Parametry kondenzátorů esr. DIY ESR meter - měřič kapacity kondenzátoru

Co je ESR?

Teorie

ESR- Ekvivalentní sériový odpor - jeden z parametrů kondenzátoru, charakterizující jeho aktivní ztráty v obvodu střídavý proud. Ekvivalentně může být reprezentován jako rezistor zapojený do série s kondenzátorem, jehož odpor je určen především dielektrickými ztrátami, jakož i odporem desek, vnitřních kontaktů a vývodů kondenzátoru. V ruské zkratce - Ekvivalentní sériový odpor - EPS.

Ztráty v dielektriku, způsobené zvláštnostmi jeho polarizace, tvoří hlavní část ztrát v kondenzátoru a jsou určeny materiálem, stejně jako tloušťkou dielektrické vrstvy.U elektrolytických kondenzátorů je významnou součástí ESR odpor kapalného elektrolytu, který se používá jako součást jedné z desek k zajištění maximální kontaktní plochy s dielektrikem.Pokud je odpor elektrolytu v kondenzátoru považován za vodič s průřezem rovným ploše jedné z desek a délkou vodiče přibližně rovnou tloušťce impregnovaného papíru, můžeme předpokládat, že tato hodnota bude relativně malý. Ve skutečných středně velkých kondenzátorech bude typická hodnota 0,01 ohmu při 20 °C. Je však třeba vzít v úvahu, že u vysokokapacitních kondenzátorů používaných ve filtrech usměrňovačů SMPS při pracovní frekvenci asi 100 kHz, kdy je jejich reaktance měřena v tisícinách Ohmu, bude tato hodnota představovat poměrně velké ztráty. Velikost dielektrických ztrát na takovýchto frekvencích je u elektrolytických kondenzátorů filtrů SMPS obvykle několikanásobně větší a pouze v nejlepších případech může být přibližně stejná nebo dokonce menší než ztráty v elektrolytu.

Odpor elektrolytu výrazně závisí na teplotě v důsledku změn stupně jeho viskozity a pohyblivosti iontů. Při provozu se dielektrikum a elektrolyt ohřívají střídavým proudem, a proto může odpor elektrolytu výrazně klesnout, pak bude ESR kondenzátoru určována především jeho dielektrickými ztrátami.V případech zahřátí na teplotu varu ztrácí elektrolyt své původní vlastnosti a následným ochlazením se stává viskóznějším, což výrazně zvyšuje jeho odpor. Další provoz způsobí ještě větší zahřívání a zhoršení kvality elektrolytu, což následně povede k nevhodnosti kondenzátoru pro další provoz v zařízení.Vadné elektrolytické kondenzátory, ve kterých došlo k varu elektrolytu, jsou obvykle identifikovány vizuálně podle nafouknutého a odtlakovaného pouzdra.

Pro spolehlivý provoz elektrolytických kondenzátorů je to velmi důležité správná volba jeho typ, jmenovitý výkon a maximální napětí v závislosti na režimech. Pro konvertorové filtry pracující na frekvencích desítek kilohertzů vyrábějí výrobci speciální kondenzátory s nízkým ESR a udávají celkový odpor střídavého proudu (impedance Z) pro všechny jmenovité hodnoty v tabulkách. Typ těchto kondenzátorů je v technické dokumentaci doplněn značkou - Nízká impedance nebo Nízké ESR.

Praxe

Elektrolytické kondenzátory jsou pravděpodobně jediné elektronické prvky které trpí vysycháním. Pokud nějaké máte elektronická zařízení který fungoval mnoho let, ale náhle přestal správně fungovat, existuje velká šance, že se jeden nebo více elektrolytických kondenzátorů uvnitř něj degradovalo a způsobuje problém. Elektrolytické kondenzátory selhávají několika způsoby: mohou se stát elektricky vodivými, což způsobí, že jimi protéká konstantní proud, který je může dokonce explodovat. Mohou se snížit na kapacitu. Ale nejčastěji se zvyšuje jejich ekvivalentní sériový odpor, což je velmi nežádoucí.

