Измерение esr конденсаторов своими руками

  Творческое переосмысление достаточно точной и не очень сложной конструкции измерителя емкости и ESR конденсаторов. Речь идет о измерителе C&ESR автора Келехсашвили В.А. (vyachko), конструкция опубликована и описана в журнале «Радио», №6 и №7 за 2010г. Т.к. времени со дня публикации прошло немало, порылся в инете, почитал статьи повторивших эту конструкцию и форумы где ее обсуждали, предлагали усовершенствования и т.д. Также собрал моделируемый прототип в симуляторе Proteus 7.10 для изучения работы программы, понимания принципа ее работы. Все это закончилось тем, что и схема была изменена, и программа % на 80 переделана. Неизменным остался только принцип измерения емкости и ESR конденсаторов на постоянном токе, но внес изменение в алгоритм разрядки конденсатора.   О точности прибора и возможности внутрисхемных измерений сказал сам автор в топике на форуме vrtp.ru:

  Если Ваша цель измерение ESR с лабораторной точностью, то данный прибор не для Вас. Цель создания прибора — из максимально доступных деталей получить прибор с точностью достаточной для домашнего использования. Грамотные специалисты-ремонтники могут себе позволить приобретение настоящего измерительного прибора, а желающие «за копейки» получить лабораторную точность пусть обратят внимание на другие конструкции;   Если в схеме параллельно измеряемому конденсатору нет шунтирующих сопротивлений или германиевых п/п переходов, или переходов с барьером Шоттки, то мерять (внутрисхемно) можно (в принципе эти ограничения в той или иной мере свойственны практически всем измерителям ЭПС);

Теория. Способ измерения С и ESR на постоянном токе.

  Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I, напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения UR по закону:

UR – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

  При этом измеряются два интервала времени t1 и t2, в течении которых напряжение между обкладками конденсатора достигает значений соответственно U1 и U2. Все эти значения связаны с параметрами конденсатора следующим образом:

Посчитать величину заряда для двух фиксированных значений напряжения U1 и U2, в этом случае можно по формуле:

Взяв значение U2 вдвое большим U1 формулу расчёта ёмкости можно упростить: Формула для расчета активного сопротивления конденсатора (ESR) в общем случае составит:

Опять-же, взяв значение U2 вдвое большим U1, формулу расчёта ESR тоже можно упростить:

  Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на дисплей.

Теория. Применяемая арифметика с фиксированной точкой.

Для удобства вычисления микроконтроллером формулы необходимо преобразовать, выразив метки времени t1 и t2 через частоту счетного таймера F и кол-во счетных импульсов n1 и n2 соответственно.

Преобразованная формула вычисления ESR примет следующий вид:

• Частота таймера F взаимно сократилась из числителя и знаменателя и формула почти не отличается от предыдущей.

  Для мимизации кол-ва и времени вычислений (а для МК, у которого отсутствуют команды для работы с плавающей точкой это очень важно) формулы можно доработать, т.е. преобразовать не меняющиеся во время рабочего цикла измерения значения в константы. Константы можно вычислить препроцессором на этапе компиляции, это позволит упростить вычисления и уменьшить их обьем. Константа для вычисления емкости: Формула вычисления емкости при этом примет вид: Константы для вычисления ESR: Формула вычисления ESR при этом примет вид:

Практика. Арифметика с фиксированной точкой в программе.

Емкость счетного таймера составляет 18 разрядов. Два дополнительных разряда добавлены программно, и инкрементируются таймером 1 по переполнению. Таким образом счетный таймер считает в диаппазоне 0х00000- 0х3FFFF. В программе для расширения диаппазона измерений задействованы 5 режимов таймера 1 и два генератора зарядного тока, большой (8,0мА) и малый (0,5мА):

1. Диаппазон 0, прескалер таймера 1 отключен, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц, измеряемая емкость 100nF — 300μF;
2. Диаппазон 1, прескалер 8, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/8, измеряемая емкость 300μF — 3mF;
3. Диаппазон 2, прескалер 64, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/64, измеряемая емкость 3mF — 23mF;
4. Диаппазон 3, прескалер 256, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/256, измеряемая емкость 23mF — 90mF;
5. Диаппазон 4, прескалер 1024, таймер считает импульсы частотой 20 Мгц/1024, измеряемая емкость 90mF — 300mF;

Емкость и ESR от 100nF до 25μF измеряются на малом токе, выше уже на большом.

Констант для вычисления емкости стало две, для большого (Ibig) и малого (Ilow) тока:

А формулы вычисления емкости с учетом диаппазонов при этом примут вид:

  Где D — номер диаппазона (0..4), M — массив коэффициентов деления на соответствующем диаппазоне [15, 12, 9, 7, 5]. При малом токе делится еще на 16 (Ibig/Ilow). Легко посчитать, что с учетом коэффициентов деления прескалера на разных диаппазонах, в делителе коэффициент деления всегда один, и для большого тока всегда равен 2^15, для малого 2^19.

  В моем варианте кода емкость после расчета домножается еще на 10. Это сделано для того, чтобы после BCD преобразования число разбилось по порядку, три младших разряда — нанофарады, три средних — микрофарады, три старших — милифарады. Причем для доумножения на 10 дополнительного кода почти не потребовалось. Общеизвестно, что умножить на 10 можно сдвинув число влево (умножить на 2), запомнить результат, и сдвинуть еще два раза влево (умножить на 8). Если теперь промежуточной и конечный сдвиги сложить и получим искомое умножение на 10, этим я и воспользовался. Теперь при делении я контролирую номер шага, и когда остается три шага запоминаю промежуточный результат (эквивалент умножения на 8). Использовать изначальное число шагов здесь избыточно, мне достаточно предпоследнего (эквивалент умножения на 2), поэтому массив коэффициентов деления на соответствующих диаппазонах [14, 11, 8, 6, 4] изменен. После деления складываем результат с промежуточным, вот и все умножение.

  Тут может возникнуть закономерный вопрос, а почему сразу нельзя учесть это умножение в коэффициенте Кс? Дело в том, что регистр результата умножения содержит 32 бита и при увеличении Кс для малого тока может произойти его переполнение.

Констант для вычисления ESR стало тоже две по той-же причине:

1. Схема.
2.   Хотя я и указал в качестве первоисточника схему от vyachko,

В зависимости от тока, на котором производился цикл измерения, соответствующая константа и используется в упрощенной формуле:

на самом деле с самого начала моделировалась схема от DesAlex с сайта «Паяльник». Это схема, из которой по словам автора (и я с ним согласен) выброшено все лишнее. Вот как об этом пишет сам автор:

  Автономное питание — убираем, так как прибор будет работать в помещении от сетевого адаптера, оставляю только разъём для его подключения. Автоматическое отключение источника питания от схемы и его квазисенсорное включение — вычёркиваем — это нерациональное пижонство. Подключение к компу через СОМ-порт — убираем — какой дурак будет включать целый компьютер ради замера ёмкости одного конденсатора, что и так отображается на ЖКИ прибора; подсветку индикатора делаю постоянно включенной. Итого — схема «похудела» процентов на 25 🙂 Кроме того, после внимательного чтения описания и вникания в принцип работы измерителя была обнаружена и одна ошибка на схеме — источники тока двух поддиапазонов измерения оказались перепутаны между собой — исправляем… В итоге две функции, автономное питание и управление подсветкой я все-же вернул, но немного по другому.

  При проектировании собственной схемы измерителя были использованы материалы обсуждения данной схемы с сайта vrtp.ru. Там очень хороший топик с разбором и усовершенствованием схемы, указанием первоисточников, присутствуют комментарии и обьяснения от vyachko.

Большая работа по доработке схемы была проведена участником форума borys, вот его схема: и сборный комментарий от него, существенные изменения в этом варианте таковы:

  В схему введен каскад на ОУ с коэффициентом усиления 25. При этом входным напряжениям 50 мВ и 100 мВ соответствуют наряжения 1,25 В и 2,5 В на входах компараторов. Тип ОУ был выбран исходя из его параметров, стоимости и наличия. Можно ставить одинарный вариант (TLC271). Его просто не было на тот момент и (странно) цена его выше. Резисторы R13 и R15 желательно ставить точные (не хуже 1%). Применение ОУ типа TL082 нежелательно (их параметры значительно хуже).   Компараторы LM393 заменил на LM311 и организовал их двухполярное питание. В оригинальной схеме уровни сигналов и пороги находятся около потенциала земли, при этом компараторы правильно работать не будут по определению.   При двухполярном питании эти уровни попадают почти в середину диапазона, что гораздо лучше. Показания по ESR стали больше похожи на правду.   Пороговые напряжения на компараторах формируются с помощью довольно хорошего ИОН типа LM336, точная установка производится подстроечником R7. Необходимо выставить напржение ИОН точно 2,5В. Это напряжение будет на 2 выоде DA3 (обозначения по ранее выложенной схеме). На 2 выводе DA2 будет 1,25 В. Номиналы R18 и R19 не очень критичны, но они должны быть одинаковы насколько возможно точно.

  При расчете коэффициентов до трансляции исходника надо принять значения U2, U1 равными 100 мВ и 50 мВ. В этом варианте прибора напряжение на проверямых конденсаторах не превышает 100 мВ, что позволяет корректно проверять конденсаторы без выпаивания из платы.

Моя итоговая схема получилась такой:

От схемы borys взяты как идея:

1.   Двухполярное питание усилителя на ОУ и компараторах. Т.к. отрицательное напряжение нужно только для сдвига порогов переключения от нуля, оно не обязательно должно быть симметрично положительному, тем более и у ОУ и у компараторов заявлена полная работоспособность при однополярном питании. Потому и выбрана схема формирования искуственной средней точки по делителю выходного напряжения. А т.к. напряжение положительного плеча стабилизировано и равно 5В, напряжение отрицательного будет зависеть от поданного питающего напряжения за вычетом падения напряжения на LDO DA3 и эмиттерно-коллекторном переходе транзистора VT3. Полностью симметричным двуполярное питание станет при питании от 12В.
2.   Усилитель входного напряжения (и формирователь искуственной средней точки) собраны на сдвоенном ОУ TCL2272. Это Rail-to-Rail ОУ, выполненный по улучшенной технологии LinCMOS. Его типовые характеристики:
   • Низкий уровень шума: 9 nV/Hz на f = 1 kHz;
   • Ультранизкий входной ток: 1-pA;
   • Полоса пропускания усилителя с единичным усилением: 2,2 MHz;
   • Высокая скорость нарастания выходного напряжения: 3.6-V/μs;
   • Низкое напряжение смещения: 950 μV максимум при температуре 25°C;
   • Дальнейшее развитие усилителя TLC272;
3.   Пороговые напряжения на компараторах формируются с помощью ИОН TL431A в нерегулируемом включении. Т.к. они выше напряжения на измеряемом конденсаторе на коэффициент усиления ОУ, это повышает четкость порогов срабатывания и быстродействие компараторов.

В схему внесены следующие изменения:

•   Для лучшей стабилизации зарядных токов стабилитроны в генераторах стабильного тока заменены на ИОН TL431A в нерегулируемом включении.
•   Компараторы применены серии LM319D, это два прецизионных высокоскоростных компаратора в одном корпусе. Пороговые уровни на конденсаторе как и у vyachko, 150mV и 300mV. Серия LM319 отличается более быстрым откликом чем LM311, более высокой скоростью, более широким диапазоном рабочего напряжения. Это делает LM319 более универсальным, чем старые устройства, такие как LM311 (из даташита).Его типовые характеристики:
  • Полностью работоспособен при единственном 5В напряжении питания;
  • Время задержки 80нс при +15В;
  • Максимальный входной ток 1μА;
•   Для контроля остаточного напряжения на измеряемом конденсаторе использован внутренний аналоговый компаратор микроконтроллера, пороговый уровень 12,5mV. И хотя он имеет довольно большую погрешность сдвига входного напряжения (

Измерители ЭПС и емкости электролитических конденсаторов. Как дефектовать электролитические конденсаторы

В помощь электронщику

Один еще прибор, без которого не может обойтись сейчас любой радиолюбитель или электронщик — это измеритель ЭПС (Эквивалентное Последовательное Сопротивление) и емкости электролитического конденсатора.

Что такое ЭПС (ESR) конденсатора, на что оно влияет и как с ним борются рассказано в статье «Что такое ESR конденсатора». Прибор для измерения ЭПС сейчас можно купить или изготовить самостоятельно.

Ниже на фотографии показаны измерители ЭПС и емкости конденсатора, которые я изготовил сам.

Все эти измерители ЭПС позволяют производить измерение непосредственно в электронной плате без демонтажа электролитического конденсатора. Cейчас я расскажу о каждом из этих измерителей.

На фотографии показан мой первый измеритель ЭПС — ESR конденсаторов.

Cделал я его еще в 2009 году, схему взял из журнала «Радио» за 2008 год номер 7 страница 26-27, статья называется «Индикатор ЭПС оксидных конденсаторов».

Основные технические характеристики измерителя ЭПС.

Предел индикации ЭПС, Ом	0,1…23
Напряжение питания, В	1,25…1,6
Частота генерации, кГц	12…16
Ток потребления, мАв дежурном режимев режиме измерения

Схема здесь настолько простая, всего на двух транзисторах, что её можно собрать, в принципе, за один вечер, если не делать корпус к устройству. Все детали доступны, ничего такого дефицитного здесь нет.

Теперь о конструкция этого измерителя ЭПС. Корпус взял готовый, измерительная головка, к сожалению, в корпус не вошла, поэтому я просто головку поднял над корпусом на втулках.  Делать шкалу в омах не стал,  сделал таблицу, соответствия показания микроамперметра и значение ЭПС конденсаторов. В корпусе так же находится выключатель питания и ручка переменного резистора для установки нуля. Щупы у прибора самодельные, сделаны из корпуса авторучки и иголок.

Внутренности измерителя ЭПС: электронная плата, батарейка, тумблер и переменный резистор.



