Bouw je eigen ESR-meter: Complete gids voor elektronica-enthousiastelingen

Over DIY ESR-meter, Elk vak heeft zijn unieke gereedschappen. In elektronica heb je minimaal een multimeter, schroevendraaier, snijder, soldeerbout en draden nodig.

Het beste deel: je vindt deze tools in elke elektronicawinkel voor een betaalbare prijs. Er zijn echter andere belangrijke maar dure tools die je nodig hebt als je verder gaat in elektronica.

En daarbij hoort de ESR-meter.

In dit artikel laten we je zien hoe je je eigen ESR-meter bouwt met een kant-en-klaar strip-/Vero-board met hetzelfde resultaat als marktconforme ESR-meters.

Klaar? Laten we leren!

Stripboard

Wat is ESR?

Condensatoren zijn niet immuun voor degradatie. Ongewenste effecten komen door Equivalent Series Resistance (ESR). Waarom? Condensatoren hebben interne weerstand door de materialen die fabricanten gebruiken.

Verschillende condensatortypen hebben verschillende ESR-bereiken. Het is dus cruciaal om de equivalente serieweerstand van je condensatoren te meten.

Wat is een ESR-meter?

Bij het meten van condensatoren kunnen capaciteitsmeters (digitaal of analoog) je misleiden. Je zou een defecte condensator goed kunnen vinden. Als je niet test op ESR, mis je een slechte condensator en faal je reparaties. Wat je nodig hebt is een ESR-meter.

Een ESR-meter is een tweeterminaal meetinstrument met als hoofddoel de ESR van condensatoren te meten. Meestal hebben slechte condensatoren hoge ESR-waarden die je niet kunt meten met een gewone digitale capaciteitsmeter of multimeter.

Dat is nog niet alles.

Je kunt een ESR-meter gebruiken zonder de condensators uit je circuit te halen.

Hier is het beste deel.

Je kunt een ESR-meter ook gebruiken voor andere experimenten: lage-ohm weerstanden controleren (0,33 Ω, 0,22 Ω), kortsluitingen op printplaten lokaliseren, luidsprekerversterkers, en de conditie van zowel normale als oplaadbare batterijen controleren.

Hoe werkt de ESR-meter?

Verschillende factoren dragen bij aan vermogensverlies in condensatoren. Je kunt deze optellen als ESR. Om te begrijpen hoe een ESR-meter werkt, bekijken we de componenten:

Oscillator

De oscillator levert het AC-signaal dat nodig is om stroom door de te testen condensator te sturen. Een goed voorbeeld oscilleert op ongeveer 100 kHz.

100 kHz is de industriestandaard voor ESR-metingen. Een deel van dit circuit fungeert als fasverschuivingsoscillator. Het is eenvoudig te implementeren en geeft een goede benadering van een sinusgolf.

Het andere deel werkt als versterker en buffer. Vanwege de hoge uitgangsimpedantie van de fasverschuivingsoscillator, voorkomt dit deel overbelasting van de oscillatorcircuit. Je kunt het niveau van het 100 kHz signaal instellen met de gain-control potentiometer.

De ESR-detector

De ESR-detector is waar de actie is. Het eerste deel is een spanning-naar-stroom converter die het 100 kHz signaal van de oscillator omzet in een piek-tot-piek stroom van ongeveer 7 mA.

Je kunt de CUT (condensator onder test) in de terugkoppellus van deze fase aansluiten. Je kunt dit doen met twee frontpaneel binding posts zodat de CUT dezelfde stroom ontvangt.

De omzettingsectie

In deze sectie vereist een single-supply benadering een virtuele massa-referentie door de hele ESR-meter. Een conventionele drie-terminal spanningsregelaar (aan de ingang) levert een +5 V bus. De -5 V bus krijgt zijn voeding van een handig component dat een DC-spanning levert gelijk aan de magnitude maar met omgekeerde polariteit ten opzichte van de ingang.

Hoe het werkt

ESR Circuit Diagram

Eerst creëert TR1 in het diagram en de bevestigde NPN-transistor een eenvoudige terugkoppeling die een blokkerende oscillator activeert. De blokkerende oscillator begint te oscilleren op hoge frequentie.

De oscillaties creëren een consistente grootte van de spanning over de 5 wikkelingen van de secundaire transformator. De oscillator legt de geïnduceerde hoge frequentie over de CUT.

Je ziet een op-amp gekoppeld aan de lage-spannings hoge-frequentie voeding. Het werkt daar als spanningsversterker.

Als ESR afwezig is of je een werkende condensator hebt, suggereert de meter een volledige uitschuiving. Dit toont een minuscule ESR over de condensator, wat daalt naar nul voor verschillende condensatoren met verschillende ESR-niveaus.

Een lagere ESR kan een matig hogere stroom opbouwen over de omkerende sensoringang van de op-amp. Dit wordt weergegeven op de meter met een hoge mate van uitschuiving en vice versa.

De hogere BC547-transistor werkt als gewone spanningsverzamelaar en regelaarfase. De transistor kan de oscillatorfase aan met minimaal 1,5 volt. Andere elektronische apparaten rond de CUT blijven onbeïnvloed van de testfrequentie van de ESR-meter.

Het is gemakkelijk de meter te kalibreren. Als je de testleidingen kort houdt, stelt de 100k pre-set bij de μA-meter in tot een volledige uitschuiving op de meter.

Daarna kun je diverse condensatoren met hoge ESR-waarden verifiëren op de meter met ongeveer kleinere uitschuivingen.

De transformator staat op een ferrieten ring en gebruikt een dunne magneet met diverse wikkelingen.

Hoe bouw je je ESR-meter

ESR Circuit diagram

In deze sectie leren we het bovenstaande circuit bouwen. Het circuit krijgt stroom van een enkele 9 V batterij. Je kunt een low-cost LDO gebruiken als vervanging voor maximale batterijlevensduur naarmate de spanning daalt.

De LM2936 is niet duur en werkt zelfs als het daalt tot 5,5 V. We voegden een LED aan/uit indicator na de schakelaar toe – hoewel niet in het diagram getoond.

Circuitcomponenten

• C1 - 100 μF
• C2 – 470 pF
• C3 – 10 μF
• C4 – 0,1 μF
• C5 – 100 nF
• C8 – 100 nF
• R1 – 1 kΩ
• R2 – 10 kΩ
• R3 – 150 Ω
• R4 – 12 Ω
• R5 – 12 Ω
• R6 – 27 kΩ
• R7 – 100 kΩ
• R8 – 2,2 kΩ
• R9 – 100 Ω
• R10 – 10 kΩ pot
• IC1 – 555
• TR1 – 3904
• T1 – 2,1 transformator
• D1 – 1N4007
• D2 - 1N4007
• D3 – 1N4148
• D4 – 1N4148

Circuitwerking

Laten we enkele illustraties bekijken om de werking te begrijpen. We illustreren met golven op punten 1, 2 en 3 met een verkorte ESR-leiding (0) en met een hoge ESR (5,6) Ω. De golven corresponderen met gerelateerde kanalen en de oscilloscoopopname.

Het signaal aan de uitgang van de condensator/weerstandsdelers is ongeveer 232 mV piek-tot-piek. De transistor vermenigvuldigt de uitgangswaarde met een factor >10. Kanaal 3 bevat het gefilterde en gerechtificeerde signaal (ongeveer 1,35 V).

Golven met ESR (0)

Zo ziet de meter eruit bij volledige uitschuiving na instellen van de 10k potentiometer.

Volledige uitschuiving ESR (0)

Aan de andere kant, bij een condensator met hoge ESR (5,6 Ω), verbind je deze over de testleidingen. De uitgangsspanning van punt 2 daalt, en ook het resulterende DC-niveau op punt 3.

Golven met ESR (5,6 Ohm)

Hier is de meter bij uitschuiving ESR = 5,6 Ω.

Meter voor de uitschuiving van ESR (5,6 Ohm)

De circuitbouw

Dit circuit is zo eenvoudig dat je een perfboard kunt gebruiken voor montage. Hoewel het niet makkelijk is een adequate signaaltrafo voor T1/E1 transmissielinks te vinden, heb je er misschien een in je parts bin.

Een geweldige alternatieve oplossing zijn transformatoren uit schakelvoedingen (PC ATX voedingen). Een andere optie is een grotere wikkelverhouding. Maar er is een vangnet: je moet de 150 Ω serieweerstand aanpassen naar een hogere waarde.

Zo ziet het volledig gemonteerde circuit eruit:

Circuit Montage

Na montage kun je de eindmontage in een metalen doos doen. Je kunt een audiojack en afgeschermde audiokabel gebruiken voor testproeven. De scherming (ground) verbind je met het metalen behuizing.

Eind Circuit Montage

Beperkingen van bijna elke ESR-meter

Beperkingen:

1. Als een condensator een interne kortsluiting heeft, misleiden de ESR-meter metingen je ertoe te denken dat het een lage ESR-waarde heeft.
2. De meter is niet de beste optie voor condensatoren onder 30 μF. Als de testcondensator te laag is, wordt de meetreactantiefrequentie significant, wat resulteert in een excessieve ESR.
3. Fouten kunnen ontstaan door lange testleidingen van de CUT. Omdat ESR een laag-bereik ohmmeter is.

Afsluiting

Een ESR-meter bouwen is een leuk en eenvoudig project. Het beste: je kunt het bereiken met veelvoorkomende onderdelen in een elektronicalab. De ESR-meter is het go-to instrument voor elektronica-reparatietechnici, hobbyisten, ontwerpers en ingenieurs.

ESR is een belangrijk kenmerk van condensatoren groter dan 1 μF. Je hebt de ESR-tester nodig voor metingen die onmogelijk zijn met een standaard digitale capaciteitsmeter.

Dit was alles over ESR-meters en hoe je ze bouwt. Heb je vragen of suggesties? Neem contact op, we helpen je graag.