ESR Elektrolytický kondenzátor je obvykle zlomkem ohmu pro nízkonapěťové kondenzátory (jako je 1000 µF, 16 V) a může mít dva nebo tři ohmy pro nízkou kapacitu a vysoké provozní napětí (1 uF, 450 V). Jak kondenzátor stárne, tento odpor se zvyšuje a často způsobí, že zařízení úplně přestane fungovat. Velmi často kondenzátory zvýší svůj odpor ESR na 100násobek normálního odporu, zatímco jejich kapacita zůstává dobrá! Při měření kapacity budou ukazovat hodnotu blízkou té správné, ale již nejsou vhodné! ESR měřiče a sondy se používají k analýze stavu kondenzátoru.ESR měřič může testovat kondenzátory, i když jsou v obvodu. Ostatní paralelně zapojené části budou mít na měření minimální vliv. Jak velký odpor by měl mít přibližně konkrétní provozuschopný kondenzátor - viz stůl. To jsou vlastnosti, které dělají ESR měřič nepostradatelné zařízení pro diagnostiku a opravy elektronických zařízení.

Často při opravách elektroniky je potřeba vyměnit zduřelé kondenzátory. Pokud je kondenzátor oteklý, znamená to pokles jeho kapacity a zvýšení ekvivalentního sériového odporu (ESR). Stává se, že kondenzátor není oteklý a jeho ESR je vyšší než normálně, v tomto případě jsem sestavil zařízení z MasterKit a použil ho ke kontrole podezřelých kondenzátorů. V určité chvíli začalo být zajímavé, co vlastně měří a jak to dělá.
Co je ESR.
Ekvivalentní zjednodušený obvod kondenzátoru se skládá z rezistoru a kondenzátoru, hodnota tohoto odporu je měřena zařízením. Zbývá zjistit, jak to dělá.

Ke kondenzátoru připojíme generátor signálu, jeho ekvivalentní obvod je na obrázku, skládá se z generátoru a sériově zapojeného odporu rovného výstupnímu odporu generátoru.

ESR - také známý jako ekvivalentní sériový odpor - je velmi důležitý parametr kondenzátory. Proč je to potřeba a jak to určit, o tom budeme hovořit v našem článku.

Reálné parametry kondenzátoru

Kde

r je odpor dielektrika a pouzdra mezi deskami kondenzátoru

C je kapacita samotného kondenzátoru

ESR – ekvivalentní sériový odpor

ESI (častěji nazývané ESL) - ekvivalentní sériová indukčnost

Z toho se vlastně skládá jednoduchý neškodný kondenzátor, zejména elektrolytický. Podívejme se na tyto parametry podrobněji:

r– dielektrický odpor. Dielektrikem může být elektrolyt v elektrolytických kondenzátorech, papír nebo nějaké jiné svinstvo). Mezi vývody kondenzátoru je také jeho tělo. Má také jakýsi odpor a je také z dielektrika a patří sem.

S– kapacita kondenzátoru, která je napsána na samotném kondenzátoru, plus nebo mínus nějaké odchylky spojené s chybou.

Kde se skrývá ESR v kondenzátoru?

ESR je odpor vodičů a desek

Jak víte, odpor vodiče lze zjistit pomocí vzorce:

Kde

ρ je měrný odpor vodiče

l – délka vodiče

S - plocha průřezu vodiče

Takže si můžete přibližně spočítat odpor vývodů kondenzátoru a zároveň jeho desek ;-) Ale to samozřejmě nikdo nedělá. Pro tento účel existují speciální přístroje, které dokážou změřit právě tento parametr. Například moje zařízení z Aliexpress, které jsem si nedávno koupil.

Proč je vysoká hodnota ESR škodlivá?

Dříve, i když se teprve začaly objevovat první elektronické obvody, o takovém parametru jako ESR nikdo ani neslyšel. Možná věděli, že existuje tento odpor, ale nikomu to neublížilo. Jenže... s příchodem prvních spínaných zdrojů se začalo stále častěji mluvit o ESR. Proč se spínacím zdrojům nelíbila taková neškodná odolnost?

