Sirkuit ESR Meter Sederhana

Posting ini membahas rangkaian meteran ESR sederhana yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi kapasitor buruk dalam rangkaian elektronik tanpa melepasnya secara praktis dari papan sirkuit. Ide itu diminta Manual Sofian

Spesifikasi teknis

Apakah Anda memiliki skema tentang meteran ESR. Teknisi merekomendasikan saya untuk memeriksa elektrolitik terlebih dahulu setiap kali saya menemukan sirkuit mati, Tapi saya tidak tahu bagaimana mengukurnya.

Terima kasih sebelumnya atas jawaban Anda.

Apa itu ESR

ESR yang merupakan singkatan dari Equivalent Series Resistance adalah nilai resistansi yang sangat kecil yang biasanya menjadi bagian dari semua kapasitor dan induktor dan muncul secara seri dengan nilai satuan aktualnya, namun pada kapasitor elektrolitik terutama, karena penuaan, nilai ESR dapat terus meningkat ke tingkat abnormal yang mempengaruhi kualitas dan respons keseluruhan dari sirkuit yang terlibat.

ESR yang berkembang dalam kapasitor tertentu dapat meningkat secara bertahap dari yang terendah beberapa miliohm hingga setinggi 10 ohm, yang sangat mempengaruhi respons rangkaian.

Namun ESR yang dijelaskan di atas mungkin tidak berarti bahwa kapasitansi kapasitor juga akan terpengaruh, sebenarnya nilai kapasitansi bisa tetap utuh dan baik, namun kinerja kapasitor memburuk.

Karena skenario ini, pengukur kapasitansi normal sepenuhnya gagal mendeteksi kapasitor buruk yang terpengaruh dengan nilai ESR tinggi dan teknisi menemukan kapasitor OK dalam hal nilai kapasitansi yang pada gilirannya membuat pemecahan masalah menjadi sangat sulit.

Jika pengukur kapasitansi normal dan pengukur Ohm menjadi sama sekali tidak efektif dalam mengukur atau mendeteksi ESR abnormal pada kapasitor yang salah, pengukur ESR menjadi sangat berguna untuk mengidentifikasi perangkat yang menyesatkan tersebut.

Perbedaan antara ESR dan Kapasitansi

Pada dasarnya, nilai ESR kapasitor (dalam ohm) menunjukkan seberapa baik kapasitor tersebut ..

Semakin rendah nilainya, semakin tinggi kinerja kerja kapasitor.

Tes ESR memberi kita peringatan cepat tentang kerusakan kapasitor, dan jauh lebih membantu jika dibandingkan dengan uji kapasitansi.

Bahkan beberapa elektrolitik yang rusak mungkin menunjukkan OKE ketika diperiksa menggunakan pengukur kapasitansi standar.

Akhir-akhir ini Kami telah berbicara dengan banyak orang yang tidak mendukung pentingnya ESR dan dalam persepsi apa itu unik dari kapasitansi.

Oleh karena itu, menurut saya, klip dari berita teknologi di majalah ternama yang dikarang oleh Doug Jones, Presiden Independence Electronics Inc., akan sangat bermanfaat. Dia membahas masalah ESR secara efektif. 'ESR adalah resistansi alami aktif kapasitor terhadap sinyal AC.

ESR yang lebih tinggi dapat menyebabkan komplikasi waktu konstan, pemanasan kapasitor, peningkatan beban sirkuit, kegagalan sistem secara keseluruhan, dll.

Masalah Apa yang Dapat Disebabkan ESR?

Catu daya mode sakelar dengan kapasitor ESR tinggi mungkin gagal memulai secara optimal, atau sama sekali tidak memulai sama sekali.

Layar TV bisa miring dari samping / atas / bawah karena kapasitor ESR yang tinggi. Ini juga dapat menyebabkan kegagalan dioda dan transistor prematur.

Semua ini dan banyak lagi masalah biasanya disebabkan oleh kapasitor dengan kapasitansi yang tepat tetapi ESR besar, yang tidak dapat dideteksi sebagai angka statis dan karena alasan itu tidak dapat diukur melalui pengukur kapasitansi standar atau ohmmeter DC.

ESR hanya muncul ketika arus bolak-balik dihubungkan ke kapasitor atau ketika muatan dielektrik kapasitor terus-menerus beralih status.

Hal ini dapat dilihat sebagai resistansi AC dalam-fase total kapasitor, dikombinasikan dengan resistansi DC dari kabel kapasitor, resistansi DC dari interkoneksi dengan dielektrik kapasitor, resistansi pelat kapasitor dan AC dalam fase bahan dielektrik. resistensi dalam frekuensi dan suhu tertentu.

Semua elemen yang menyebabkan terbentuknya ESR dapat dianggap sebagai resistor secara seri dengan kapasitor. Resistor ini tidak benar-benar ada sebagai entitas fisik, oleh karena itu pengukuran langsung atas 'resistor ESR' tidak dapat dilakukan. Sebaliknya, jika pendekatan yang membantu mengoreksi hasil reaktansi kapasitif dapat diakses, dan mempertimbangkan bahwa semua resistansi berada dalam fase, ESR dapat ditentukan dan diuji menggunakan rumus elektronika dasar. E = I x R!

MEMPERBARUI Alternatif yang Lebih Sederhana

Rangkaian berbasis op amp yang diberikan di bawah ini terlihat rumit, tidak diragukan lagi, oleh karena itu setelah beberapa pemikiran saya dapat menemukan ide sederhana ini untuk menilai ESR kapasitor apa pun dengan cepat.

Namun untuk ini, Anda harus terlebih dahulu menghitung seberapa besar resistansi yang dimiliki kapasitor tertentu secara ideal, menggunakan rumus berikut:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• dimana Xc = reaktansi (resistansi dalam Ohm),
• pi = 22/7
• f = frekuensi (ambil 100 Hz untuk aplikasi ini)
• C = nilai kapasitor dalam Farads

Nilai Xc akan memberi Anda resistansi ekuivalen (nilai ideal) dari kapasitor.

Selanjutnya, temukan arus melalui hukum Ohm:

I = V / R, Disini V akan menjadi 12 x 1.41 = 16.92V, R akan diganti dengan Xc seperti yang dicapai dari rumus di atas.

Setelah Anda menemukan nilai ideal kapasitor saat ini, Anda dapat menggunakan rangkaian praktis berikut untuk membandingkan hasilnya dengan nilai yang dihitung di atas.

Untuk ini, Anda membutuhkan bahan-bahan berikut:

• Trafo 0-12V / 220V
• 4 dioda 1N4007
• 0-1 amp FSD moving coil meter, atau amperemeter standar

Rangkaian di atas akan memberikan pembacaan langsung mengenai berapa banyak arus yang dapat dialirkan kapasitor melalui itu.

Catat arus yang diukur dari pengaturan di atas, dan arus yang dicapai dari rumus.

Terakhir, gunakan hukum Ohm lagi, untuk mengevaluasi resistansi dari dua pembacaan (I) saat ini.

R = V / I di mana tegangan V akan menjadi 12 x 1,41 = 16,92, 'I' akan sesuai dengan pembacaan.

Memperoleh Nilai Ideal Kapasitor dengan Cepat

Dalam contoh di atas jika Anda tidak ingin melakukan perhitungan, Anda dapat menggunakan nilai tolok ukur berikut untuk mendapatkan reaktansi kapasitor yang ideal, untuk perbandingan.

Sesuai rumus, reaktansi ideal kapasitor 1 uF adalah sekitar 1600 Ohm pada 100 Hz. Kita dapat mengambil nilai ini sebagai tolak ukur, dan mengevaluasi nilai kapasitor yang diinginkan melalui perkalian silang terbalik sederhana seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Misalkan kita ingin mendapatkan nilai ideal kapasitor 10uF, sederhananya adalah:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Sekarang kita dapat membandingkan hasil ini, dengan hasil yang diperoleh dengan menyelesaikan arus amperemeter dalam hukum Ohm. Perbedaannya akan memberi tahu kita mengenai ESR efektif kapasitor.

CATATAN: Tegangan dan frekuensi yang digunakan dalam rumus dan metode praktis harus identik.

Menggunakan Op Amp untuk Membuat Pengukur ESR Sederhana

Pengukur ESR dapat digunakan untuk menentukan kesehatan kapasitor yang meragukan saat memecahkan masalah sirkuit atau unit elektronik lama.

Selain itu, hal yang baik tentang alat ukur ini adalah dapat digunakan untuk mengukur ESR kapasitor tanpa perlu melepas atau mengisolasi kapasitor dari papan sirkuit sehingga memudahkan pengguna.

Gambar berikut menunjukkan rangkaian meteran ESR sederhana yang dapat dibangun dan digunakan untuk pengukuran yang diusulkan.

Diagram Sirkuit

Bagaimana itu bekerja

Sirkuit ini dapat dipahami dengan cara berikut:

TR1 bersama dengan transistor NPN yang terpasang membentuk umpan balik sederhana yang dipicu osilator pemblokiran yang berosilasi pada frekuensi yang sangat tinggi.

Osilasi menyebabkan besaran tegangan yang proporsional di 5 lilitan sekunder transformator, dan tegangan frekuensi tinggi yang diinduksi ini diterapkan di kapasitor yang bersangkutan.

Sebuah opamp juga dapat dilihat terpasang dengan umpan frekuensi tinggi tegangan rendah di atas dan dikonfigurasi sebagai penguat arus.

Tanpa ESR atau dalam kasus kapasitor baru yang baik, meteran diatur untuk menunjukkan defleksi skala penuh yang menunjukkan ESR minimum melintasi kapasitor yang secara proporsional turun ke nol untuk kapasitor berbeda yang memiliki jumlah level ESR berbeda.

ESR yang lebih rendah menyebabkan arus yang relatif lebih tinggi untuk berkembang melintasi input penginderaan pembalik dari opamp yang secara bersamaan ditampilkan dalam meteran dengan tingkat defleksi yang lebih tinggi dan sebaliknya.

Transistor BC547 atas diperkenalkan sebagai tahap pengatur tegangan kolektor umum untuk mengoperasikan tahap osilator dengan 1,5 V yang lebih rendah sehingga perangkat elektronik lain di papan sirkuit di sekitar kapasitor yang diuji tetap di bawah tegangan nol dari frekuensi uji dari meteran ESR.

Proses kalibrasi meteran itu mudah. Menjaga agar kabel uji disingkat bersama-sama, preset 100k di dekat meteran uA disesuaikan sampai defleksi skala penuh dicapai pada dial meteran.

Setelah ini, kapasitor berbeda dengan nilai ESR tinggi dapat diverifikasi dalam meteran dengan derajat defleksi yang lebih rendah seperti yang dijelaskan pada bagian sebelumnya dari artikel ini.

Trafo dibangun di atas cincin ferit apa pun, menggunakan kawat magnet tipis apa pun dengan jumlah putaran yang ditunjukkan.

Penguji ESR Sederhana lainnya dengan Satu LED

Sirkuit memberikan resistansi negatif untuk menghentikan ESR kapasitor yang sedang diuji, menciptakan resonansi seri berkelanjutan melalui induktor tetap. Gambar di bawah ini menunjukkan diagram rangkaian meteran esr. Resistansi negatif dihasilkan oleh IC 1b: Cx menunjukkan kapasitor yang diuji dan L1 diposisikan sebagai induktor tetap.

Pekerjaan Dasar

Pot VR1 memfasilitasi resistansi negatif untuk di-tweak. Untuk mengujinya, terus putar VR1 hingga osilasi berhenti. Setelah ini selesai, nilai ESR dapat diperiksa dari skala yang dipasang di belakang dial VR1.

Deskripsi Sirkuit

Dengan tidak adanya resistansi negatif, L1 dan Cx bekerja seperti rangkaian resonansi seri yang ditekan oleh resistansi L1 dan ESR Cx. Sirkuit ESR ini akan mulai berosilasi segera setelah diberi daya melalui pemicu tegangan. IC1 a berfungsi seperti osilator untuk menghasilkan keluaran sinyal gelombang persegi dengan frekuensi rendah dalam Hz. Output khusus ini dibedakan untuk membuat lonjakan tegangan (impuls) yang memicu rangkaian resonansi yang terpasang.

Segera setelah ESR kapasitor bersama dengan resistansi R1 cenderung diakhiri dengan resistansi negatif, osilasi dering berubah menjadi osilasi konstan. Ini kemudian menyalakan LED D1. Segera setelah osilasi dihentikan karena penurunan resistansi negatif, menyebabkan LED mati.

Mendeteksi Kapasitor Korsleting

Jika kapasitor hubung singkat terdeteksi di Cx, LED menyala dengan kecerahan yang ditingkatkan. Selama periode rangkaian resonansi berosilasi, LED dihidupkan hanya melalui setengah siklus bentuk gelombang bertepi positif: yang menyebabkannya menyala hanya dengan 50% dari kecerahan totalnya. IC 1 d mensuplai tegangan setengah suplai yang digunakan sebagai referensi untuk IC1b.

S1 dapat digunakan untuk menyesuaikan penguatan ICIb, yang pada gilirannya mengubah resistansi negatif untuk memungkinkan rentang pengukuran ESR yang lebar, di 0-1, 0-10 dan 0-100 Ω.

Daftar Bagian

Konstruksi L1

Induktor L1 dibuat dengan melilitkan langsung di sekitar 4 pilar internal selungkup yang dapat digunakan untuk meniduri sudut PCB.

Jumlah belokan bisa 42, menggunakan 30 kawat tembaga berenamel super SWG. Buat L1 sampai Anda memiliki resistansi 3,2 Ohm di ujung belitan, atau sekitar nilai induktansi 90uH.

Ketebalan kawat tidak penting, tetapi nilai resistansi dan induktansi harus seperti yang disebutkan di atas.

Hasil tes

Dengan detail belitan seperti yang dijelaskan di atas, kapasitor 1.000uF yang diuji di slot Cx harus menghasilkan frekuensi 70 Hz. Kapasitor 1 pF dapat menyebabkan peningkatan frekuensi ini menjadi sekitar 10 kHz.

Saat memeriksa rangkaian, saya memasang lubang suara kristal melalui kapasitor 100 nF pada R19 untuk menguji tingkat frekuensi. Bunyi klik pada frekuensi gelombang persegi terdengar dengan baik sementara VR1 diatur jauh dari lokasi yang menyebabkan osilasi berhenti. Saat VR1 sedang disesuaikan menuju titik kritisnya, saya bisa mulai mendengar suara murni dari frekuensi gelombang sinus tegangan rendah.

Cara Mengkalibrasi

Ambil kapasitor 1.000μF tingkat tinggi yang memiliki nilai tegangan minimal 25 V dan masukkan ke dalam titik Cx. Variasikan VR1 secara bertahap hingga Anda menemukan LED benar-benar mati. Tandai titik spesifik ini di belakang tombol skala panci sebagai 0,1 Ω.

Selanjutnya, pasang resistor yang diketahui secara seri dengan Cx yang sedang diuji yang akan menyebabkan LED menyala, sekarang sesuaikan lagi VR1 sampai LED baru saja dimatikan.

Pada titik ini tandai skala dial VR1 dengan nilai resistansi total yang baru. Mungkin lebih baik untuk bekerja dengan kenaikan 0,1Ω pada kisaran 1Ω dan kenaikan yang lebih besar pada dua kisaran lainnya.

Menafsirkan Hasil

Grafik di bawah ini menunjukkan nilai ESR standar, menurut catatan pabrikan dan dengan mempertimbangkan fakta bahwa ESR yang dihitung pada 10 kHz umumnya 1/3 dari yang diuji pada 1 kHz. Nilai ESR dengan kapasitor kualitas standar 10V dapat ditemukan 4 kali lebih tinggi dibandingkan dengan jenis ESR 63V rendah.

Oleh karena itu, setiap kali kapasitor jenis ESR rendah turun ke tingkat di mana ESR-nya sangat mirip dengan kapasitor elektrolitik pada umumnya, kondisi pemanasan internalnya akan meningkat 4 kali lebih tinggi!

Jika Anda melihat nilai ESR yang diuji lebih besar dari 2 kali nilai yang ditunjukkan pada gambar berikut, Anda dapat menganggap kapasitor tidak lagi pada kondisi terbaiknya.

Nilai ESR untuk kapasitor yang memiliki peringkat tegangan berbeda dari yang ditunjukkan di bawah ini akan berada di antara garis yang berlaku pada grafik.

ESR Meter Menggunakan IC 555

Tidak terlalu khas, namun rangkaian ESR sederhana ini sangat akurat dan mudah dibuat. Ini menggunakan komponen yang sangat biasa seperti IC 555, sumber DC 5V, beberapa bagian pasif lainnya.

Rangkaian ini dibangun dengan menggunakan IC CMOS 555, dengan duty factor 50:50.
Siklus kerja dapat diubah melalui resistor R2 dan r.
Bahkan perubahan kecil dalam nilai r yang sesuai dengan ESR kapasitor yang bersangkutan, menyebabkan variasi yang signifikan dalam frekuensi keluaran IC.

Frekuensi keluaran diselesaikan dengan rumus:

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

Dalam rumus ini C mewakili kapasitansi, R dibentuk oleh (R1 + R2 + r), r menunjukkan ESR kapasitor C, sedangkan k diposisikan sebagai faktor yang sama dengan:

k = (R2 + r) / R.

Untuk memastikan rangkaian berfungsi dengan benar, nilai faktor k tidak boleh di atas 0,333.

Jika dinaikkan di atas nilai ini, IC 555 akan menjadi mode osilasi tidak terkontrol pada frekuensi yang sangat tinggi, yang hanya akan dikontrol oleh penundaan propagasi chip.

Anda akan menemukan peningkatan eksponensial dalam frekuensi output IC sebesar 10X, sebagai respons terhadap peningkatan faktor k dari 0 menjadi 0,31.

Karena itu meningkat lebih jauh dari 0,31 menjadi 0,33, menyebabkan output frquecny meningkat sebesar 10X lagi.

Dengan asumsi R1 = 4k7, R2 = 2k2, ESR minimal = 0 untuk C, faktor k harus eb sekitar 0,3188.

Sekarang, misalkan kita memiliki nilai ESR sekitar 100 ohm, akan menyebabkan nilai k meningkat 3% pada 0,3286. Ini sekarang memaksa IC 555 untuk berosilasi dengan frekuensi yang 3 kali lebih besar dibandingkan dengan frekuensi aslinya pada r = ESR = 0.

Hal ini menunjukkan bahwa dengan meningkatnya r (ESR) menyebabkan peningkatan eksponensial dalam frekuensi keluaran IC.

Cara Menguji

Pertama, Anda perlu mengkalibrasi respons rangkaian menggunakan kapasitor berkualitas tinggi dengan ESR yang dapat diabaikan, dan memiliki nilai kapasitansi yang identik dengan nilai yang perlu diuji.

Anda juga harus memiliki beberapa macam resistor dengan nilai yang akurat mulai dari 1 hingga 150 ohm.

Sekarang, buat grafik dari frekuensi keluaran vs. r untuk nilai kalibrasi,

Selanjutnya, sambungkan kapasitor yang perlu diuji untuk ESR, dan mulai analisis nilai ESR-nya dengan membandingkan frekuensi IC 555 yang sesuai dan nilai yang sesuai dalam grafik yang diplot.

Untuk memastikan resolusi optimal untuk nilai ESR yang lebih rendah, misalnya di bawah 10 ohm, dan juga untuk menghilangkan disparitas frekuensi, disarankan untuk menambahkan resistor antara 10 ohm dan 100 ohm secara seri dengan kapasitor yang diuji.

Setelah nilai r diperoleh dari grafik, Anda baru saja mengurangi nilai resistor tetap dari ini r untuk mendapatkan nilai ESR.