ESR Meter. Έλεγχος ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.

Πρόσφατα έπρεπε να ελέγξω ένα κύκλωμα για πιθανές βλάβες. Τελικά βρέθηκα να αλλάζω ένα σωρό ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές… Έτσι έκατσα και έφτιαξα ένα “λαλάκι” (μιας και τα πολύμετρα που έχω μετρούν την χωρητικότητα μόνο και δεν έχω κάποιο LCR meter που να έχει ESR ένδειξη) που μετρά την E.S.R. ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή.

Άρθρο της Wikipedia για την ESR.
Άρθρο της Wikipedia για την τελεστικούς ενισχυτές.
Άρθρο της Wikipedia για ταλαντωτή χαλάρωσης.
ESR meter.
Τεκμηρίωση του TLV2772.
Τεκμηρίωση της 1N4148.
Τεκμηρίωση του LM7805.

Σχεδόν σε όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα θα υπάρχει κάποιος ηλεκτρολυτικός πυκνωτής. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές σε σχέση με άλλα παθητικά ηλεκτρονικά στοιχεία υποφέρουν περισσότερο από γήρανση με αποτέλεσμα την εμφάνιση προβλημάτων στο κύκλωμα. Η γήρανση έχει σαν αποτέλεσμα και την αύξηση της E.S.R. (Equivalent Series Resistance) ή Ισοδύναμη Αντίσταση Σειράς στα Ελληνικά (στο εξής ESR). Η ESR ενός πυκνωτή είναι η εσωτερική αντίσταση που παρουσιάζει ένας πυκνωτής σε δεδομένη συχνότητα. Είναι από τις βλάβες που δεν γίνεται εύκολα αντιληπτή. Για έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή των 1000uf στα 16 volt η ESR είναι μικρότερη του ενός Ohm. Για έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή των 10uf στα 600 volt η ESR μπορεί να φτάσει τα 2~3 Ohms.

Πολλοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν εμφανή σημάδια κόπωσης. Για παράδειγμα έχουν διογκωμένο το πάνω ή κάτω μέρος τους. Άλλοι όμως που η ESR τους είναι εκτός προδιαγραφών δεν έχουν σημάδια κόπωσης.

Πυκνωτής με μεγάλη ESR και εμφανή σημάδια κόπωσης.

Πυκνωτής με μεγάλη ESR χωρίς εμφανή σημάδια κόπωσης.

Αρχικά ξεκίνησα να σχεδιάζω κάποιο κύκλωμα που θα χρησιμοποιούσε κάποιον AVR και μία LCD οθόνη για τις διάφορες ενδείξεις. Βαρέθηκα όμως και μετά από πολύ λίγη έρευνα στο internet κατέληξα στο παρακάτω κύκλωμα. Το κύκλωμα αυτό μπορεί να μας δώσει μία ένδειξη για ηλεκτρολυτικούς μόνο πυκνωτές και για να είμαστε ακριβείς δεν μετρά ακριβώς την ESR. Απλά μας επιτρέπει να δούμε αν έχει πρόβλημα με αυτή ο πυκνωτής. Το τοποθέτησα σε ένα αναλογικό πολύμετρο των ~5 € και μπορώ να πω πως το τελικό αποτέλεσμα μου αρέσει αρκετά (Το μόνο αρνητικό είναι πως η μπαταρία των 9 volt δεν χωρούσε εσωτερικά. Αν κάνετε το ίδο πάρτε ένα πολύμετρο που να έχει αρκετό χώρο).

Ας αναλύσουμε λίγο τι ακριβώς κάνει το κύκλωμα.

Το κόκκινο τετράγωνο δεν παρουσιάζει κάποιο ενδιαφέρον. Είναι απλά ο σταθεροποιητής τάσης 7805 που μετατρέπει τα 9 volt της μπαταρίας σε 5.

Στο πορτοκαλί τετράγωνο βλέπουμε έναν τελεστικό ενισχυτή σε συνδεσμολογία ταλαντωτή τετραγωνικού σήματος (ταλαντωτής χαλάρωσης) με συχνότητα ~50 kHz.

Στο γαλάζιο τετράγωνο βλέπουμε έναν μετασχηματιστή με πυρήνα από φερίτη, δύο αντιστάσεις των 10 Ohm και τους ακροδέκτες που συνδέουμε τον προς έλεγχο πυκνωτή. Στο πρωτεύον του μετασχηματιστή (ο μετασχηματιστής αφαιρέθηκε από έναν παλιό CLF λαμπτήρα και τύλιξα το δευτερεύον πηνίο (πράσινο καλώδιο) μόνος μου. Από πολύ πρόχειρες μετρήσεις νομίζω πως είναι ~30:1. Λίγη σημασία έχει η ακριβής αναλογία. Πρέπει όμως να είναι με πύρινα από φερίτη λόγο της υψηλής συχνότητας που τον οδηγεί) έρχεται το σήμα από τον ταλαντωτή και από 2,5 Vpp πέφτει στα ~110 mVpp. Γιατί να ρίξουμε όμως την τάση τόσο πολύ; Ο πρώτος λόγος είναι πως θέλουμε να μετρήσουμε αρκετά μικρές τιμές αντίστασης (της τάξης του) Ohm. Οπότε το κύκλωμα που θα τοποθετήσουμε τον πυκνωτή πρέπει να έχει αρκετά μικρή σύνθετη αντίσταση εξόδου. Αυτό το καταφέρνουμε με τον μετασχηματιστή, που το δευτερεύον είναι μερικά mOhm. Αν τοποθετούσαμε τον πυκνωτή απευθείας στην έξοδο του ταλαντωτή στην ουσία θα τον βραχυκυκλώναμε με “διάφορα” αποτελέσματα. Ο δεύτερος λόγος είναι για να μετράμε τους πυκνωτές πάνω στην πλακέτα. Τα ~110 mVpp δεν είναι αρκετά για να ενεργοποιήσουν στοιχεία όπως διόδους τρανζίστορ κ.τ.λ.

Στο ροζ τετράγωνο έχουμε απλά έναν διαφορικό ενισχυτή που ενισχύει το σήμα που έρχεται από τον προς έλεγχο πυκνωτή.

Στο μαύρο τετράγωνο έχουμε μία ανορθωτική διάταξη για υψηλές συχνότητες με τις διόδους 1N4148.

Στο γκρι τετράγωνο έχουμε δύο ποτενσιόμετρα για το καλιμπράρισμα της βελόνας (μηδενισμό). Ένα για την χοντρική ρύθμιση και ένα για την μικρο ρύθμιση. Το δεύτερο προϋπήρχε στο πολύμετρο και με βόλεψε αρκετά.

Ο τελεστικός ενισχυτής που χρησιμοποίησα είναι ο TLV2772. Δυστυχώς δεν μπορούμε να επιλέξουμε τυχαία κάποιον άλλον (αν δεν έχουμε τον ίδιο) αφού δεν μπορούν να δουλέψουν όλοι σε τόσο χαμηλές τάσεις.

Αφού ολοκλήρωσα την κατασκευή έλεγξα την κλίμακα του οργάνου τοποθετώντας αντί για πυκνωτές αντιστάσεις από 1 έως 20 Ohm. Πάνω κάτω ήταν εντάξει. Π.χ. στα 10 Ohm έδειχνε 8,5.



Καλός πυκνωτής 1000uF στα 16 Volts.

Καλός πυκνωτής 10uF στα 350 Volts.

Καλός πυκνωτής 1uF στα 50 Volts.

Χαλασμένος πυκνωτής 1000uF στα 10 Volts.

Ακολουθεί ενδεικτικός πίνακας με διάφορες τιμές ESR για διάφορους πυκνωτές.

Advertisements
This entry was posted in Electronics and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s