Ty a já víme, že kondenzátorem prochází střídavý proud. A čím vyšší frekvence, tím nižší je odpor samotného kondenzátoru. Zde je vzorec pro případ, že byste zapomněli:

Kde, X C je odpor kondenzátoru, Ohm

P - konstantní a rovná se přibližně 3,14

F– frekvence, měřená v Hertzech

S– kapacita, měřená ve Faradech

Ale je tu jedna věc, kterou jsme nevzali v úvahu... Odpor vodičů a destiček se s frekvencí nemění! Takže... a když se nad tím zamyslíte, vyjde vám, že při nekonečné frekvenci bude odpor kondenzátoru roven jeho ESR? Ukazuje se, že se náš kondenzátor změní na odpor? Jak se chová rezistor ve střídavém obvodu? Ano, úplně stejně jako v řetězci stejnosměrný proud: Zahřívá se! Proto tento rezistor rozptýlí výkon P in životní prostředí. A jak si pamatujete, síla přes odpor a proud je vyjádřena vzorcem:

P=I 2 xR

Kde

Já je současná síla v ampérech

R – odpor ESR rezistoru, v Ohmech

To znamená, že pokud je ESR větší, ztrátový výkon bude také větší! To znamená, že tento odpor se docela dobře zahřeje.

Dodržujete, co vám říkám? ;-)

Ze všeho výše uvedeného můžeme vyvodit jednoduchý závěr: Kondenzátor s velkým ESR ve vysokofrekvenčních obvodech s vysokými proudy se zahřeje. No dobře, ať se to zahřeje... Rezistory a mikroobvody se taky zahřívají a nic! Ale celý problém je v tom S rostoucí teplotou kondenzátoru roste i jeho kapacita! Dokonce je zde i tak zajímavý parametr kondenzátoru jako TKE nebo T teplota NA součinitel E kapacita. Tento koeficient ukazuje, jak moc se kapacita mění se změnami teploty. A protože nádoba již „pluje“, okruh po ní „plave“.

Elektrolytické kondenzátory ESR

Parametr ESR se v zásadě týká elektrolytických kondenzátorů. Elektrolyt, který tam je, ztrácí při zahřátí některé ze svých vlastností a kondenzátor mění svou kapacitu, což je samozřejmě nežádoucí. Po slušném zahřátí se kondenzátor začne otupovat, bobtnat a rychle stárne.

U oteklých kondenzátorů se zvyšuje především ESR, zatímco kapacita může do určité doby zůstat prakticky nominální (dobře ta, která je napsána na samotném kondenzátoru)

Nejčastěji bobtnají ve spínaných zdrojích a na základních deskách, většinou v blízkosti procesoru (tam je zátěž na ně vyšší a roli hraje asi i teplo z procesoru). Jeden z charakteristických příznaků: zařízení (počítač, monitor) se začíná zapínat čím dál hůř. Buď s pauzou (až několik hodin po zapnutí sítě), nebo na desátý pokus.

Další příznak: pokud na chvíli vypnete napájení (vypnete napájecí filtr nebo jej vytáhnete ze zásuvky), začne se znovu zapínat, nikoli na první pokus nebo po pauze. A pokud nevypnete napájení, pak se počítač může zapnout okamžitě (ale to je samozřejmě také prozatím). Stává se však, že kondenzátory nejsou oteklé a ESR je již desetkrát vyšší než normálně. Pak ho samozřejmě vyměníme. Ze zkušenosti je to velmi častý problém. A velmi snadno diagnostikovatelné (zvláště pokud máte zázračné zařízení od svých čínských soudruhů).

ESR tabulka

Jak jsem již řekl, ESR se kontroluje hlavně u elektrolytických kondenzátorů, protože se používají ve spínaných zdrojích. Zde je malá tabulka pro maximální povolené hodnoty ESR pro nové elektrolytické kondenzátory v závislosti na jejich provozním napětí:

Jak měřit ESR

Pojďme změřit některé naše čínské kondenzátory pro ESR. Chcete-li to provést, vezměte si náš multifunkční univerzální R/L/C/tranzistorový měřič a proveďte několik měření:

První, kdo jde do bitvy, je kondenzátor 22 µF x 25 V:

Kapacita se blíží nominální hodnotě. ESR = 1,9 Ohm. Pokud se podíváte na desku, maximální ESR = 2,1 Ohm. Náš kondenzátor dobře spadá do tohoto rozsahu. To znamená, že může být použit ve vysokofrekvenčních obvodech.

