В даний час все більше число побутових і промислових приладів оснащуються імпульсними джерелами живлення, надійна і довговічна робота яких безпосередньо пов'язана з якістю застосовуваних електролітичних конденсаторів, головним показником яких є еквівалентний послідовний опір. Пропоноване пристрій дозволить з великою точністю визначити значення ЕРС конденсатора, що допоможе не тільки прискорити ремонт радіоапаратури, а й вибрати конденсатори з відповідними параметрами для саморобних конструкцій.
Вимірювач представляє собою приставку до вольтметру. Вимірюється опір в 0,001 Ом перетвориться на виході пристрою в напругу 0,1 мВ. Ємність перевіряється конденсатора - від 10 МКФ, при менших значеннях ємності погіршується точність вимірювання. Максимальна вимірювана значення ЕРС - 10 Ом. Нижче зображена схема вимірювача.
Процесом вимірювання управляє лічильник-дешифратор DD1. На таймері DA2 зібраний генератор, номінали елементів якого R3, R4, C2 розраховані таким чином, щоб на виходах «0» ... «9» DD1 формувалися імпульси (такти) тривалістю близько 10 мкс. Повний цикл вимірювання складає 100 мкс і зображений на малюнку нижче. (На осциллограмме представлений процес вимірювання ЕРС конденсатора ємністю в 22 мкф, для наочності послідовно з ним з'єднаний резистор 1 Ом. Розгортка 10 мкс, 10 мВ, осцилограф С1-73.)
Висновки «9», «0», «1», «2», «3» DD1 об'єднані через діоди VD3, VD7, VD4, VD8, VD6 за схемою логічного «або» і керують роботою ключа VT2 ... VT4. Ключ необхідний для розряду перевіряється конденсатора. На четвертому такті транзистор VT4 закривається, і перевіряється конденсатор починає заряджатися від джерела стабільного струму 10 мА, який формує стабілізатор DA7. Точне значення струму принципового значення не має - його відхилення в межах ± 0,5 від 10 мА буде скомпенсировано при регулюванні пристрою. У момент відключення ключа відбувається стрибкоподібне збільшення напруги на конденсаторі (на графіку - «ЕРС»), величина якого визначається як Rепс * Iзар. Після стрибка, напруга на конденсаторі плавно зростає, і до кінця п'ятого такту досягає значення Ucap \u003d (Iзар * t) / C + Rепс * Iзар, де t- час заряду конденсатора (20 мкс), С - його ємність. На п'ятому такті ключ DA5.2 відкривається високим логічним рівнем, поступаемого з вив. 1 DD1, і напруга на досліджуваному конденсаторі, рівне Rепс * Iзар + (Iзар * t) / C, запам'ятовується на конденсаторі С11. Наступні 3 такту, що надходять з вив. 5,6,9 DD1 через діоди VD10, VD5, VD9 на ключ VT1 відключають джерело стабільного струму. У цей момент часу напруга на підприємстві, що перевіряється конденсаторі відповідає значенню Ucap \u003d (Iзар * t) / C. Сьомий такт DD1 відкриває ключ DA5.1, зберігаючи це значення на конденсаторі С10. На ОП DA4, DA6 зібраний диференційний підсилювач. Він віднімає напруга, збережене на конденсаторі С10 з напруги, збереженого на конденсаторі С11, виділяючи тим самим напругу, падаюче на ЕРС перевіряється конденсатора: (Rепс * Iзар + (Iзар * t) / C) - (Iзар * t) / C \u003d Rепс * Iзар. Різниця напруг множиться диференціальним підсилювачем на 10, і для значення зарядного струму 10 мА ЕРС перевіряється конденсатора буде визначатися Rепс \u003d (Uепс / 0,01 А) * 10, тобто 0,1 мВ на виході DA6 буде відповідати опору в 0,001 Ом.
Негативна напруга для живлення ОП DA4, DA6 формують елементи DA1, DA3. Діоди VD11, VD12 обмежують напругу холостого ходу на щупах, а також захищають вимірювальні ланцюги від попередньо заряджених конденсатор. Для компенсації кінцевого опору проводів вимірювальних щупів застосовується чьотирьох схема вимірювання.
На малюнках нижче наведені креслення друкованої плати ( «під праску») і схеми розташування елементів на ній.
Регулювання пристрою починають з установки нульової напруги на виході DA6 (вив.6) підстроюванням опору резистора R6 при закорочених вимірювальних щупах. Далі, до вимірювальних щупів пристрою підключається еталонне опір. Його значення може лежати в межах від 10-ти до 1го ома. Підстроюванням резистором R9 необхідно домогтися свідчень, відповідних еталонному опору. Наприклад, вольтметр на межі 200 мВ для опору в 1 ом повинен показувати значення 100,0 мВ. На цьому настройка закінчується. Фото зібраного вимірювача наведено нижче.
Застосовувані ОУ DA4 AD823 і DA6 AD711 недешеві - але така плата за точність і стабільність вимірювань. Проте, їх можна замінити на доступніші TL072 / 082 і TL071 / 081 відповідно. Зрозуміло на шкоду точності вимірювання. Конденсатори C1, C2, C10 ... C14 - плівкові
Напруга при перевірці справних конденсаторах навіть невеликої ємності і великих значень ЕРС істотно менше падіння напруги на переходах напівпровідників, що дозволяє, в більшості випадків перевіряти ємкості не випаюючи їх з плат.
Крім вимірювання ЕРС конденсаторів пристрій можна застосовувати в якості Мілліомметри. В цьому випадку виміряне значення опору в 0,001 також буде відповідати напрузі на виході 0,1 мВ.
P.S. Якщо додати до вимірника ЕРС перетворювач напруги і вольтметр, то в підсумку вийде автономне і компактний пристрій, який допоможе, наприклад, вибрати електролітичні конденсатори безпосередньо в магазині.
Ця можливість виявилася особливо актуальною при порівнянні конденсаторів, Випаяв з материнських плат і джерел живлення ATX в порівнянні з новими, придбаними в магазині. ЕРС куплених конденсаторів (Jamicon, можливо підробка, але інших у продажу не було) часто опинявся гірше пропрацювали на 10-20% ...
Завантажити друковану плату у форматі Autocad
Кожному, хто регулярно займається ремонтом електронної техніки, відомо, який відсоток несправностей випадає на частку дефектних електролітичних конденсаторів. При цьому якщо істотну втрату ємності вдається діагностувати за допомогою звичайного мультиметра, то такий вельми характерний дефект як зростання еквівалентного послідовного опору (ЕРС, англ. ESR) виявити без спеціальних пристроїв принципово неможливо.
Довгий час при проведенні ремонтних робіт мені вдавалося обходитися без спеціалізованих приладів для перевірки конденсаторів шляхом підстановки паралельно «підозрюваним» конденсаторів свідомо справних, в звуковій апаратурі використовувати перевірку тракту проходження сигналу на слух за допомогою навушників, а також використовувати методи непрямого дефектування, засновані на особистому досвіді , накопиченої статистикою і професійної інтуїції. Коли ж довелося долучитися до масового ремонту комп'ютерної техніки, в якій на совісті електролітичних конденсаторів виявляється добра половина всіх несправностей, необхідність контролю їх ЕРС стала без перебільшення стратегічним завданням. Істотним обставиною з'явився також той факт, що в процесі ремонту несправні конденсатори дуже часто доводиться замінювати НЕ новими, а демонтованими з інших пристроїв, і їх справність зовсім не гарантована. Тому неминуче настав момент, коли довелося серйозно задуматися про те, щоб вирішити цю проблему завівши, нарешті, ЕРС-метром. Оскільки про покупку подібного приладу по ряду причин мова свідомо не йшла, напрошувався однозначний вихід - зібрати його самостійно.
Аналіз схемотехнік побудови ЕРС-метрів, наявних на просторах Мережі, показав, що спектр подібних пристроїв надзвичайно широкий. Вони відрізняються функціональністю, напругою живлення, застосовуваної елементної базою, частотою генеруються сигналів, наявністю / відсутністю моткових елементів, формою відображення результатів вимірювань і т.п.
Основними критеріями вибору схеми були її простота, низька напруга живлення і мінімальна кількість моткових вузлів.
З урахуванням всієї сукупності факторів було прийнято рішення повторити схему Ю. Куракіна, опубліковану в статті з журналу «Радіо» (2008 р, №7, с.26-27). Її відрізняє цілий ряд позитивних особливостей: гранична простота, відсутність високочастотних трансформаторів, малий струм, можливість живлення від одного гальванічного елемента, низька частота роботи генератора.
Деталі та конструкція. Зібраний на макеті прилад заробив відразу і після декількох днів практичних експериментів зі схемою було прийнято остаточне рішення про його конструкції: прилад повинен бути гранично компактним і являти собою щось на кшталт тестера, що дозволяє максимально показово відображати результати вимірювань.
З цією метою в якості вимірювальної головки був використаний стрілочний індикатор типу М68501 від магніторадіоли «Сіріус-324 пано» зі струмом повного відхилення 250 мкА і оригінальною шкалою, отградуированной в децибелах, який опинився під рукою. Пізніше в Мережі мною було виявлено подібні рішення із застосуванням магнітофонних індикаторів рівня у виконанні інших авторів, що підтвердило правильність прийнятого рішення. В якості корпусу приладу був використаний корпус від несправного зарядного пристрою для ноутбука LG DSA-0421S-12, що ідеально підходить за габаритами і має, на відміну від багатьох своїх побратимів, легкоразборний корпус, що скріпляється шурупами.
У пристрої використано виключно загальнодоступні і шірокораспространенние радіоелементи, наявні в господарстві будь-якого радіоаматора. Підсумкова схема повністю ідентична авторської, виняток становлять лише номінали деяких резисторів. Опір резистора R2 в ідеалі має становити 470 кОм (в авторському варіанті - 1МОм, хоча при цьому приблизно половина ходу движка все одно не використовується), але резистора такого номіналу, що має необхідні габарити, у мене не знайшлося. Однак цей факт дозволив допрацювати резистор R2 таким чином, щоб він одночасно був і вимикачем харчування при повороті його осі в одне з крайніх положень. Для цього досить зішкребти вістрям ножа частина резистивного шару у одного з крайніх контактів «підкови» резистора, по якій ковзає його середній контакт, на ділянці довжиною приблизно 3 ... 4 мм.
Номінал резистора R5 підбирається виходячи з струму повного відхилення використовуваного індикатора таким чином, щоб навіть при глибокому розряді елемента живлення ЕПС-метр зберігав свою працездатність.
Тип застосовуваних у схемі діодів і транзисторів абсолютно некритичний, тому перевага була віддана елементам, які мають мінімальні габарити. Набагато важливіший тип застосовуваних конденсаторів - вони по можливості повинні бути максимально термостабільним. Як С1 ... С3 були використані імпортні конденсатори, які вдалося відшукати в платі від несправного ІБЖ комп'ютеру, що володіють дуже малим ТКЕ і мають набагато менші габарити в порівнянні з вітчизняними К73-17.
Дросель L1 виконаний на феритових кільцях з магнітною проникністю 2000НМ, що має розміри 10 × 6 × 4,6 мм. Для частоти генерації 16 кГц необхідно 42 витка проводу ПЕВ-2 діаметром 0,5 мм (довжина провідника для намотування становить 70 см) при індуктивності дроселя 2,3 мГн. Зрозуміло, можна використовувати будь-який інший дросель з індуктивністю 2 ... 3,5 мГн, що буде відповідати частотному діапазону 16 ... 12 кГц, рекомендованого автором конструкції. У мене при виготовленні дроселя була можливість скористатися осцилографом і вимірником індуктивності, тому необхідну кількість витків я підібрав експериментальним шляхом виключно з міркувань вивести генератор точно на частоту 16 кГц, хоча практичної необхідності в цьому, звичайно ж, не було.
Щупи ЕРС-метра виконані незнімними - відсутність рознімних з'єднань не тільки спрощує конструкцію, але і робить її більш надійною, усуваючи потенційну можливість порушення контактів в низкоомной вимірювального ланцюга.
Друкована плата пристрою має габарити 27 × 28 мм, її креслення в формате.LAY6 можна скачати за посиланням https://yadi.sk/d/CceJc_CG3FC6wg. Крок сітки - 1,27 мм.
Компонування елементів всередині готового пристрою приведена на фото.
Результати випробувань. Відмінною особливістю застосованого в пристрої індикатора стало те, що діапазон виміру ЄПС склав від 0 до 5 Ом. При перевірці конденсаторів значної ємності (100 мкФ і більше), найбільш характерних для фільтрів ланцюгів живлення материнських плат, блоків живлення комп'ютерів і телевізорів, зарядних пристроїв ноутбуків, перетворювачів мережевого обладнання (комутаторів, маршрутизаторів, точок доступу) та їх виносних адаптерів цей діапазон надзвичайно зручний , оскільки шкала приладу є максимально розтягнутою. На підставі усереднених експериментальних даних для ЕРС електролітичних конденсаторів різної ємності, наведених у таблиці, відображення результатів вимірювань виявляється дуже наочним: конденсатор можна вважати справним лише в тому випадку, якщо стрілка індикатора при вимірюванні розташовується в червоному секторі шкали, відповідному позитивних значень децибелів. Якщо стрілка розташовується лівіше (в чорному секторі), конденсатор із зазначеного вище діапазону ємностей є несправним.
Зрозуміло, приладом можна тестувати і конденсатори малої ємності (приблизно від 2,2 мкФ), при цьому показання приладу будуть перебувати в межах чорного сектора шкали, яка відповідає від'ємних показників децибел. У мене вийшло приблизно наступне відповідність ЕРС свідомо справних конденсаторів з стандартного ряду ємностей градуировке шкали приладу в децибелах:
Перш за все, цю конструкцію слід рекомендувати початківцям радіоаматорам, ще не мають достатнього досвіду в конструюванні радіоапаратури, але яке освоює ази ремонту електронної техніки. Низька ціна і висока повторюваність даного ЕРС-метра вигідно відрізняють його від більш дорогих промислових пристроїв аналогічного призначення.
Основними достоїнствами ЕРС-метра можна вважати наступні:
- надзвичайна простота схеми і доступність елементної бази для її практичної реалізації при збереженні достатньої функціональності пристрою і його компактності, відсутність необхідності в високочутливому реєструє приладі;
- відсутність необхідності в налагодженні, що вимагає наявності спеціальних вимірювальних приладів (осцилографа, частотоміра);
- низька напруга живлення і, відповідно, дешевизна його джерела (не потрібно дорога і малоємкі «Крона»). Пристрій зберігає свою працездатність при розряді джерела навіть до 50% його номінальної напруги, тобто є можливість використовувати для його живлення елементи, які вже не здатні нормально функціонувати в інших пристроях (пультах ДУ, годинах, фотоапаратах, калькуляторах і т.п.);
- низький струм споживання - близько 380 мкА в момент вимірювання (залежить від використовуваної вимірювальної головки) і 125 мкА в режимі очікування, що істотно продовжує термін експлуатації джерела живлення;
- мінімальна кількість і гранична простота моткових виробів - як L1 можна використовувати будь-який відповідний дросель або легко виготовити його самостійно з підручних матеріалів;
- порівняно низька частота роботи генератора і можливість ручного регулювання нуля, що дозволяють використовувати щупи з проводами практично будь-якої розумної довжини і довільного перетину. Ця перевага є незаперечним в порівнянні з універсальними цифровими тестерами елементів, які використовують для підключення перевіряються конденсаторів ZIF-панель з глибоким розташуванням контактів;
- візуальна наочність відображення результатів тестування, що дозволяє швидко оцінити придатність конденсатора для подальшого використання без необхідності точного чисельної оцінки величини ЕРС і її співвіднесення з таблицею значень;
- зручність експлуатації - можливість виконання безперервних вимірювань (на відміну від цифрових ESR-тестерів, які потребують натискання кнопки вимірювання і витримки паузи після підключення кожного вивіреного конденсатора), що істотно прискорює роботу;
- необов'язковість попередньої розрядки конденсатора перед вимірюванням ЕРС.
До недоліків приладу можна віднести:
- обмежену функціональність в порівнянні з цифровими ESR-тестерами (відсутність можливості вимірювання ємності конденсатора і відсотка його витоку);
- відсутність точних чисельних значень результатів вимірювань в Омасі;
- порівняно вузький діапазон вимірюваних опорів.
Ми вже звикли до основних параметрів конденсатора: ємності і робочій напрузі. Але останнім часом не менш важливим параметром стало його еквівалентний послідовний опір (ЕРС). Що ж це таке і на що воно впливає?
Так як ЕРС найбільш сильно впливає на роботу електролітичних конденсаторів, то в подальшому мова піде саме про них. Зараз ми розберемо електролітичний конденсатор по кісточках і дізнаємося, які ж таємниці він приховує.
Будь-який електронний компонент не ідеальний. Це відноситься і до конденсатору. Сукупність його властивостей показує умовна схема.
Як бачимо, реальний конденсатор складається з ємності C , Яку ми звикли бачити на схемах у вигляді двох вертикальних смуг. далі резистор R s , Який символізує активний опір дротяних висновків і контактного опору висновок - обкладка. На фото видно, як дротові висновки кріпляться до обкладкам методом заклепувальних з'єднання.
Так як будь-який, навіть дуже хороший діелектрик має певний опір (до сотень мега), то паралельно обкладкам зображується резистор Rp . Саме через цей «віртуальний» резистор тече так званий струм витоку. Природно, ніяких резисторів всередині конденсатора немає. Це лише для наочності і зручного уявлення.
Через те, що обкладання у електролітичного конденсатора скручуються і встановлюються в алюмінієвий корпус, утворюється індуктивність L.
Свої властивості ця індуктивність проявляє лише на частотах вище резонансної частоти конденсатора. Приблизне значення цієї індуктивності - десятки наногенрі.
Отже, з усього цього виділимо те, що входить в ЕРС електролітичного конденсатора:
Опір, яке викликане втратами в діелектрику через його неоднорідності, домішок і наявності вологи;
Провідникові дротяних висновків і обкладок. Активний опір проводів;
Контактна опір між обкладинками та висновками;
Сюди ж можна включити і опір електроліту, яке збільшується через випаровування розчинника електроліту і зміни його хімічного складу внаслідок взаємодії його з металевими обкладинками.
Всі ці фактори підсумовуються і утворюють опір конденсатора, яке і назвали еквівалентним послідовним опором - скорочено ЕРС, а на закордонний манер ESR (E quivalent S erial R esistance).
Як відомо, електролітичний конденсатор в силу свого пристрою може працювати тільки в колах постійного і пульсуючого струму через свою полярності. Власне, його і застосовують в блоках харчування для фільтрації пульсацій після випрямляча. Запам'ятаємо цю особливість конденсатора - пропускати імпульси струму.
А якщо ESR - це, по суті, опір, то на ньому при протіканні імпульсів струму буде виділятися тепло. Згадайте про потужності резистора. Таким чином, чим більше ЕРС - тим сильніше буде грітися конденсатор.
Нагрівання електролітичного конденсатора - це дуже погано. Через нагрівання електроліт починає закипати і випаровуватися, конденсатор здувається. Напевно, вже помічали на електролітичних конденсаторах захисну насічку на верхній частині корпусу.
При тривалій роботі конденсатора і підвищеній температурі всередині його електроліт починає випаровуватися, і тиснути на цю насічку. Згодом тиск всередині зростає настільки, що насічка розривається, вивільняючи газ назовні.
"Хлопнувшей" конденсатор на платі блоку живлення (причина - перевищення допустимого напруги)
Також захисна насічка запобігає (або послаблює) вибух конденсатора при перевищенні допустимого напруги або зміні його полярності.
На практиці буває і навпаки - тиск виштовхує ізолятор з боку висновків. Далі на фото показаний конденсатор, який висох. Ємність його знизилася до 106 мкФ, а ESR при вимірюванні склало 2,8Ω, тоді як нормальне значення ESR для нового конденсатора з такою ж ємністю лежить в межах 0,08 - 0,1Ω.
Електролітичні конденсатори випускають на різну робочу температуру. У алюмінієвих електролітичних конденсаторів нижня межа температури починається з - 60 0 С, а верхня обмежена +155 0 С. Але в більшості своїй такі конденсатори розраховані на роботу в температурному діапазоні від -25 0 С до 85 0 С і від -25 0 С до 105 0 С. На етикетці іноді вказується тільки верхня температурна межа: +85 0 С або +105 0 С.
Наявність ЕРС в реальному електролітичному конденсаторі впливає на його роботу в високочастотних схемах. І якщо для звичайних конденсаторів цей вплив не настільки виражена, то ось для електролітичних конденсаторів воно відіграє дуже важливу роль. Особливо це стосується їх роботи в ланцюгах з високим рівнем пульсацій, коли протікає істотний струм і за рахунок ESR виділяється тепло.
Погляньте на фото.
Роздувся електролітичні конденсатори (причина - тривала робота при підвищеній температурі)
Це материнська плата персонального комп'ютера, який перестав включатися. Як бачимо, на друкованій платі поруч з радіатором процесора розташовано чотири роздулися електролітичних конденсатора. Тривала робота при підвищеній температурі (зовнішній нагрів від радіатора) і пристойний термін експлуатації призвів до того, що конденсатори «грюкнули». Виною тому - нагрівання і ESR. Погане охолодження негативно позначається не тільки на роботі процесорів і мікросхем, але, як виявляється, і на електролітичних конденсаторах!
Зниження температури навколишнього середовища на 10 0 C продовжує термін служби електролітичного конденсатора майже вдвічі.
Аналогічна картина спостерігається в відмовили блоках харчування ПК - електролітичні конденсатори також здуваються, що призводить до просідання та пульсаціям напруги харчування.
Несправні конденсатори в БП ПК ATX (причина - низька якість конденсаторів)
Нерідко через тривалу роботи імпульсні блоки живлення точок доступу, роутерів Wi-Fi, всіляких модемів також виходять з ладу через «хлопнувшей» або втратили ємність конденсаторів. Не будемо забувати, що при нагріванні електроліт висихає, а це призводить до зниження ємності. Приклад з практики я описував.
З усього сказаного випливає, що електролітичні конденсатори, що працюють в високочастотних імпульсних схемах (блоки живлення, інвертори, перетворювачі, імпульсні стабілізатори) працюють в досить екстремальних умовах і виходять з ладу частіше. Знаючи це виробники випускають спеціальні серії з низьким ESR. На таких конденсаторах, як правило, присутній напис Low ESR , Що означає "низький ЕРС".
Відомо, що конденсатор має ємнісним або реактивним опором, яке знижується з ростом частоти змінного струму.
Таким чином, з ростом частоти змінного струму, реактивне опір конденсатора буде падати, але тільки до тих пір, поки воно не наблизиться до величини еквівалентного послідовного опору (ESR). Його то й необхідно виміряти. Тому багато приладів - вимірювачі ESR (ESR-метри) вимірюють ЕРС на частотах в декілька десятків - сотень кілогерц. Це необхідно для того, щоб «прибрати» величину реактивного опору з результатів вимірювання.
Варто відзначити, що на величину ESR конденсатора впливає не тільки частота пульсацій струму, але і напруга на обкладинках, температура навколишнього середовища, якість виготовлення. Тому однозначно сказати, що ESR конденсатора, наприклад, дорівнює 3 Омам, не можна. На різній робочій частоті величина ESR буде різною.
ESR-метр
При перевірці конденсаторів, особливо електролітичних, варто звертати увагу на величину ESR. Для тестування конденсаторів і вимірювання ESR існує чимало серійно випускаються приладів. На фото універсальний тестер радиокомпонентов (LCR-T4 Tester) функціонал якого підтримує завмер ESR конденсаторів.
У радіотехнічних журналах можна зустріти описи саморобних приладів і приставок до мультиметра для вимірювання ESR. У продажу можна знайти і вузькоспеціалізовані ESR-метри, які здатні вимірювати ємність і ЕРС без випайки їх з плати, а також розряджати їх перед цим з метою захисту приладу від пошкодження високим залишковим напругою конденсатора. До таких приладів відносяться, наприклад, такі як ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.
При ремонті електроніки доводиться часто міняти електролітичні конденсатори. При цьому для оцінки їх якості вимірюються такі параметри, як ємність і ESR. Щоб було з чим порівнювати, була складена таблиця ESR, в якій зазначено ЕРС нових електролітичних конденсаторів різних ємностей. Дану таблицю можна використовувати для оцінки придатності того чи іншого конденсатора для подальшої служби.
Розповісти в:Чи не слабшає інтерес наших читачів та авторів до розробки та виготовлення пристроїв вимірювання ЕРС (ESR) оксидних конденсаторів. Пропонована нижче приставка до Мультиметри серії 83х продовжує цю тему. Мультиметри, далі прилади, серії 83х - дуже популярні серед радіоаматорів через доступної ціни і прийнятної точності вимірювань.
На сторінках журналу "Радіо" неодноразово публікувалися статті з розширення можливостей цих приладів, наприклад,. При розробці пропонованої приставки, так само як і в, була поставлена \u200b\u200bзадача не застосовувати додаткове джерело живлення. Схема приставки показана на рис. 1.
рис.1
У приладах, побудованих на мікросхемах АЦП ICL71x6 або їх аналоги, є внутрішній стабілізований джерело напруги 3 В з максимальним струмом навантаження 3 мА. З виходу цього джерела подано напруга живлення на приставку через роз'єм "СОМ" (загальний провід) і зовнішнє гніздо "NPNc", яке входить до складу восьмиконтактних розетки для підключення малопотужних транзисторів в режимі вимірювання статичного коефіцієнта передачі струму. Метод вимірювання ЕРС аналогічний застосований в цифровому вимірювачі, який описаний в статті. У порівнянні з цим пристроєм пропонована приставка суттєво відрізняється простотою схеми, малим числом елементів і їх низькою ціною.
Основні технічні характеристики
Інтервал вимірювання ЕРС, Ом:
при розімкнутих контактах вимикача SA1 0,1 ... 199,9
при його замкнутих контактах (положення "х0,1") 0,01 ... 19,99
Ємність перевіряються конденсаторів, не менше, МКФ 20
Струм споживання, мА 1,5
При роботі з приставкою перемикач роду робіт приладу встановлюють в положення вимірювання напруги постійного струму з межею "200 мВ". Зовнішні вилки приставки "СОМ", "VΩmA", "NPNc" стикуються з відповідними гніздами приладу. Тимчасова діаграма показана на рис. 2. Генератор, зібраний на логічному елементі DD1.1 - триггере Шмітта, діод VD1, конденсаторі С1 і резистори R1, R2, виробляє послідовність позитивних імпульсів тривалістю t r \u003d 4 мкс з паузою 150 мкс і стабільної амплітудою близько 3 В ( рис. 2, а). Ці імпульси можна спостерігати осциллографом щодо спільного проведення гнізда "СОМ". Під час кожного імпульсу через перевіряється конденсатор, підключений до гнізд "Сх" приставки, протікає заданий резисторами R4, R5 стабільний струм, який дорівнює 1 мА при розімкнутих контактах вимикача SA1 або 10 мА при його замкнутих контактах (положення "х0,1").
Розглянемо роботу вузлів і елементів приставки з підключеним перевіряється конденсатором з моменту появи чергового імпульсу тривалістю t r на виході елемента DD1.1. Від інвертованого елементом DD1.2 імпульсу низького рівня тривалістю t r транзистор VT1 закривається на 4 мкс. Після зарядки ємності втік-витік закритого транзистора VT1 напруга на висновках перевіряється конденсатора буде залежати практично тільки від струму що протікає через його ЕРС. На логічному елементі DD1.3, резистори R3 і конденсаторі С2 зібраний вузол затримки фронту імпульсу генератора на 2 мкс. За час затримки t 3 ємність втік-витік закритого транзистора VT1, шунтирующая випробуваний конденсатор, встигає зарядитися і практично не впливає на точність наступного після t 3 процесу вимірювання (Рис. 2, б). З затриманого на 2 мкс і укороченого по тривалості до 2 мкс імпульсу генератора на виході інвертора DD1.4 формується ізмepіteльний імпульс тривалістю t вим \u003d 2 мкс (рис. 2, в) високого рівня. Від нього відкривається транзистор VT2, а запам'ятовує конденсатор СЗ починає заряджатися від падіння напруги на ЕРС перевіряється конденсатора через резистори R6, R7 і відкритий транзистор VT2. Після закінчення вимірювального імпульсу і імпульсу з виходу генератора від високого рівня на виході елемента DD1.2 транзистор VT1 відкривається, a VT2 від низького рівня на виході елемента DD1.4 закривається. Описаний процес повторюється кожні 150 мкс, що призводить до зарядки конденсатора СЗ до падіння напруги на ЕРС перевіряється конденсатора після кількох десятків періодів. На індикаторі приладу відображається значення еквівалентного послідовного опору в Омасі. При положенні вимикача SA1 "х0,1" показання індикатора потрібно помножити на 0,1. Відкритий між імпульсами генератора транзистор VT1 усуває зростання напруги (заряд) на ємнісної складової перевіряється конденсатора до значень нижче мінімальної чутливості приладу, що дорівнює 0,1 мВ. Наявність вхідний ємності транзистора VT2 призводить до зміщення нуля приладу. Для усунення її впливу застосовані резистори R6 і R7. Підбором цих резисторів добиваються відсутності напруги на конденсаторі СЗ при замкнутих гніздах "Сх" (установка нуля).
Про погрішності вимірів. По-перше, має місце систематична похибка, що досягає приблизно 6% для опорів, близьких до максимуму в кожному інтервалі. Вона пов'язана зі зменшенням струму тестування, але не так важлива - конденсатори з такими ЕРС підлягають бракування. По-друге, існує похибка вимірювання, що залежить від ємності конденсатора.
Пояснюється це зростанням напруги під час імпульсу з генератора на ємнісної складової конденсаторів: чим менше ємність, тим швидше її зарядка. Цю похибку неважко розрахувати, знаючи ємність, струм і час зарядки: U \u003d М / С. Так, для конденсаторів ємністю понад 20 мкФ вона не впливає на результат вимірювань, а ось для 2 мкФ виміряне значення буде більше реального приблизно на 1,5 Ома (відповідно, 1 мкФ - 3 Ома, 10 мкФ - 0,3 Ома і т. п.).
Чертё ж друкованої плати показаний на рис. 3. Три отвори під штирі слід просвердлити так, щоб останні входили в них з невеликим зусиллям.
Це полегшить процес їх пайки до контактних площадок. Штир "NPNc" - позолочений від відповідного роз'ємом, підійде і шматок луджених мідного дроту. Отвір під нього свердлять в потрібному місці після установки штирів "СОМ" та "VΩmA". Останні - від поламаних вимірювальних щупів. Конденсатор СЗ бажано застосувати з групи ТКЕ не гірше Н10 (X7R). Транзистор IRLML6346 (VT1) можна замінити на IRLML6246, IRLML2502, IRLML6344 (в порядку погіршення). Критерії заміни - опір відкритого каналу не більше 0,06 Ом при напрузі затвор-витік 2,5 В, ємність втік-витік - не більше 300 ... 400 пФ. Але якщо обмежитися тільки інтервалом 0,01 ... 19,00 Ом (вимикач SA1 в цьому випадку заміняють перемичкою, резистор R5 видаляють), то максимальна ємність втік-витік може становити 3000 пФ. Транзистор 2N7000 (VT2) замінимо на 2N7002, 2N7002L, BS170C пороговим напругою не більше 2 ... 2,2 В. Перед монтажем транзисторів слід перевірити відповідність розташування висновків провідникам друкованої плати. Гнізда XS1, XS2 в екземплярі автора - клеммник гвинтовий 306-021-12.
Перед налагодженням приставку слід підключити не до мультиметру, щоб не вивести його з ладу, а до автономного джерела живлення напругою 3 В, наприклад, до двох послідовно з'єднаним гальванічним елементам. Плюс цього джерела тимчасово підключають до штиря "NPNc" приставки (не підключаючи цей штир до мультиметру), а мінус - до її загального проведення. Вимірюють споживаний струм, який не повинен перевищувати 3 мА, після чого автономне джерело відключають. Гнізда "Сх" тимчасово замикають коротким відрізком мідного дроту діаметром не менше 1 мм. Штирі приставки вставляють в однойменні гнізда приладу. Підбором резисторів R6 і R7 встановлюють нульові показання приладу при обох положеннях вимикача SA1. Для зручності ці резистори можна замінити одним підлаштування, а після настройки нуля впаивают резистори R6 і R7 з сумарним опором, рівним подстроечного.
Видаляють відрізок проводу, який замикає гнізда "Сх". До них підключають резистор 1 ... 2 0м при замкнутому положенні SA1, потім - 10 ... 20 Ом при розімкнутому. Звіряють показання приладу з опорами резисторів. У разі необхідності підбирають R4 і R5, домагаючись бажаної точності вимірювання. Зовнішній вигляд приставки показаний на фото рис. 4.
Приставку можна використовувати як омметр малих опорів Також нею можна вимірювати внутрішній опір малогабаритних гальванічних або акумуляторних елементів і батарей через послідовно з'єднаний конденсатор ємністю не менше 1000 мкФ, дотримуючись полярності його підключення. З отриманого результату вимірювання необхідно відняти ЕРС конденсатора, який повинен бути визначений заздалегідь.
ЛІТЕРАТУРА
1. Нечаєв І. Приставка до мультиметру для вимірювання ємності конденсаторів. - Радіо, 1999, №8, с.42,43.
2. Чуднов В. Приставка до мультиметру для вимірювання температури. - Радіо, 2003 № 1, с. 34.
3. Подушкін І. Генератор + одновибратор \u003d три приставки до мультиметру. - Радіо, 2010, № 7, с. 46, 47; № 8, с. 50-52.
4. даташіте ICL7136 http://radio-hobby.org/modules/datasheets/2232-icl7136
5. Бірюков С. Цифровий вимірювач ESR. - Схемотехніка, 2006, № 3, с. 30-32; №4, с. 36,37.
АРХІВ: Завантажити з сервера
Розділ: [Вимірювальна техніка]
Збережи статтю в:
