- การวัด ESR ของ Capacitor
- ส่วนรายการ
- แผนภูมิวงจรรวม
- การคำนวณ ESR ของ Capacitor
- ตัวอย่าง: การวัด ESR สำหรับ Capacitor Electrolytic 100uf
ตัวเก็บประจุดูเหมือนจะเรียบร้อยดีจนกว่าคุณจะไปถึงจุดที่แหล่งจ่ายไฟล้มเหลวหรือปฏิเสธที่จะทำงานอย่างเหมาะสมที่สุด และหากปัญหาคือเสียงรบกวนมีวิธีแก้ไขง่ายๆคุณเพียงแค่เพิ่มตัวเก็บประจุเพิ่มเติม แต่นั่นไม่สามารถแก้ปัญหาได้ มีอะไรผิดปกติ?
ปัญหาเกิดจากสมมติฐานที่ไร้เดียงสาที่ว่าตัวเก็บประจุ (ในระดับใหญ่) เป็นอุปกรณ์ที่ 'ในอุดมคติ' ในขณะที่ความจริงแล้วไม่ใช่ บรรดาผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์เป็นเพราะสิ่งที่เรียกว่าความต้านทานภายในหรือต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ตัวเก็บประจุมีความต้านทานภายในที่ จำกัด เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง เราได้อธิบาย ESR และ ESL ในตัวเก็บประจุในรายละเอียดในบทความก่อนหน้านี้
ตัวเก็บประจุประเภทต่างๆมีช่วง ESR ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นตัวเก็บประจุไฟฟ้าโดยทั่วไปมี ESR สูงกว่าตัวเก็บประจุแบบเซรามิก สำหรับการใช้งานจำนวนมากสิ่งสำคัญคือต้องวัดความต้านทานภายในของตัวเก็บประจุ และวันนี้ในบทความนี้เราจะสร้างESR Meterและเรียนรู้วิธีการ วัด ESR ของตัวเก็บประจุโดยใช้ไอซี 555 และทรานซิสเตอร์
การวัด ESR ของ Capacitor
ในช่วงแรกการวัด ESRอาจดูเหมือนเป็นเรื่องง่าย
ความต้านทานสามารถกำหนดได้อย่างง่ายดายโดยใช้กระแสคงที่และวัดแรงดันตกคร่อมอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบ
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราใช้กระแสคงที่กับตัวเก็บประจุ? แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในเชิงเส้นและตั้งค่าตามค่าที่กำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าซึ่ง (สำหรับวัตถุประสงค์ของเรา) ไม่มีประโยชน์
ณ จุดนี้ได้เวลาย้อนกลับไปสู่สิ่งที่เราเรียนรู้ในโรงเรียน -“ ตัวเก็บประจุบล็อก DC และผ่าน AC”
หลังจากทำข้อสรุปให้ง่ายขึ้นเราเข้าใจว่าโดยพื้นฐานแล้วตัวเก็บประจุเป็น ไฟฟ้าลัดวงจร ที่ความถี่สูงและส่วนที่เป็นตัวเก็บประจุนั้น 'ลัดวงจร' ของวงจรและแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจะลดลงตลอดความต้านทานภายใน
ข้อดีของวิธีนี้คือเราไม่จำเป็นต้องรู้กระแสด้วยซ้ำหากเราทราบความต้านทานภายในของแหล่งสัญญาณที่ใช้เพราะตอนนี้ ESR และความต้านทานภายใน (ของแหล่งกำเนิด) เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอัตราส่วนของ ความต้านทานคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงและการรู้สามข้อเราสามารถกำหนดค่าอื่นได้อย่างง่ายดาย
ออสซิลโลสโคปใช้เพื่อวัดรูปคลื่นที่อินพุตและที่ตัวเก็บประจุ
ส่วนรายการ
สำหรับ Oscillator:
1. 555 ตัวจับเวลา - ทั้ง CMOS และสองขั้วจะทำงานได้ดี แต่แนะนำให้ใช้ CMOS สำหรับความถี่สูง
2. โพเทนชิออมิเตอร์ 100K - ใช้สำหรับปรับความถี่
3. ตัวเก็บประจุ 1nF - เวลา
4. ตัวเก็บประจุเซรามิก 10uF - แยกชิ้นส่วน
เวทีพลัง:
1. BC548 NPN ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์
2. BC558 PNP ทรานซิสเตอร์สองขั้ว
หมายเหตุสั้น ๆ เกี่ยวกับการเลือกใช้ทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์สัญญาณขนาดเล็กใด ๆ ที่มีอัตราขยายสูง (300 ขึ้นไป) และกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างใหญ่ (50mA +) จะทำงานได้ดี
3. ตัวต้านทานฐาน560Ω
4. ตัวต้านทานเอาต์พุต47Ω - สามารถเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่10Ωถึง100Ω
แผนภูมิวงจรรวม
ด้านล่างคือแผนภาพวงจรสำหรับวงจรESR Capacitor Tester นี้ -
นี้ESR Meter วงจรสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน 555 เวลาและขั้นตอนการส่งออก
1. 555 Oscillator:
วงจร 555 เป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable แบบธรรมดาที่ให้คลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความถี่ไม่กี่ร้อยกิโลเฮิรตซ์ ที่ความถี่นี้ตัวเก็บประจุเกือบทั้งหมดทำหน้าที่เหมือนตัวสั้น หม้อ 100K ช่วยให้สามารถปรับความถี่เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่เป็นไปได้ทั่วทั้งฝา
2. เวทีพลัง:
นี่เป็นวิธีแก้ปัญหาสำหรับปัญหาอื่น เราสามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเข้ากับเอาต์พุตของ 555 ไทม์เมอร์ได้โดยตรง แต่เราจะต้องรู้อิมพีแดนซ์เอาต์พุตให้ถูกต้อง
ในการกำจัดสิ่งนี้จะใช้สเตจเอาท์พุทแบบพุชพูลพร้อมตัวต้านทานแบบอนุกรม ตัวต้านทานให้อิมพีแดนซ์เอาต์พุต
นี่คือลักษณะของฮาร์ดแวร์ที่สมบูรณ์ของวงจร ESR Meterนี้:
การคำนวณ ESR ของ Capacitor
จากสมการตัวแบ่งแรงดันเราได้สูตรต่อไปนี้:
ESR = (V CAP • R เอาท์พุท) / (V OUTPUT - V CAP)
โดย ESR คือความต้านทานภายในของตัวเก็บประจุ V CAP คือสัญญาณข้ามตัวเก็บประจุ (วัดที่โหนด CAP +) R OUTPUT คือความต้านทานเอาต์พุตของขั้นตอนกำลัง (ที่นี่คือ 47 โอห์ม) และ V OUTPUT คือแรงดันสัญญาณเอาต์พุตเป็น วัดที่จุด A ในวงจร
ในขณะที่ใช้วงจรนี้ขอแนะนำให้ตั้งค่าโพรบขอบเขตเป็น 1X เพื่อเพิ่มความไวและลดแบนด์วิดท์เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนบางส่วนเพื่อทำการวัดที่แม่นยำ
ขั้นแรกให้วัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงจุดสูงสุดที่จุด A ข้างหน้าอิมพีแดนซ์และสังเกต จากนั้นติดคาปาซิเตอร์ ซูมเข้าจนเห็นคลื่นสี่เหลี่ยม บิดหม้อจนรูปคลื่นไม่เล็กลง
ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงจุดสูงสุดของรูปคลื่นที่ได้ควรอยู่ในลำดับไม่กี่สิบหรือหลายร้อยมิลลิโวลต์
ตัวอย่าง: การวัด ESR สำหรับ Capacitor Electrolytic 100uf
นี่คือรูปคลื่นเอาต์พุตดิบของขั้นตอนการใช้พลังงาน:
และนี่คือแรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุ สังเกตสัญญาณรบกวนทั้งหมดที่ซ้อนทับบนสัญญาณ - โปรดใช้ความระมัดระวังในการวัด
เมื่อเสียบค่าลงในสูตรเราจะได้ ESR ที่198mΩ
Capacitor ของ ESR เป็นตัวแปรที่สำคัญเมื่อมีการออกแบบวงจรอำนาจและที่นี่เราได้สร้างง่ายๆอุปกรณ์ ESR วัดอยู่บนพื้นฐานของการจับเวลา