Další kondenzátor je 100 uF x 16 voltů

ESR=0,49 Ohm, podívej se na desku... maximálně 0,7. To znamená, že je také vše v pořádku. Lze použít i v RF obvodech.

A vezměme kondenzátor s kapacitou více než 220 uF x 16 Voltů

Maximální ESR pro něj je 0,33 Ohm. Naše ukazovala 0,42 Ohm. Takový kondenzátor již nepůjde do RF části rádiového zařízení. A v jednoduchých vzorech, kde chodí nízké frekvence(LF) bude dělat správně! ;-).

Kondenzátory s nízkým ESR

V našem rychle se rozvíjejícím světě je elektronika stále více postavena na RF části. Spínané zdroje téměř zcela zvítězily nad objemnými transformátorovými zdroji. My, radioamatéři, stále používáme podomácku vyrobené zdroje z transformátorů, které jsme našli na smetišti.

Ale protože téměř veškerá zařízení míří do HF rozsahu, nespí ani vývojáři rádiových komponent. Vytvářejí kondenzátory, které mají nízké ESR a nazývají se takové kondenzátory NÍZKÁ ESR, což znamená Condery s nízkým ESR. Na některých píšou přímo na tělo:

Výrazná vlastnost Výhodou takových kondenzátorů je, že jsou protáhlé na délku. Také podle mého pozorování mají nejčastěji zlatý proužek:

V dnešní době se stále více používají miniaturní polymerové hliníkové kondenzátory s nízkým ESR:

Kde je můžete nejčastěji vidět? Samozřejmě po rozebrání vašeho Osobní počítač. Najdete je v napájecím zdroji, stejně jako na základní desce počítače.

Na fotografii níže vidíme základní deska počítač, který je celý pokrytý kondenzátory s LOW ESR, některé z nich jsem označil do červeného obdélníku:

Nejmenší ESR mají keramické a SMD-keramické kondenzátory

Závěr

No, co jiného můžete říci o ESR? Mezi výrobci v současnosti probíhá boj o trh. Kdo nabízí kondenzátor s minimálním ESR a dobrou kapacitou, je kladivo ;-). Nebuďte příliš líní si zařízení koupit nebo sestavit. Bude to zvláště důležité pro opraváře elektronických zařízení. Multimetr vám může ukázat kapacitu a svodový proud, ale měřič ESR vám řekne vnitřní odpor.

Bylo mnoho případů, kdy zařízení prostě nechtělo fungovat, ačkoli všechny prvky v něm byly neporušené. V tomto případě jsme jednoduše změřili kondenzátory ESR metrem a určili jejich odpor. Po výměně vadných kondenzátorů s vysokým ESR za kondenzátory s nízkým ESR (LOW ESR) zařízení ožilo a fungovalo šťastně až do smrti.

Dobrý den, přátelé. Dnes vám povím o zařízení, které mi hodně pomáhá při opravách, šetří peníze a čas. Tento ESR měřičČínský původ Mega328. Koupil jsem ho na Aliexpress od tohoto prodejce. Jaké jsou konkrétně výhody tohoto zařízení?

Za prvé, jsou velmi vhodné pro testování elektrolytických kondenzátorů. Za tímto účelem jsem si ho koupil. Každý kondenzátor má dva parametry, které jsou zodpovědné za jeho provoz. První parametr je kapacita. To jsou ti samí mikrofarady které jsou vyznačeny na těle kondenzátoru. Kapacitu lze snadno změřit jakýmkoli multimetrem, který tuto funkci podporuje.

Nejprve jsem si myslel, že je to jediný parametr, který potřebuji u kondenzátoru znát, abych mohl určit jeho provozuschopnost, ale nebylo tomu tak. Při opravě jednoho monitoru se mi nepodařilo zjistit napájení. Blok produkoval podhodnocená napětí, bez ohledu na to, jak se na to díváte. Při kontrole kondenzátorů jsem změřil jejich kapacitu, která byla v normálním rozmezí. V jednu chvíli jsem to celé vzdal, připájel jsem všechny kondenzátory a vyměnil je za nové, načež se monitor rozběhl. Moje překvapení neznalo mezí. Rozhodl jsem se najít důvod a začal jsem pájet staré kondenzátory jeden po druhém, dokud jsem nenašel jeden 470 uF na 50 V, který pájením přestal monitor fungovat. Tester ukázal, že kondenzátor funguje, ale v praxi se ukázalo, že tomu tak není. Poté jsem začal studovat vše o kondenzátorech a objevil jsem takový parametr jako ESR.