Плата с электроникой закреплена непосредственно на винтах головки. На фото плата снята, вид со стороны элементов.

Работа с этим прибором не вызывает никаких сложностей. Включается питание, щупы надо замкнуть, установить регулятором «0» и можно уже производить измерение ЭПС или ESR конденсаторов.Конструкцию этого прибора также повторил мой отец с коллегами, когда он работал в компании ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть». Этот прибор на конкурсе рационализаторов и изобретателей, который проводила компания, занял первое место. И мой отец вместе с коллегами за первое место получил бутылку кока-колы и бутылку коньяка.

Еще два самодельных измерителей ESR.

Конструкцию этих измерителей ESR разработал miron63. Берёте, в Яндексе, делаете запрос: «miron63 измеритель ESR», и в поиске находится документация. Вся документация и прошивки микроконтроллеров лежат в открытом доступе.В отличие от предыдущего измерителя ESR, этот измеритель ESR так же может мерить индуктивность, емкость, частоту, считать число импульсов. Для этого у измерителя сделаны три разъема для проведения измерений данных параметров. Верхний разъем — ЭПС и емкость, средний разъем — индуктивность и емкость обычных конденсаторов, нижний разъем — частота и счетчик импульсов.У miron63 несколько версий измерителя: я изготовил в начале версию 2, затем версию 3. В основном различия только по используем в них деталях и немного другая схемотехника,  в принципе, параметры все у них одинаковые.

Основные технические характеристики измерителя ЭПС и емкости конденсаторов от miron63.

Предел измерения ЭПС, Ом	0…50 Ом
Пределы измерение емкости электролитического конденсатора	0,1…60000 мкф
Пределы измерение емкости обычного конденсатора	1 пф…2мкф
Предел измерение частоты	0,1 мкГн…1Гн
Напряжение питания	7…9 В
Ток потребления	10…30 мА

Конструкция измерителей: корпуса я делал для этих измерителей сам, сделаны они из стали, так же к измерителям сделал комплект щупов под разные нужды. Платы изготовлены методом ЛУТ.Вместо разъемов тюльпан, которые применял автор в своих конструкциях, я применил разъемы BNC. Они более надежные по сравнению с тюльпанами. Окошко жидкокристаллических индикаторов я защитил стёклышком, изготовив его из пластиковой упаковки.

Измеритель ЭПС и емкости конденсаторов, версия 2.0. от miron63.



Внутреннее содержимое измерителя версии 2.0.

Вместо батареи на 9 вольт, который применил у себя автор, я в своем измерителе ЭПС применил металл гидридный аккумулятор и заряжаю его с помощью 12 вольтового блока питания. В корпусе сделано гнездо для подключения зарядного устройства. Точно такая же доработка применена в измерителе ЭПС версии 3.0.

Измеритель ЭПС и емкости конденсаторов, версия 3.0. от miron63.



Измеритель ЭПС и емкости конденсаторов, версия 3.0 в разобранном виде.



Пример работы с измерителем ЭПС и емкости конденсаторов версии 3.0.

На фотографии выше прибор измерил ЭПС 16,5 Ом, емкость 1,14 мкф. По факту конденсатор в этом блоке питания должен иметь емкость 1000 мкф и ЭПС менее 0,1 Ома. Данный конденсатор неисправен и требует замены.

Как дефектовать конденсаторы?

Обычно, если я померил емкость и она отличается более чем на 20 процентов от номинала, указанном на конденсаторе, такой конденсатор я считаю неисправным.

Теперь про ЭПС — тут одно правило: чем ЭПС меньше тем, соответственно это лучше, но опять же здесь нужен творческий подход. Новички могут воспользоваться, например, вот такой таблицей.

В таблице показаны значения ЭПС в Омах для разных емкостей конденсаторов в зависемости от напряжения. Так же вы можете такие таблицы поискать в интернете.

10 В	16 В	25 В	35 В	63 В	100 В	160 В	250 В	350 В	450 В
1 мкф	2,1	2,4	4,5	8,5	9,5	8,7	8,5	3,6
2,2 мкф	2,0	2,4	4,5	2,3	4,0	6,1	4,2	3,6
3,3 мкф	2,0	2,3	4,5	2,2	3,1	4,6	1,6	3,6
4,7 мкф	2,0	2,2	3,8	2,0	3,0	3,5	1,6	3,0
10 мкф	8,0	5,3	2,2	1,9	2,0	1,2	1,4	1,2	2,5
22 мкф	5,4	3,6	1,5	1,5	0,9	1,5	1,1	0,7	1,1	1,5
33 мкф	4,6	2,0	1,2	1,2	0,8	1,2	1,0	0,5	1,1
47 мкф	2,2	1,0	0,9	0,7	0,6	0,7	0,5	0,4
100 мкф	1,2	0,7	0,3	0,3	0,4	0,15	0,3	0,2
220 мкф	0,6	0,3	0,25	0,2	0,1	0,1	0,2	0,2
330 мкф	0,24	0,2	0,25	0,1	0,1	0,1	0,1	0,2
470мкф	0,24	0,18	0,12	0,1	0,1	0,1	0,1	0,15
1000 мкф	0,12	0,15	0,08	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
2200 мкф	0,12	0,14	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
3300 мкф	0,12	0,13	0,12	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
4700 мкф	0,12	0,12	0,12	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1

Вы по ней можете ориентироваться при измерении ЭПС конденсаторов для дефектовки  конденсаторов С появлению у Вас опыта, дефектовку конденсаторов вы сможет делать без данной таблицы.

Еще один способ дефектовки конденсаторов.

Если у вас есть исправный конденсатор, то вы можете померить его параметры и сравните измеренные параметры с подозрительным конденсатором, и, соответственно, принять решение: исправный этот конденсатор или нет.

Для тех, кому собирать свой измеритель ESR нет времени, посмотреть и купить готовые измерители ESR можно на витрине товаров с AliExpress, раздел «Измерители и тестеры электронных компонентов».

Видео. Измеритель ESR и емкости конденсаторов

• Посмотреть видео «Измеритель ESR и емкости конденсаторов» так же можно на видеохостинге RuTube (видео откроется в новом окне браузера).
• В помощь электронщику

Измеритель ESR+LCF v3

Степан Миронов.



Давно не секрет, что половина отказов в современной бытовой технике связана с электролитическими конденсаторами.
Вздувшиеся конденсаторы видно сразу, но есть и такие, которые выглядят вполне нормально.

Все неисправные конденсаторы имеют потерю ёмкости и увеличенное значение ESR, или только увеличенное значение ESR(ёмкость нормальная или выше нормы).

Вычислить их — не так просто, приходится выпаивать их, если параллельно подключено несколько конденсаторов, или параллельно к измеряемому конденсатору подключены какие либо шунтирующие элементы, проверять и исправные запаивать обратно.

Многие конденсаторы приклеены к плате, находятся в труднодоступных местах и демонтаж/монтаж их, занимает много времени. Ещё при нагревании, неисправный конденсатор может на время восстанавливать работоспособность.

Поэтому радиомеханики, да и не только они, мечтают иметь прибор для проверки исправности электролитических конденсаторов, внутри-схемно, не выпаивая их.
Хочу огорчить, на все 100% — это не возможно.

Не возможно правильно измерять ёмкость и ESR, но проверить исправность электролитического конденсатора без выпаивания, во многих случаях возможно по увеличенному значению ESR.
Неисправные конденсаторы с увеличенным ESR и нормальной ёмкостью встречаются часто, а с нормальным ESR и с потерей ёмкости нет.
Уменьшение ёмкости от номинальной на 20% — не считается дефектом, это нормально даже для новых конденсаторов, поэтому для начальной дефектации электролитического конденсатора достаточно измерить ESR. Показания ёмкости при внутрисхемных измерениях, только для информации и в зависимости от шунтирующих элементов схемы, могут быть значительно завышенными или не измеряться.

Ориентировочная таблица допустимых значений ESR, приведена ниже:



Было разработано несколько версий измерителя ESR.
Измеритель ESR+LCF v3 (третья версия), разрабатывался с учётом максимальных возможностей при внутрисхемных измерениях. Кроме основного измерения ESR (на дисплее Rx>x.xxx), имеется дополнительная функция для внутрисхемного вычисления ESR, названная анализатором — «aESR» (на дисплее a x.xx).

Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно).

Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR.
При измерении исправного конденсатора “aESR” и “ESR” близки по значению. На дисплее дополнительно выводится значение “aESR”.

Эта функция не имеет прототипа, поэтому на момент подготовки основной документации, был очень не большой опыт в её использовании. На данный момент, есть множество положительных отзывов от разных людей с рекомендациями по её использованию.
Данный режим не даёт сто процентного результата, но при знании схемотехники и накопленном опыте — эффективность данного режима велика.

Результат внутрисхемного измерения, зависит от шунтирующего влияния элементов схемы.
Полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды) не оказывают влияния на результат измерения.
Наибольшее влияние оказывают низкоомные резисторы, индуктивности, а так же другие конденсаторы, подключенные к цепям измеряемого конденсатора.

В местах, где шунтирующее влияние на проверяемый конденсатор не велико, неисправный конденсатор хорошо измеряется в обычном режиме «ESR», а в местах, где шунтирующее влияние велико, неисправный конденсатор (не выпаивая) можно вычислить только с помощью «анализатора — aESR».

Следует помнить, что при внутрисхемных измерениях исправных электролитических конденсаторов, показания «aESR» в большинстве случаев немного выше показаний «ESR». Это нормально, так как многочисленные соединения с измеряемым конденсатором, вносят погрешность.

Наиболее сложными местами для измерения, являются схемы с одновременным шунтированием множеством элементов разных видов.



На схеме выше, неисправный конденсатор С2+1ом, шунтируется C1+L1+C3+R2.



При измерении такого конденсатора, значение ESR в норме, а анализатор показывает ”0,18” – это превышение нормы. К сожалению, не всегда удаётся внутри-схемно определить исправность электролитического конденсатора.

Например: в материнских платах по питанию процессора не получится, там слишком велико шунтирование.

Радиомеханик, как правило, ремонтирует однотипную аппаратуру, и со временем у него накапливается опыт, и он уже точно знает в каком месте и как диагностируются электролитические конденсаторы.

И так, что же может мой измеритель.

Измеритель ESR+LCF v3 — измеряет

ESR электролитических конденсаторов	0 — 50 Ом
Ёмкость электролитических конденсаторов	0,1 — 60 000 мкФ
Ёмкость неэлектролитических конденсаторов	1 пФ — 2,0 мкФ
Индуктивность	0,1 мкГн — 1,0 Гн
Частоту	до 50 мГц
Напряжение питания	батарея 7 — 9 вольт
Ток потребления	10 — 30 мА

Дополнительные функции:

— В режиме ESR можно измерять постоянные сопротивления 0.001 – 100Ом, измерение сопротивления цепей, имеющих индуктивность или ёмкость, невозможно (т.к. измерение производится в импульсном режиме и измеряемое сопротивление шунтируется).

Для корректного измерения таких сопротивлений необходимо нажать кнопку «+» (при этом измерение производится при постоянном токе 10мА). В этом режиме диапазон измеряемых сопротивлений равен 0.001 – 20Ом.
— В режиме ESR при нажатой кнопке «L/C_F/P» включается функция внутрисхемного анализатора ( подробное описание см. далее).

— В режиме частотомера при нажатой кнопке «Lx/Cx_Px» включается функция «счетчик импульсов» (непрерывный счёт импульсов поступающих на вход “Fx“). Обнуление счетчика производится кнопкой «+».
— Индикация разряда батареи.
— Автоматическое отключение — около 4х минут (в режиме ESR-2мин.).

По истечении времени простоя, загорается надпись «StBy» и в течении 10 сек, можно нажать любую кнопку и продолжится работа в том же режиме. В современной технике электролитические конденсаторы часто шунтируются индуктивностью менее 1 мкГн и керамическими конденсаторами.

В обычном режиме здесь, измеритель не способен выявить неисправный электролитический конденсатор без выпаивания. Для этих целей, добавлена функция внутрисхемного анализатора.

Анализатор обнаруживает нелинейные участки при заряде измеряемого конденсатора (исправный конденсатор заряжается линейно).

Далее математическим путём рассчитывается предполагаемое отклонение и прибавляется к значению ESR(Rx) = aESR(a). На дисплее дополнительно выводится значение aESR (a).

Наиболее эффективна данная функция при измерении ёмкостей выше 300мкФ. Для включения этой функции необходимо нажать кнопку «L/C_F/P».

Принципиальная схема



«Сердцем измерителя является микроконтроллер PIC16F886-I/SS. В этом измерителе также, без изменения прошивки, могут работать и микроконтроллеры PIC16F876, PIC16F877.

Конструкция и детали

ЖК — индикатор на основе контроллера HD44780, 2 строки по 16 знаков.
Контроллер – PIC16F886-I/SS.
Транзисторы BC807 — любые P-N-P, близкие по параметрам.
ОУ TL082 – любой этой серии (TL082CP, AC и др.). Возможно применение ОУ MC34072.

Применение других ОУ (с другим быстродействием) не рекомендуется.
Полевой транзистор P45N02 – 06N03, P3055LD и др., подходит практически любой из материнской платы компьютера.
Дроссель L101 – 100мкГн +-5%. Можно изготовить самому или применить готовый.

Диаметр провода намотки должен быть не менее 0.2мм.
С101 — 430–650пФ с низким ТКЕ, К31-11-2-Г — можно найти в КОС отечественных телевизоров 4-5 поколения ( КВП контура ).

С102, С104 4–10мкФ SMD — можно найти в любой старой компьютерной материнской плате Пентиум-3 возле процессора, а также в боксовом процессоре Пентиум-2.
BF998 — можно найти в СКВ, телевизоров и видеомагнитофонов ГРЮНДИК.

SW1 (размер7*7mm)- обратите внимание на распиновку, встречаются двух типов. Разводка печатной платы соответствует рис 2.



• Печатная плата выполнена из одностороннего стеклотекстолита.
• 

Одновременно печатная плата служит основанием для корпуса. По периметру платы припаяны полоски стеклотекстолита шириной 21мм.

1. 
2. Крышки сделаны из чёрной пластмассы.
3. 

Сверху расположены кнопки управления, а спереди три гнезда типа «ТЮЛЬПАН», для съёмного щупа. Для режима “R/ESR” – гнездо более высокого качества.

Конструкция щупа:

В качестве щупа, использован металлический штекер типа « тюльпан». К центральному выводу припаяна игла.

Из доступного материала для изготовления иглы можно использовать латунный стержень, диаметром 3мм. Через некоторое время, игла окисляется и для восстановления надёжного контакта, достаточно протереть кончик, мелкой наждачной бумагой.

Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки и настройки данного измерителя. Удачи всем и всего наилучшего!

• miron63.
• Архив Измеритель ESR+LCF v3.

Измеритель емкости и ESR

В наше время, когда, практически, все источники питания радиоэлектронной аппаратуры строятся по импульсным схемам, одним из наиболее востребованных приборов ремонтника есть измеритель ESR электролитических конденсаторов или ESR метр.

Долгое время я проверял исправность таких конденсаторов цифровым измерителем ёмкости, заряжающим конденсаторы высокочастотной пилой.

Но, так как этот прибор был изготовлен более 10 лет назад, на рассыпухе — мелкая логика и светодиодные индикаторы, — пользоваться таким устаревшим прибором, да ещё и без «настоящего» измерителя ЭПС, считаю сейчас даже просто морально некошерным.

Поэтому, с момента освоения прошивки современных микропроцессоров, я всё время мечтал о схеме, отвечающей требованиям нашего времени — минимум деталей, современная элементная база и схемное решение, одновременное отображение значения C и ESR на LCD, никаких реле, рубильников и прочей лабуды, требующей лишних движений.

И вот, наконец-то, после многих лет просмотра не одного десятка схем (и всё не то) описание такого прибора мне попалось. Журнал «Радио» №6 за 2010 год, страница 19 — в это схемотехническое и программное решение я влюбился с первого взгляда 🙂 Популярный МК ATtiny2313, LCD индикатор в две строки по восемь символов, простая и понятная измерительная часть, хорошая программная поддержка. Всё — делаю!

Но, как всегда — редко бывает такая схема, которую я повторяю 1:1, — беру в руки красную пасту, и, а-ля школьный учитель, начинаю энергично вычёркивать со схемы лишние фрагменты. Автономное питание — убираем, так как прибор будет работать в помещении от сетевого адаптера, оставляю только разъём для его подключения.

Автоматическое отключение источника питания от схемы и его квазисенсорное включение — вычёркиваем — это нерациональное пижонство.

Подключение к компу через СОМ-порт — убираем — какой дурак будет включать целый компьютер ради замера ёмкости одного конденсатора, что и так отображается на ЖКИ прибора; подсветку индикатора делаю постоянно включенной.

Итого — схема «похудела» процентов на 25 🙂 Кроме того, после внимательного чтения описания и вникания в принцип работы измерителя была обнаружена и одна ошибка на схеме — источники тока двух поддиапазонов измерения оказались перепутаны между собой — исправляем…
Вот так и будем собирать. Ниже представлена схема ESR измерителя:

Естественно, считаю очень экстравагантным решение автора использовать на одной плате современную импортную базу одновременно с устаревшей отечественной, да ещё и с не самыми лучшими параметрами (КС133 не выдерживают никакой критики).

Поэтому сразу решаю, что вместо КТ3107 буду ставить 2SA733, а стабилитроны возьму BZX 3V3 (хотя поставил BZX 3V9). ЖКИ также будет не указанный в схеме (такого найти не получилось), а более популярный WH0802А фирмы Winstar.

Печатную плату развожу, руководствуясь размерами индикатора — по его ширине и высоте (высокие детали ложу горизонтально, электролиты применяю с уменьшенной высотой корпуса), регулятор контрастности в подобных устройствах я всегда распаиваю прямо на выводах самого индикатора.

Таким образом, плата вышла размерами 6х6 см, монтаж по высоте равен высоте индикатора (около 1 см). Собранная плата с индикатором легко поместится в пачку от сигарет.

Настройка ESR

О, это отдельный разговор… Прочитав статью, создаётся мнение, что схему сможет настроить только инженер-программист в лаборатории с высокоточными приборами. Судите сами — автор предлагает настроить источники тока по миллиамперметру, гарантирующему точность в две цифры после запятой.

Затем – делитель напряжения по вольтметру такой же точности (естественно подразумевается, что в этой точности нет ничего общего с «точностью» китайских показометров).

Потом эти измеренные значения надо занести в текст неоткомпилированной программы, перегнать её в машинный код и зашить с этими поправками в МК.

