Измеритель esr конденсаторов приставка к мультиметру

Идеальный конденсатор, когда работая на переменном токе должен иметь только реактивное (емкостное) сопротивление. Активная составляющая при этом должна стремиться к нулю. Хороший электролитический конденсатор должен иметь активное сопротивление (ESR), где-то в районе 0,5-5 Ом. Практически, в любой электронной технике попадется, проработавшей несколько лет, казалось бы исправный конденсатор емкостью, допустим, 10 мкФ с ESR до 100 Ом и более. Такаю емкость скорее всего и является причиной поломки или некачественной работы аппаратуры.

Чтобы измерить активную составляющую требуется выбрать такой режим измерения, при котором реактивная составляющая будет очень низкой. Как мы уже знаем из теории работы колебательного контура, реактивное сопротивление емкости снижается с ростом частоты.

Схема является типовым генератором импульсов с частотой 120 кГц, реализованной на отечественных логических инверторах микросборки D1, делителя напряжения R2,R3 проверяемого конденсатора С_Х, и измерителя переменного напряжения состоящего из детектора на диодах VD1-VD2 и мультиметра, включенного на диапазон измерения малых постоянных напряжений.

Частота генерации задается цепочкой R1-C1. D1.3 является согласующим, а на D1.4-D1.6 построен выходной каскад. Подстройкой резистора R2 осуществляют юстировку прибора. Так как в широко распространенном цифровом мультиметре М838 нет режима измерения малых переменных напряжений в схеме приставки имеется детектор на детекторных диодах VD1-VD2. Мультиметр просто измеряет постоянное напряжение на емкости С4.

Источником питания является батарейка «Крона». Монтаж компонентов приставки показан на печатной плате на рисунке ниже.

Конструктивно приставка оформлена в одном корпусе с батарейкой. Для подсоединения к мультиметру применяются родные щупы мультиметра. В роли корпуса можно использовать обычную мыльницу. От точек Х1 и Х2 сделаны коротенькие щупы. Один из них жесткий, в виде шила, а другой гибкий длиной около 10 см. Эти щупы можно подсоединять к конденсаторам, как к не монтированным, так и уже впаянным на плату (выпаивать их не требуется), что значительно сокращает время поиска дефектного конденсатора.

Налаживание приставки. После проверки монтажа и работоспособности подсоедините цифровой мультиметр. Желательно проверить частоту на Х1-Х2. Если она находится в диапазоне 120-180 кГц, — хорошо. Если нет, — следует подобрать R1.

Возьмите набор постоянных сопротивлений 1 Ом, 5 Ом, 10 Ом, 15 Ом, 25 Ом, 30 Ом, 40 Ом, 60 Ом, 70 Ом и 80 Ом. Подсоедините вместо испытуемого конденсатора сопротивление 1 Ом. Поверните ползунок R2 так, чтобы мультиметр показал 1 mV. Запишите «1 Ом = 1mV». Далее, подсоединяйте другие сопротивления, и, не меняя положение R2, делайте аналогичные записи.

Получаем таблицу расшифровки показаний мультиметра, затем ее нужно аккуратно оформить и наклеить на корпус приставки. Теперь, проверяя емкости, вы считываете показания мультиметра в милливольтах, затем по таблице находите ESR конденсатора.

При желании эту схему можно подогнать и для измерения емкости оксидных конденсаторов. Для этого необходимо снизить частоту мультивибратора, подсоединив параллельно С1 емкость 0,01 мкФ. Для удобства можно добавить тумблер «С / ESR». Кроме того, потребуется подготовить еще одну таблицу, — со значениями емкостей.

В современных схемах роль конденсаторов заметно возросла, т.к увеличились и мощности и частоты работы устройств. И поэтому очень важно проверять ESR у всех конденсаторов перед сборкой схемы или во время диагностирования неисправности.

Equivalent Series Resistance — эквивалентное последовательное сопротивление это сумма последовательно соединенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками электролитического конденсатора.

Интервал измерения от 0 до 100 Ом. Переменное напряжение на щупах от 130 до150 мВ, поэтому можно проверять оксидные конденсаторы, не выпаивая их из схемы.

Трансформатор Т1 с транзисторами VT1 и VT2 составляют генератор прямоугольных импульсов с частотой 116 кГц. Вторичная обмотка трансформатора обеспечивает положительную обратную связь. Подстроечный резистор R2 предназначен для регулировки скважность импульсов. С третей обмотки трансформатора прямоугольные импульсы попадают в измерительную цепь. На резисторе R4 построен датчик тока. На составном транзисторе VT3 сделан синхронный выпрямитель. Резисторы R5-R7 — токоограничивающие, конденсаторы СЗ, С4 для сглаживания пульсаций. С выпрямителя запитана головка стрелочного прибора РА1, R8 является калибровочным переменным резистором. При подключении щупов к проверяемому конденсатору напряжение на резисторе R4 зависит от ЭПС конденсатора —

Чем выше значение ЭПС, тем меньше отклонение стрелки мультиметра РА1. Если проверяемый конденсатор оказался заряженным, то он разрядится через R4.

Перед началом проверки конденсатора с помощью R8 при замкнутых щупах мультиметра стрелку прибора устанавливают на "О".

Трансформатор собран на кольцевом ферритовом магнитопроводе проницаемостью 1000 с внешним диаметром 10, внутренним 6 и толщиной 5 мм. Первичную и вторичную обмотки наматывают одновременно тремя свитыми вместе обмоточными проводами ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Намотав 50 витков, два провода соединяют в соответствии со схемой. Для третей обмотки используют провод ПЭВ-2 диаметром 0,3. 0,4 мм и делают 5 витков. Чертеж печатной платы (смотри в архиве по ссылке выше) измерителя ЭПС выполнен в программе sprint layout 6.0, а познакомится с технологией производства печатных плат в домашних условиях вы можете здесь.

Альтернативный вариант схемы по проверке ESR конденсаторов на базе стрелочного мультиметра

В схеме применен операционный усилитель на микросхеме JRC4558 (LM4558), R8 изменен на 18кОм, а R11 на 5кОм. Потребляемый ток при замыкании измерительных щупов — 5.66 мА. Из недостатков схемы, можно отметить небольшую термонестабильность нуля. Так омметр ESR-метра, работает на высокой частоте, то его можно использовать для тестирования контактов реле, пускателей и электродвигателей

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:

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:

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.

Плату собирал по схеме №2:

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:

— 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:

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

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

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:

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.

Прошло примерно полтора года, с тех пор, как я начал регулярно заниматься ремонтами электроники. Как оказалось дело это не менее интересное, чем конструирование электронных конструкций. Понемногу появились люди, желающие, кто время от времени, а кто и регулярно, сотрудничать со мной как с мастером. В связи с тем что рентабельность большинства производимых ремонтов не позволяет снимать помещение, иначе аренда съедает большую часть прибыли, работаю в основном на дому либо выезжаю с инструментами к знакомым ИП имеющим скупку бытовой электроники и мастерскую.

Параллельно со знакомым, выкупаем технику на местном форуме и Авито, ремонтируем и знакомый реализует, оба в долях с реализации. Но суть не в этом. Сегодня решил поделиться с читателями схемой простого, но очень полезного для любого ремонтника — электронщика устройства, ESR метра, позволяющего корректно измерять этот параметр, в большинстве случаев без выпаивания электролитических конденсаторов. ESR, оно же ЭПС (Эквивалентное Последовательное Сопротивление) — параметр конденсатора очень сильно влияющий на его работоспособность при работе в высокочастотных цепях. Какие же это устройства?

Это абсолютно любые схемы с применением стабилизаторов, DC-DC преобразователей питания, импульсные блоки питания для любой техники, от компьютерной — до мобильных зарядок.

Без этого устройства значительная часть ремонтов выполняемых мною либо вообще не могла бы быть выполнена, либо все же была выполнена, но с большими неудобствами в виде постоянного выпаивания и запаивания обратно электролитических конденсаторов небольшого номинала, с целью измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью транзистор тестера. Мой же прибор, позволяет измерять этот параметр не выпаивая деталь, просто прикоснувшись пинцетом к выводам конденсатора.

Данные конденсаторы номиналом 0.33-22 мкФ, как известно очень редко имеют насечки в верхней части корпуса, по которым конденсаторы большего номинала, вздуваются и раскрываются розочкой, например всем знакомые конденсаторы на материнских платах и блоках питания. Дело в том, что конденсатор, не имеющий этих насечек для выпускания излишнего образовавшегося давления, визуально, без измерения прибором, даже для опытного электронщика ничем не отличим от полностью рабочего.

Компьютерный блок питания

Конечно, если домашнему мастеру предстоит разовый ремонт, например компьютерного блока питания АТХ формата, собирать данный прибор не имеет смысла, проще заменить сразу все конденсаторы мелкого номинала на новые, но если вы ремонтируете хотя бы пять блоков питания в полгода вам этот прибор уже желателен к сборке. Какие альтернативы есть, сборке этого измерителя? Покупной прибор стоимостью порядка 2000 рублей, ESR micro.

ESR micro — фото

Из отличий и достоинств покупного прибора могу назвать только то, что у него показания выводятся сразу в миллиОмах, а у моего прибора нужно переводить из миллиВольт в миллиОмы. Что впрочем не вызывает затруднений, достаточно откалибровать прибор по значениям низкоомных точных резисторов и составить для себя таблицу. Поработав с прибором пару месяцев, уже визуально, безо всяких таблиц, просто взглянув на дисплей мультиметра уже видишь нормальное значение ESR конденсатора — на грани либо уже необходима замена. Схема моего прибора, кстати, в свое время была взята из журнала Радио.

Схема принципиальная прибора

Изначально прибор был собран с самодельными щупами – пинцетом, имеющим широкие губки, неудобным при измерении на платах, с плотным монтажом. Затем присмотрел себе на Али экспресс щупы — пинцет для измерения SMD, подключаемые к мультиметру. Заказав пинцет, провод был безжалостно укорочен, для того чтобы точность не сильно пострадала при измерении, из-за длины проводов щупов. Не забывайте, там счет идет на миллиОмы.

Сначала прибор у меня подключался щупами к мультиметру и был выполнен в виде приставки, но постепенно надоело крутить каждый раз ручку мультиметра, вырабатывая тем самым ресурс переключений. Мне тогда как раз товарищ подарил мультиметр, в связи с тем что свой я временно попалил на неразрядившемся электролитическом конденсаторе. Впоследствии прибор был восстановлен, резисторы были перепаяны, а этот мультиметр, у него были отломлены разъемы для подключения щупов на плате, и были кем-то брошены перемычки, но точность измерений уже была не та.

ESR метр открытый корпус

Но для моих целей погрешность 1-2 процента ничего не решала и решил сделать прибор полностью автономным. Для этого скрепил корпус мультиметра и корпус ESR метра на винты, и сделал для большего удобства коммутацию одновременного включения, встроенного мультиметра и ESR метра с помощью выключателя на две группы контактов. Соединения мультиметра и ESR метра, ранее осуществляемые с помощью щупов, были сделаны проводами, внутри соединенных корпусов.

Прибор испытатель конденсаторов — внешний вид

Как показала практика, времени на приведение прибора в боевую готовность, а затем, после проведения измерений, отключения, стало уходить существенно меньше, а соответственно повысилось удобство использования. Из дальнейших доработок планируемых в данном приборе — это перевести его на аккумуляторное питание, от Li-ion аккумулятора от телефона, с возможностью подзарядки от платы адаптера заряда через встроенное Mini USB гнездо, от любого зарядного устройства от смартфона с возможностью подключения USB кабеля.

Как показала практика, ранее мною уже был переделан на аккумуляторное питание с помощью аналогичного способа Транзистор тестер Т4, также имеющий, как и ESR метр, высокое потребление благодаря установленному в нем графическому дисплею. Ощущения от переделки остались только положительные. За полгода заряжал всего один раз. В устройстве был установлен повышающий DC-DC преобразователь превращающий 3.7 вольта на выходе аккумулятора в 9 вольт, необходимые для работы прибора.

Макетная плата ESR метра

В данном случае, в моем приборе будет двойное преобразование напряжения: сначала с 3.7 вольта в 9 вольт, хотя возможно я выставлю и минимально допустимое для входа стабилизатора 7805 CV напряжение 7.5 вольт, от данного стабилизатора сейчас запитана схема прибора. Сам прибор, как можно видеть на фото, изначально питается от батареи Крона, которая, как известно, имеет относительно небольшую емкость.

Напряжение питания данной микросхемы позволяет питать ее напрямую от 9 вольт, но дело в том, что по мере разряда батареи заметил, что показания при измерении начинают потихоньку уплывать. Для борьбы с этим, и был установлен стабилизатор 7805, который, как известно, выдает у нас стабильные 5 вольт на выходе.

Выключатель с защитой от случайных включений

Также в связи с тем, что прибор приходится часто носить с собой в дипломате, на ремонты на выездах, и уже были случаи самопроизвольного включения выключателя, и соответственно высаживании батареи Крона в ноль, что сейчас, при коммутации данным выключателем 2 линий питания, мультиметра и самого прибора, было бы уже более нежелательным, так как в таком случае, придется покупать уже две кроны, стоимостью 45 рублей.

Коммутация выключателем на 2 группы контактов

Решено было просто приклеить на термоклей, по краям выключателя, два самореза, от крепления кулера, в компьютерном блоке питания. Микросхема, применяемая в приборе, широко распространенная, и довольно дешевая, я приобретал ее, по стоимости, всего порядка 15-20 рублей.

Весь прибор, обошелся мне, с учетом бесплатного мультиметра, щупов – пинцета с Али экспресс, стоимостью 100 рублей, и стоимости деталей для сборки прибора, и батареи крона, всего ушло порядка 150 рублей, итого все необходимое обошлось в смешную сумму 250 рублей.

Пинцет для измерения конденсаторов на плате

Что окупилось уже с применением прибора в ремонтах давно и многократно. Конечно кто нибудь, имеющий возможность и желание приобрести ESR micro, может сказать сейчас, зачем мне эти неудобства, каждый раз переводить из миллиВольт, в миллиОмы, хотя это и не требуется, как я уже выше писал, если на покупном приборе я могу сразу видеть, уже готовые значения.

Таблица значений ESR

Дело в том, что подобные приборы имеют в своем составе микроконтроллер, и при измерении подключаются напрямую, условно говоря “портом” микроконтроллера к измеряемому конденсатору. Что крайне нежелательно, достаточно один раз не разрядить конденсатор после обесточивания схемы перед измерением, путем замыкания его выводов металлическим предметом, например отверткой, как мы рискуем получить нерабочий прибор.

Первая версия щупов

Что при его немаленькой стоимости, согласитесь, не лучший вариант. В моем же приборе, параллельно измеряемому конденсатору подключается резистор 100 Ом, что означает если конденсатор все-же и будет заряжен, то он при подключении щупов начнет разряжаться. В самом же крайнем случае, если микросхема применяемая в моем приборе выгорит, вам для произведения ремонта достаточно будет лишь вынуть микросхему из DIP панельки и воткнуть новую.

Апгрейд прибора

Все, ремонт прибора окончен, можно снова производить измерения. А учитывая низкую стоимость микросхемы это не становится проблемой, достаточно лишь приобрести одну – две микросхемы про запас при закупе деталей для сборки данного ЭПС-метра.

Финальная версия

В целом прибор получился просто шикарным и очень удобным, и даже если бы детали для его сборки стоили в 2 раза больше — я бы все-равно смело мог бы рекомендовать этот ЭПС-метр к сборке всем начинающим мастерам имеющим скромный бюджет, либо желающим сэкономить и не переплачивать лишнего. Всем удачных ремонтов! AKV.