ESR - Ekvivalentní sériový odpor– parametr kondenzátoru, který ukazuje aktivní ztráty ve střídavém obvodu. To si lze představit jako rezistor zapojený do série s kondenzátorem. Čím menší je ztráta ohmového proudu, tím nejlepší kvalita kondenzátor. Hned řeknu, že parametr ESR je velmi relevantní pro elektrolytické kondenzátory s kapacitou nad 4,7 μF. Nový elektrolytický kondenzátor 1uF ESR může mít 5 Ohmů. U kondenzátorů nižších jmenovitých hodnot to není tak důležité, alespoň v mé praxi tomu tak je.

Teď k věci. Pro elektrolytický kondenzátor s kapacitou větší než 4,7 µF by měl být ESR menší 1 ohm. Pokud je tento parametr vyšší, pak vyměním kondenzátor za nový.

Níže uvedený obrázek ukazuje příklad měření kondenzátoru 1000 µF při 10 V.

Jedná se o silně zasazený kondenzátor, kde ESR je již 17 Ohmů. Často se stává, že kapacita je stále 950 mikrofaradů, ale ESR je již 10 Ohmů. Tento kondenzátor se určitě vyplatí vyměnit.

Další příklad vybitého kondenzátoru. Jedná se o kondenzátor 220 uF při 35V. Jeho nominální hodnota se stala 111 mikrofarad a ESR vzrostl na 1,3 Ohm.

Nebo stejných 220uF při 35V z článku, kde je ESR už 15 Ohmů.

Zde je příklad pracovního kondenzátoru, který se již používal, ale jeho hodnocení mu stále umožňuje pracovat. To je 100 mikrofaradů při 63V.

Jak vidíte, jeho ESR je až 1 Ohm a hodnocení se snížilo na méně než 3 µF, takže takové kondenzátory nechávám v provozu. Dovolte mi uvést příklad ideálního kondenzátoru. To je 1500uF při 10V.

Zde je ESR obecně nula Ohm a jmenovitá hodnota je větší, než je uvedeno.

Trochu se vzdálím od kondenzátorů a řeknu vám více o zařízení MEGA 328. Dokáže otestovat nejen kondenzátory, ale mnohem více. Mohou snadno testovat tranzistory, rezistory, zenerovy diody, mosfety a mnoho dalšího. Velmi pohodlné na kontrolu tranzistory s efektem pole, protože zařízení ukáže svůj typ, umístění odtoku, zdroje a noh brány.

Příklad kontroly tranzistoru s efektem pole:

Zařízení ukazuje typ tranzistoru, práh otevření a umístění nožiček. Velmi pohodlné, zejména pro začátečníky.

Zde je příklad kontroly pravidelné N-P-N tranzistor.

Úplný seznam funkcí tohoto testeru:

Zkouška:Kondenzátory, diody, duální diody, MOS, tranzistory, SCR, regulátory, LED trubice, ESR,Odpor, nastavitelné potenciometry atd.
Odpor: 0,1 ohm až maximálně 50 mohmů
kondenzátor: 25pF až 100 000 µF
Induktory: od 0,01 mH do 20 H
Měření bipolární tranzistor proudový zisk a prahové napětí báze-emitor.
Může měřit dva odpory současně. Zobrazuje se vpravo s desetinnou hodnotou 4. Symbol odporu na obou stranách ukazuje číslo pinu.

Velmi důležité!!! Před měřením ESR je nutné vybít kondenzátor!!!

Tester je obvykle dodáván ve formě desky, s konektorem pod korunkou. Nainstaloval jsem své zařízení do spojovací krabice, vyřízl jsem okno pro displej, tlačítko a panel pro testování. Přilepil jsem to horkým lepidlem a tak mi to funguje dodnes. Tady je fotka:

Není to moc krásné, ale o krásu jsem se nijak zvlášť nesnažil :).

Video přehled měřiče ESR

Doporučuji nakupovat přímo z Aliexpress, jelikož je to mnohem levnější, zvláště s našimi cenami. Tady je odkaz na prodejce, kde jsem to koupil. Zařízení dorazilo na Ukrajinu za 18 dní.

V Nedávno V radioamatérské a odborné literatuře je velká pozornost věnována takovým zařízením, jako jsou elektrolytické kondenzátory. A není se čemu divit, protože frekvence a výkony rostou „před našima očima“ a tyto kondenzátory nesou obrovskou zodpovědnost za výkon jak jednotlivých komponent, tak obvodu jako celku.

Upozorňuji hned na to, že většina součástek a obvodových řešení byla sesbírána z fór a časopisů, takže si z mé strany nenárokuji žádné autorství, naopak chci pomoci začínajícím opravářům přijít na nekonečné obvody a variace měřidel a sond. Všechna zde uvedená schémata byla sestavena a testována více než jednou a byly vyvozeny příslušné závěry týkající se fungování toho či onoho návrhu.

Takže první schéma, které se stalo téměř klasikou pro začínající ESR Metrobuilders „Manfred“ – tak jej laskavě nazývají uživatelé fóra, po jeho tvůrci Manfredu Ludens ludens.cl/Electron/esr/esr.html

Opakovaly to stovky, možná tisíce radioamatérů a většinou byli s výsledkem spokojeni. Jeho hlavní výhodou je sekvenční měřicí obvod, díky kterému minimální ESR odpovídá maximálnímu napětí na bočníku R6, což má zase příznivý vliv na činnost diod detektoru.

Sám jsem toto schéma neopakoval, ale pokusem a omylem jsem k podobnému došel. Mezi nevýhody můžeme zaznamenat „chůzi“ nuly na teplotě a závislost stupnice na parametrech diod a operačního zesilovače. Zvýšené napájecí napětí potřebné pro provoz zařízení. Citlivost zařízení lze snadno zvýšit snížením rezistorů R5 a R6 na 1-2 ohmy, a tedy zvýšením zisku operačního zesilovače, možná jej budete muset nahradit 2 vyššími rychlostmi.

Můj první vzorník EPS, který dodnes dobře funguje.

1. Napájeno lithiovou baterií mobilního telefonu
2. Stabilizátor je vyloučen, protože limity provozního napětí lithiové baterie jsou poměrně úzké
3. Transformátory TV1 TV2 jsou propojeny s odpory 10 a 100 Ohm pro snížení emisí při měření malých kapacit
4. Výstup 561ln2 byl vyrovnán 2 komplementárními tranzistory.

Obecně se zařízení ukázalo takto:

Pro větší univerzálnost jsem přidal další funkce:

1. přijímač infračerveného záření, pro vizuální a sluchové testování dálkových ovladačů (velmi oblíbená funkce při opravách TV)
2. osvětlení místa, kde se sondy dotýkají kondenzátorů
3. „vibrick“ z mobilního telefonu, pomáhá v detailech lokalizovat špatné pájení a mikrofonní efekty.

Video na dálkové ovládání

A nedávno na fóru „radiokot.ru“ pan Simurg zveřejnil článek věnovaný podobnému zařízení. V něm použil nízkonapěťový zdroj, můstkový měřicí obvod, který umožňoval měřit kondenzátory s ultranízkou úrovní ESR.

Chtěl jsem něco synchronního, začal jsem přemýšlet o implementačním schématu a teď v časopise „Radio 1 2011“ jako mávnutím kouzelného proutku vyšel článek, ani jsem nemusel přemýšlet. Rozhodl jsem se zkontrolovat, co to bylo za zvíře. Sestavil jsem to a dopadlo to takto:

No a konečně, na webu monitor.net člen buratino zveřejnil jednoduchý projekt, jak vyrobit ESR sondu z obyčejného levného digitálního multimetru. Projekt mě natolik zaujal, že jsem se rozhodl to zkusit a vzešlo z toho toto.