Измеритель ESR (ЭПС) конденсаторов — приставка к цифровому мультиметру

13 июня 2012, среда 21:52
для раздела Блоги
Сразу предупреждаю, статью пишу как любитель для любителей, так что уровень и стиль изложения соответствующий. Итак, к сути вопроса.
Существует масса схем для измерения, или же оценки эквивалентного последовательного сопротивления (equivalent series resistance) конденсаторов, особо желающие могут ознакомиться с ними, например, здесь:
http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=42955
или здесь:
http://forum.radiospec.ru/index.php?showtopic=3132
Останавливаться на теории, а также полезности устройства — не буду, данную информацию несложно найти на просторах интернет.
Перейду сразу к делу — существует множество причин, по которым для меня интерес представляли простые схемы, без использования трансформаторов, микроконтроллеров, с готовыми печатными платами, и очень желательно — на имеющейся у меня в наличии элементной базе.
Таким образом, выбор был между схемами на базе микросхем К155ЛА3 (четыре логических элемента 2И-НЕ), К561ЛА7 (четыре логических элемента 2И-НЕ), таймера 555 (NE555, LC555, LM555, LC7555).

В результате я остановился на схеме, разработанной финским радиолюбителем, и подробно описанной на следующем сайте:
http://koti.mbnet.fi/hsahko/elek/kv/esr/index.en.shtml
Там же имеются ссылки на схему и архив с файлами проекта для программы Eagle, при помощи которых в несколько нажатий мышью получаем готовую печатную плату.
Совсем ленивые могут скачать готовый PDF файл здесь:
http://we.easyelectronics.ru/attachments/get/928
Плату собирал по схеме №2:

http://koti.mbnet.fi/hsahko/elek/kv/esr/555esr2.png
Рис1
Но за ненадобностью не запаивал операционный усилитель LM358 и его обвязку, так как мне не требуется подключать схему к стрелочному амперметру, то есть получать на выходе зависимость мА/Ом, а достаточно получить зависимость В/Ом.
В основном схема выбрана по причине того, что в её основе лежит высокостабильный генератор прямоугольных импульсов, или просто — таймер. Таким образом, не требуется специальных ухищрений, чтобы получить необходимую для измерения ESR частоту, в данном случае — 100кГц.
У данной схемы, конечно же, есть недостатки, как например:
— узкий диапазон измерений: от 0,1 мОм, до 1 Ом, что накладывает ограничение на нижний порог диапазона емкостей конденсаторов — он начинает где-то от 100мкФ, ниже справочная информация:

Рис2
— автор часто забывал указывать номиналы деталей, так что приходилось сверять два варианта схемы, а также фотографию готовой платы на оригинальном сайте;
— наличие в схеме стабилизатора напряжения, для получения 12В, что во-первых — требует питания устройства от двух батареек типа «крона», и во-вторых — означает бОльшее потребление, за счет потерь на стабилизаторе (забегая вперед, хочу отметить, что в итоге устройство потребляет 40-42мА).
Далее всё просто — при помощи прямых рук и технологии лазерного утюга, была получена следующая печатная плата:

Рис3
Которая была сразу же вручную залужена при помощи канифоли и самого обычного припоя, а предварительно не иначе как сдуру — засверлены отверстия:

Рис4
И были запаяны детали, резисторы и конденсаторы в подавляющем большинстве в SMD исполнении, размера 0805:

Рис5

Рис6

Рис7
Таймер NE555N вставил на запаянную ранее панельку.
Также были сделаны следующие отступления от оригинала:
— D3 — диод Шоттки 1N5819 (40В, 1А);
— диоды D2 и D5 — вместо стандартных выпрямительных BY255 (1300В, 3А) использовал ультрабыстродействующие HER308 (1000В, 3А);
— D4 — вместо универсального выпрямительного диода 1N4004 (400В, 1А) использовал RL205 (600В, 2А);
— вместо подстроечного резистора на 1 МОм использовал переменный на 220кОм (по факту ~190кОм), и один постоянный резистор на 820кОм (чтобы выставить «0» понадобилось, чтобы между земляным полигоном и 1N5819 было постоянно ~190кОм, а между землёй и «+» выходом на мультиметр была возможность регулировки от нуля до 190+820=1010кОм);
— транзисторы использовал рекомендованные, так как они остались в закромах после ремонта одного из усилителей, ну а у кого нет ВС547С (NPN, 50V, 0.1A, 300MHz, h=420-800), хочу успокоить — это аналоги наших родных и знакомых КТ3102Г (NPN, 20V, 0.1A, 300MHz, h=400-1000), КТ3102Е (NPN, 20V, 0.1A, 300MHz, h=400-1000), но рассчитаны на более высокое напряжение, что в нашей схеме не принципиально. Только не забудьте сверить цоколевку выводов. Возможно подойдут маломощные универсальные 2SC945 (NPN, 50V, 0.1A, 250MHz), по всей видимости желательно с буквой «P» (h=200-400), а лучше — «К» (h=300-600) на конце маркировки;
— конденсаторы C1, C2 и C4 — 100мкФ (C1, C2 — на напряжение где-то на 1/3 больше 18В, лично я взял то, что было под рукой — 100мкФ, 50В и 63В);
— в качестве стабилизатора 12В использовал К142ЕН8Б (итоговое напряжение 11,87В).
В итоге устройство запустилось сразу, после описанных ранее манипуляций с подстроечным резистором — показания при измерении стали похожи на правду, в действии выглядит следующим образом:

Рис8

Рис9
В принципе я доволен, хоть и осталось нерешенными несколько вопросов:
1) Думаю над вариантами питания схемы от блока питания, после чего определюсь в какой из имеющихся корпусов упаковать данный девайс. Возможно попробую собрать повышающий DC-DC преобразователь на MC34063, чтобы выбросить из схемы стабилизатор, и оставить для питания только одну батарейку.
2) Не могу придумать каким образом правильно откалибровать устройство, и есть подозрение, что точность измерения страдает, вот пример:
— выставляю 0,1 В по постоянному резистору 0,1 Ом (на фото), но при измерении сопротивления 1 Ом — получаю около 0,8 В;
— выставляю 1 В по резистору 1 Ом, измеряю сопротивление резистора 0,1 Ом — получаю около 0,2 В.
В общем, устройство работает, свою функцию отбраковки негодных электролитических конденсаторов выполняет, но без калибровки это не измерительное устройство, а «показометр», с возможностью приблизительной оценки состояния измеряемого конденсатора.
 
Прибор во временном корпусе:


Надеюсь мой опыт кому-нибудь будет полезен. Благодарю за терпение и внимание.
 
Обсуждение здесь:
http://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?f=25&t=350340&sid=e32218c345efa4f330d5da4d7406069a&start=280
 
P.S. Прошу администрацию сайта ускорить работу над галереей и хранилищем файлов, ибо данная статья должна была в первую очередь появиться здесь.
 
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают