez hecho esto, el valor de ESR podría verificarse en una escala colocada detrás del dial VR1.

Descripción del circuito

En ausencia de una resistencia negativa, L1 y Cx funcionan como un circuito resonante en serie que es suprimido por la resistencia de L1 y la ESR de Cx. Este circuito ESR comenzará a oscilar tan pronto como se alimente a través de un disparador de voltaje. IC1 a funciona como un oscilador para generar una salida de señal de onda cuadrada con una frecuencia baja en Hz. Esta salida particular se diferencia para crear picos de voltaje (impulsos) que activan el circuito resonante adjunto.

Tan pronto como la ESR del capacitor junto con la resistencia de R1 tienden a terminar con la resistencia negativa, la oscilación del timbre se convierte en una oscilación constante. A continuación, se enciende el LED D1. Tan pronto como se detiene la oscilación debido a la caída de la resistencia negativa, el LED se apaga.

Detección de un condensador en corto

En caso de que se detecte un condensador en cortocircuito en Cx, el LED se ilumina con un brillo aumentado. Durante el período en el que el circuito resonante está oscilando, el LED se enciende únicamente a través de los semiciclos de borde positivo de la forma de onda: lo que hace que se ilumine solo con el 50% de su brillo total. IC 1 d suministra una media tensión de alimentación que se utiliza como referencia para IC1b.

S1 se puede utilizar para ajustar la ganancia de ICIb, que a su vez cambia la resistencia negativa para permitir amplios rangos de medición de ESR, en 0-1, 0-10 y 0-100 Ω.

Lista de partes

Construcción L1

El inductor L1 se hace enrollando directamente alrededor de los 4 pilares internos del gabinete que se pueden usar para atornillar las esquinas de la PCB.

El número de vueltas puede ser 42, utilizando alambre de cobre súper esmaltado 30 SWG. Cree L1 hasta que tenga una resistencia de 3,2 ohmios en los extremos del devanado, o alrededor de un valor de inductancia de 90 uH.

El grosor del cable no es crucial, pero los valores de resistencia e inductancia deben ser los indicados anteriormente.

Resultados de la prueba

Con los detalles del devanado descritos anteriormente, un condensador de 1000 uF probado en las ranuras Cx debería generar una frecuencia de 70 Hz. Un condensador de 1 pF puede provocar un aumento de esta frecuencia a unos 10 kHz.

Mientras examinaba el circuito, conecté un auricular de cristal a través de un capacitor de 100 nF en R19 para probar los niveles de frecuencia. El clic de una frecuencia de onda cuadrada fue muy audible mientras que VR1 se ajustó muy lejos de la ubicación que provocó el cese de las oscilaciones. Mientras el VR1 se ajustaba hacia su punto crítico, pude comenzar a escuchar el sonido puro de una frecuencia de onda sinusoidal de bajo voltaje.

Cómo calibrar

Tome un capacitor de 1000 µF de alto grado con un voltaje nominal de un mínimo de 25 V e insértelo en los puntos Cx. Varíe gradualmente el VR1 hasta que encuentre el LED completamente apagado. Marque este punto específico detrás del dial de escala del potenciómetro como 0.1 Ω.

Luego, conecte una resistencia conocida en serie con el Cx existente bajo prueba que hará que el LED se encienda, ahora ajuste nuevamente VR1 hasta que el LED se apague.

En este punto, marque la escala del dial VR1 con el nuevo valor de resistencia total. Puede ser preferible trabajar con incrementos de 0,1 Ω en el rango de 1 Ω e incrementos adecuadamente mayores en los otros dos rangos.

Interpretación de los resultados

El siguiente gráfico muestra los valores estándar de ESR, de acuerdo con los registros de los fabricantes y teniendo en cuenta el hecho de que la ESR calculada a 10 kHz es generalmente 1/3 de la probada a 1 kHz. Se puede encontrar que los valores de ESR con capacitores de calidad estándar de 10 V son 4 veces más altos que los de los tipos de ESR de 63 V.

Por lo tanto, siempre que un capacitor de tipo bajo de ESR se degrada a un nivel en el que su ESR es muy similar al de un capacitor electrolítico típico, ¡sus condiciones de calentamiento interno aumentarán 4 veces más!

En el caso de que vea que el valor de ESR probado es mayor que 2 veces el valor que se muestra en la siguiente figura, puede asumir que el capacitor no está más en su mejor condición.

Los valores de ESR para capacitores que tienen valores nominales de voltaje diferentes a los indicados a continuación estarán entre las líneas correspondientes del gráfico.

Medidor de ESR con IC 555

No es tan típico, sin embargo, este simple circuito ESR es extremadamente preciso y fácil de construir. Emplea componentes muy comunes, como un IC 555, una fuente de 5 V CC y algunas otras partes pasivas.

El circuito se construye utilizando un CMOS IC 555, configurado con un factor de trabajo de 50:50.
El ciclo de trabajo podría modificarse a través de la resistencia R2 y r.
Incluso un pequeño cambio en el valor de r que corresponde a la ESR del condensador en cuestión, provoca una variación significativa en la frecuencia de salida del IC.

La frecuencia de salida se resuelve mediante la fórmula:

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

En esta fórmula C representa la capacitancia, R está formado por (R1 + R2 + r), r denota la ESR del capacitor C, mientras que k se posiciona como el factor igual a:

k = (R2 + r) / R.

Para garantizar que el circuito funcione correctamente, el valor del factor k no debe ser superior a 0,333.

Si se aumenta por encima de este valor, el IC 555 se convertirá en un modo de oscilación descontrolado a una frecuencia extremadamente alta, que será controlada únicamente por el retardo de propagación del chip.

Encontrará un aumento exponencial en la frecuencia de salida del IC en 10X, en respuesta a un aumento en el factor k de 0 a 0,31.

A medida que aumente aún más de 0.31 a 0.33, haga que la salida frquecny aumente en otra magnitud 10X.

Suponiendo que R1 = 4k7, R2 = 2k2, una ESR mínima = 0 para C, el factor k debería refluir alrededor de 0.3188.

Ahora, supongamos que tenemos el valor de ESR de alrededor de 100 ohmios, lo que haría que el valor de k aumentara un 3% a 0.3286. Esto ahora obliga al IC 555 a oscilar con una frecuencia que es 3 veces mayor en comparación con la frecuencia original en r = ESR = 0.

Esto muestra que a medida que aumenta r ​​(ESR) se produce un aumento exponencial en la frecuencia de la salida de IC.

Cómo probar

Primero, deberá calibrar la respuesta del circuito utilizando un condensador de alta calidad con una ESR insignificante y con un valor de capacitancia idéntico al que debe probarse.

También debe tener un puñado de resistencias surtidas con valores precisos que van desde 1 a 150 ohmios.

Ahora, traza una gráfica de frecuencia de salida vs r para los valores de calibración,

A continuación, conecte el condensador que necesita ser probado para la ESR y comience a analizar su valor de ESR comparando la frecuencia IC 555 correspondiente y el valor correspondiente en el gráfico trazado.

Para garantizar una resolución óptima para valores de ESR más bajos, por ejemplo, por debajo de 10 ohmios, y también para eliminar las disparidades de frecuencia, se recomienda agregar una resistencia entre 10 ohmios y 100 ohmios en serie con el condensador bajo prueba.

Una vez que se obtiene el valor r del gráfico, solo tiene que restar el valor de la resistencia fija de este r para obtener el valor de ESR.