Нормально? Но, к счастью, автор очень подробно описал принцип работы своего устройства, почитав которое доходит, что сие чудо высокого полёта современной инженерной мысли может настроить и любой Ивашка с Дворца пионеров и даже вообще без всяких приборов. Всё, закрываем журнал и настраиваем так, как получилось у меня.

Включаем собранный прибор с прошитым и установленным на плату МК. Первым делом крутим регулятор контрастности до появления на экране ЖКИ чёткой надписи в две строки. Если её нет — проверяем монтаж в части сопряжения МК с ЖКИ и подачи питания на оба самых дорогих элемента этого устройства. А также правильность прошивки МК — не забываем про фузы – для PonyProg так:

Нажимаем на плате возле МК кнопку «Калибровка» — в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя.
Следующий этап. Нам понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества (не обязательно Low Esr) ёмкостью 220…470 мкФ разных партий, лучше всего — на разные напряжения (16в, 35в, 50в…).

Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в пределах 100…470 Ом (у меня получилось 300 Ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора.

К большой точности пока что стремиться не стОит — ещё будет корректироваться; затем проверить и с другими конденсаторами.

Дальше настраиваем измеритель ESR. Эх, придётся снова раскрыть журнал «Радио» — №7 за 2010 год стр.22 — там имеется табличка с типовыми значениями этого параметра для разных конденсаторов. Или же воспользоваться вот этой, найденной на бескрайних просторах Интернета.

Кстати, такую табличку, при желании, можно будет приклеить в качестве шпаргалки на корпус будущего прибора под дисплеем.

Как пользоваться такой табличкой, я думаю, понятно — скажем, получается, что типовое ЭПС конденсатора 100 мкФ на 35в находится где-то в районе 0,32 Ом:

В следующей табличке указаны максимальные значения ЭПС для электролитических конденсаторов. Если у измеряемого конденсатора оно будет заметно выше, то его уже нельзя использовать для работы в сглаживающем фильтре выпрямителя:

Подключаем конденсатор 220 мкФ и, незначительным подбором сопротивления резисторов R6, R9, R10 (на схеме и на моём сборочном чертеже обозначены со звёздочками), добиваемся показаний Esr, близких к табличным. Проверяем на всех имеющихся заготовленных эталонных конденсаторах, в т.ч. уже можно использовать и конденсаторы от 1 до 100 мкФ (не обращая пока что внимания на показания измерителя ёмкости).

Так как для измерения ёмкости конденсаторов от 150 мкФ и для измерителя ЭПС применяется один и тот же участок схемы, после подбора сопротивления этих резисторов несколько изменится точность показаний измерителя ёмкости.

Теперь можно подстроить ещё сопротивление резистора R2, чтобы эти показания стали точнее. Другими словами, Ваша задача — подбирая сопротивление R2 — уточнить показания измерителя ёмкости, подстраивая резисторы в делителе компараторов — уточнить показания ESR-метра.

Причём, приоритет надо отдавать измерителю ESR.

О больших же ёмкостях — я думаю, каждый понимает, что если в аппарате установлен конденсатор на 1000 мкФ, то он будет работать хоть при ёмкости 950 мкФ, хоть при ёмкости 1100 мкФ — поэтому уделять внимание особой точности измерению ёмкости таких конденсаторов вряд ли целесообразно.

Тут может возникнуть вопрос — а нельзя ли вообще сразу и очень точно настроить измеритель ESR, подключая к его входу низкоомные высокоточные резисторы, калибруя прибор по ним? Нет, как раз это не тот случай — так можно настроить разного рода простые аналоговые измерители ЭПС, представляющие собой, грубо говоря, омметры «с наворотами». В этом же приборе используется способ измерения, основан на зарядке конденсатора током, — резистор же, понятное дело, заряжаться не может

Осталось настроить измеритель ёмкости конденсаторов диапазона 0,1…150 мкФ. Так как для этого в схеме предусмотрен отдельный источник тока, измерение ёмкости таких конденсаторов можно сделать очень точным.

Подключаем конденсаторы малой ёмкости к входным гнёздам прибора и, подбором сопротивления R1 в пределах 3,3…6,8 кОм (у меня получилось 4,3к) добиваемся максимально точных показаний.

Этого можно достичь, если в качестве эталонных применить не электролиты, а высокоточные конденсаторы К71-1 ёмкостью 0,15 мкФ с гарантированным отклонением 0,5 или 1%, подключая их как по одному, так и параллельными «батареями».

На этом настройка прибора закончена, можно поместить его в корпус и использовать по назначению

Ниже вы можете скачать печатную плату в формате LAY, сборочный чертеж и прошивку

DesAlex, исходная версия измерителя: Радио — №7, 2010г.

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы: