Измеритель эпс конденсаторов своими руками

Что такое ESR ?

«ESR» означает эквивалентное последовательное сопротивление.ESR одна из характеристик, определяющих производительность электролитического конденсатора. Поэтому низкое значение ESR очень желательно для конденсатора, поскольку любая пульсация тока через конденсатор вызывает нагрев конденсатора из-за потерь сопротивления.

Этот нагрев ускоряет выход конденсатора из строя за счет высыхания электролита со все возрастающей скоростью. В течение срока службы конденсатора нередко увеличивается ESR в 10–30 раз или даже возникает разрыв цепи. Типичный срок службы электролитов составляет 2000-15000 часов и очень зависит от температуры окружающей среды.

По мере увеличения ESR фильтрующая способность конденсатора ухудшается, и в конечном итоге схема перестает работать правильно.

Неисправность электролитических конденсаторов чаще всего является причиной дефектов в радиоэлектронных аппаратах. При этом ёмкостный показатель неисправного конденсатора может совсем немного отличаться от его нормального значения, а ЭПС быть больше. Поэтому зачастую найти поломку в электролитическом конденсаторе с помощью измерителя ёмкости бывает крайне сложно.

В связи с этим именно увеличенный показатель ЭПС является единственным признаком ненормальной работы конденсатора в радиоаппаратуре.

В поиске увеличенного значения ЭПС может помочь специальный прибор, который называется ESR (ЭПС)-метр. Его можно сделать самостоятельно.

Этот прибор измеряет сопротивление, которое выдаёт конденсатор при частоте в 100 кГц.

Плюсом этого прибора является то, что он не требует абсолютной точности в измерениях, ведь показатель ЭПС дефектного конденсатора обычно в разы превышает установленную норму.

Конструирование.

 Создание ESR (ЭПС)-метр должно начинаться с составления схемотехнического рисунка в системе LTspice. В результате которого получиться график, демонстрирующий отклонение стрелки амперметра в зависимости от показателя ЭПС.

По результатам схемотехнического рисунка, который был составлен ранее, можно спроектировать схему в программе OrCAD.

Известно, что в приборе установлено 9-вольтовое питание и регулятор напряжения, за основу которого берётся схема LM 7805. Также для прибора нужны транзисторные приёмники,  2N3904 (n-p-n) и 2N3906 (p-n-p). Ещё в приборе применимы диоды 1N5711 и измерительная головка с силой тока в 50 мкА.

Небольшое напряжение в конденсаторе, позволяет использовать устройство без его снятия.

В итоге получается разводка односторонней платы без перемычек. Для платы использовались чип-компоненты и проделывались отверстия для крепления деталей, которые позже нужно припаять.

Плата ESR

Плата изготавливается с помощью фоторезистора, ЛУТ или ЧПУ. Также проверьте непрерывность между дорожками, исключив короткое замыкание между любыми двумя дорожками.

Создания шкалы

Для создания шкалы ESR (ЭПС)-метр , необходимо произвести практические замеры, которые позже переносится в программу и распечатывается. После этого можно производить сборку всех компонентов.

Осторожно: перед измерением, убедитесь, что тестируемые конденсаторы разряжены.

 Орлов Александр, Москва.

Новости России Украины и мира

Измеритель esr

Измеритель esr

   Для проверки конденсаторов, решил собрать так называемый «измеритель ESR”. Ведь с испытанием диодов и резисторов проблем не возникает, а вот с конденсаторами сложнее. Как известно, ESR – это сокращение от Equivalent Serial Resistance, – означает «эквивалентное последовательное сопротивление”. Объясним проще.

В упрощенном виде электролитический конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного электролитом (отсюда и название электролитический).

Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус.

Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость. 

   В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, который находится в самом конденсаторе.

Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора”, что еще больше усиливает разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора – это «высыхание”, когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается.

Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением десяток Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения).

Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до пары Ом) на работе импульсных блоков питания. 

   Принцип работы данного измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе. 

•    Как известно, Xс=1/2πfC, где 
• Xс – емкостное сопротивление, Ом;f – частота, Герц;
• С – емкость, Фарад.

   Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ – 0,016 Ом и т.д.

В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за наличия паразитной индуктивности, но тут особая точность измерений не нужна.

Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (то есть ESR) задают именно на этой частоте. Схема измерителя ESR.

   На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2), буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4) и усилительный каскад на транзисторах. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и равна 100 кГц.

Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде включен микроамперметр, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2). Такое ее положение соответствует значению «бесконечность” измеряемого ESR.

Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом конденсаторе дефекта, в нем повышается значение ESR.

Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения «бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению «бесконечность” находится стрелка.

   Трансформатор наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм, вторичная – 200 витков ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Диод обязательно должен быть германиевым, например Д9, Д310, Д311, ГД507.

Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы измерителя в области измерения малых сопротивлений. Градуируют измеритель ESR с помощью нескольких резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, отмечают, где будет нулевая отметка шкалы.

Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими. Далее подключают два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и отмечают положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом.

Затем подключают резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и отмечают положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, так как электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом хотя и могут работать, но уже не долго:)

   В качестве корпуса для карманного измерителя ESR был использован нерабочий стрелочный тестер, купленный 5 лет назад за доллар. Благодаря удобной большой шкале, щупам и батареечному отсеку на две пальчиковые батарейки, он идеально подошёл для заданных целей.

   Форум по измерительным приборам

Простой способ выполнить долгое размешивание — использовать магнитную пластину и приспособление для перемешивания.

Делаем очень точный настольный сверлильный станок из мотора от дворников авто, со сверлением до 10 мм.

Создание ESR-метра своими руками: основные элементы устройства, настройка и калибровка

↑ Начало

Да, эта тема многократно обсуждалась, в том числе и здесь. Я собрал два варианта схемы Ludens и они очень хорошо себя зарекомендовали, тем не менее, у всех предлагаемых ранее вариантов есть недостатки.

Шкалы приборов со стрелочными индикаторами очень нелинейны и требуют для калибровки много низкоомных резисторов, эти шкалы надо рисовать и вставлять в головки. Приборные головки велики и тяжелы, хрупки, а корпуса малогабаритных пластмассовых индикаторов обычно запаяны и они часто имеют мелкую шкалу.

Слабым местом почти всех предыдущих конструкций является их низкая разрешающая способность. А для конденсаторов LowESR как раз надо измерять сотые доли Ома в диапазоне от нуля до половины Ома.

Предлагались также приборы на основе микроконтроллеров с цифровой шкалой, но не всякий занимается микроконтроллерами и их прошивками, устройство получается неоправданно сложным и относительно дорогим. Поэтому в журнале «Радио» сделали разумную рациональную схему — цифровой тестер есть у любого радиолюбителя, да и стоит он копейки.

Схемы

Схемы

  Как моментально очистить жало паяльника

Схемы

Найдено: 4,457 Вывод: 1-10

1. Генератор с независимой регулировкой ширины и частоты импульсов
   • Схемы Генераторы Texas Instruments LM555
   • Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Davinder Oberoi EDN Автоколебательный мультивибратор является популярным источником прямоугольных импульсов, полезным для многих приложений, таких как схемы синхронизации и звуковые извещатели. Один из наиболее …
   • Generator has independent pulse width, frequency
   • Davinder Oberoi EDN A common circuit in electronics is the square-wave, astable multivibrator (one-shot), which is useful for various purposes, such as timing circuits and audible alarms. The most common way to generate the desired square wave is …
   • 20-04-2020
2. Монитор токового шунта в положительном полюсе нагрузки уменьшает ошибку
   1. Схемы Измерения ·
   2. Питание Analog Devices AD8603
   3. Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Marián Štofka EDN Схема на Рисунке 1 является альтернативой монитору токового шунта, описанному в предыдущей статье [ 1 ]. В той схеме использовалась микросхема AD8212 компании Analog Devices с внешним …
   4. High-side current-shunt monitor offers reduced error

   Marián Štofka EDN The circuit in Figure 1 is an alternative to a high-side current monitor in a recent Design Idea (Reference 1). That monitor uses the Analog Devices AD8212 and an external high-voltage bipolar PNP transistor. The …

   20-04-2020

3. Оптоэлектронный реверсивный канал передачи данных

   Схемы Интерфейсы Broadcom HCPL-181

   Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Михаил Шустов, г. Томск Предложены варианты схем реализации оптоэлектронных реверсивных каналов передачи цифровой и аналоговой информации Реверсивные каналы передачи данных позволяют производить передачу аналоговой …

     Правила заточки ленточных пил в домашних условиях

   19-04-2020

4. Схема простого FSK модулятора
   • Схемы Цифровые ON Semiconductor NL27WZ14
   • Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Shyam Tiwari EDN При необходимости создания компактной телеметрической системы возникает проблема разработки небольшого легкого устройства с минимальным числом компонентов. Сопряжение с последовательными данными из …
   • Circuit makes simple FSK modulator
   • by Shyam Tiwari EDN The need for a compact telemetry system poses a challenge for designing a small, light, low-component-count system. Interfacing serial data from the microprocessor is also difficult because most low-cost RF transmitters do not …
   • 18-04-2020

1. Делаем высокочувствительный детектор электромагнитного поля
   1. Схемы Arduino ·
   2. Измерения· Начинающим
   3. ·

   Применение микроконтроллеров

Mirko Pavleski Arduino.cc Простой в сборке, но высокочувствительный, детектор электромагнитного поля на Arduino Это простое устройство способно обнаруживать даже очень слабые электромагнитные поля. Относительная напряженность поля отображается в …

DIY Ultra Sensitive EMF Detector

Mirko Pavleski Arduino.cc A simple to build, but very sensitive electromagnetic field detector. This is a simple device capable of detecting very weak electromagnetic fields (Figure 1). The relative field intensity is displayed on the LCD display …

18-04-2020

Монитор токового шунта компенсирует ошибки

• Схемы Аналоговая схемотехника ·
• Измерения Analog Devices AD8212
• Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Chau Tran и Paul Mullins, Analog Devices EDN Иногда бывает необходимо измерить токи нагрузки до 5 А при наличии синфазного напряжения, достигающего 500 В. Для этого можно воспользоваться высоковольтным монитором …

  электротехника, электроника. самостоятельные расчеты

1. Current monitor compensates for errors
2. Chau Tran and Paul Mullins, Analog Devices EDN You sometimes need to measure load currents as large as 5 A in the presence of a common-mode voltage as high as 500 V. To do so, you can use Analog Devices’ AD8212 high-voltage current-shunt …
3. 17-04-2020

Силовой модуль 20 А/40 В для управления бесколлекторными электродвигателями

Схемы Силовая электроника ON Semiconductor STK984-090A

Rajkumar Sharma Electronics-lab.com Проект, рассмотренный в статье, выполнен на микросхеме STK984-090A компании ON Semiconductor, которая представляет собой интегральный инвертор с номинальным током 20 А и напряжением питания до 40 В (Рисунок 1). …

20A/40V Integrated Power Module for DC Brushless Motors (BLDC)

Сборка своими руками LCR-метра XJW01 и замена предыдущей модели C-ESR измерителя

↑ Начало

Да, эта тема многократно обсуждалась, в том числе и здесь. Я собрал два варианта схемы Ludens и они очень хорошо себя зарекомендовали, тем не менее, у всех предлагаемых ранее вариантов есть недостатки.

Шкалы приборов со стрелочными индикаторами очень нелинейны и требуют для калибровки много низкоомных резисторов, эти шкалы надо рисовать и вставлять в головки. Приборные головки велики и тяжелы, хрупки, а корпуса малогабаритных пластмассовых индикаторов обычно запаяны и они часто имеют мелкую шкалу.

Слабым местом почти всех предыдущих конструкций является их низкая разрешающая способность. А для конденсаторов LowESR как раз надо измерять сотые доли Ома в диапазоне от нуля до половины Ома.

Предлагались также приборы на основе микроконтроллеров с цифровой шкалой, но не всякий занимается микроконтроллерами и их прошивками, устройство получается неоправданно сложным и относительно дорогим. Поэтому в журнале «Радио» сделали разумную рациональную схему — цифровой тестер есть у любого радиолюбителя, да и стоит он копейки.

Схемы

• Схемы
• Схемы
• Найдено: 4,459 Вывод: 1-10

1. Мощный понижающий DC-DC преобразователь 5 В/7 А с широким диапазоном входного напряжения

   Схемы Питание Texas Instruments LM5116

   Rajkumar Sharma electronics-lab.com В статье мы рассмотрим конструкцию модуля, представляющего собой мощный неизолированный понижающий DC-DC преобразователь с выходным напряжением 5 В и выходным током до 7 А (Рисунок 1). Основные отличительные …

   50V to 5V/7A Synchronous Buck (Step-down) Converter

   Rajkumar Sharma electronics-lab.com This module is a non-isolated 7 A DC-DC converter. The module can convert any DC voltage between 7 V to 50 V to a 5 V DC with load current up to 7 A (Figure 1). The project has been designed around LM5116 Wide …

   30-04-2020

2. Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino своими руками
   1. Схемы Arduino ·
   2. Измерения MCP3422 LT3092 ULN2003
   3. У каждого радиолюбителя, инженера, разработчика есть различного рода измерительные приборы. Это могут быть как сложные многофункциональные приборы промышленного изготовления, так и простые вольтметры, амперметры, измерители емкости аккумуляторов, …
   4. Arduino based Milliohm Meter with LCD display

   Emmanuel Odunlade electronics-lab.com One of the best things about being a maker is the ability to make your own tools. We have covered the development of several electronics tools in past, from voltmeters to battery testers. For today’s …

   24-04-2020

3. Генератор с независимой регулировкой ширины и частоты импульсов

   Схемы Генераторы Texas Instruments LM555

   Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Davinder Oberoi EDN Автоколебательный мультивибратор является популярным источником прямоугольных импульсов, полезным для многих приложений, таких как схемы синхронизации и звуковые извещатели. Один из наиболее …

     Измельчитель из болгарки своими руками

   • Generator has independent pulse width, frequency
   • Davinder Oberoi EDN A common circuit in electronics is the square-wave, astable multivibrator (one-shot), which is useful for various purposes, such as timing circuits and audible alarms. The most common way to generate the desired square wave is …
   • 20-04-2020
4. Монитор токового шунта в положительном полюсе нагрузки уменьшает ошибку
   1. Схемы Измерения ·
   2. Питание Analog Devices AD8603
   3. Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Marián Štofka EDN Схема на Рисунке 1 является альтернативой монитору токового шунта, описанному в предыдущей статье [ 1 ]. В той схеме использовалась микросхема AD8212 компании Analog Devices с внешним …
   4. High-side current-shunt monitor offers reduced error

   Marián Štofka EDN The circuit in Figure 1 is an alternative to a high-side current monitor in a recent Design Idea (Reference 1). That monitor uses the Analog Devices AD8212 and an external high-voltage bipolar PNP transistor. The …

   20-04-2020

1. Оптоэлектронный реверсивный канал передачи данных
   • Схемы Интерфейсы Broadcom HCPL-181
   • Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Михаил Шустов, г. Томск Предложены варианты схем реализации оптоэлектронных реверсивных каналов передачи цифровой и аналоговой информации Реверсивные каналы передачи данных позволяют производить передачу аналоговой …
   • 19-04-2020
2. Схема простого FSK модулятора
   1. Схемы Цифровые ON Semiconductor NL27WZ14
   2. Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Shyam Tiwari EDN При необходимости создания компактной телеметрической системы возникает проблема разработки небольшого легкого устройства с минимальным числом компонентов. Сопряжение с последовательными данными из …
   3. Circuit makes simple FSK modulator

     Как правильно заряжать новые мизинчиковые аккумуляторы

   by Shyam Tiwari EDN The need for a compact telemetry system poses a challenge for designing a small, light, low-component-count system. Interfacing serial data from the microprocessor is also difficult because most low-cost RF transmitters do not …

   18-04-2020

3. Делаем высокочувствительный детектор электромагнитного поля
   • Схемы Arduino ·
   • Измерения· Начинающим
   • ·

   Применение микроконтроллеров

Mirko Pavleski Arduino.cc Простой в сборке, но высокочувствительный, детектор электромагнитного поля на Arduino Это простое устройство способно обнаруживать даже очень слабые электромагнитные поля. Относительная напряженность поля отображается в …

DIY Ultra Sensitive EMF Detector

Mirko Pavleski Arduino.cc A simple to build, but very sensitive electromagnetic field detector. This is a simple device capable of detecting very weak electromagnetic fields (Figure 1). The relative field intensity is displayed on the LCD display …

18-04-2020

Монитор токового шунта компенсирует ошибки

1. Схемы Аналоговая схемотехника ·
2. Измерения Analog Devices AD8212
3. Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020 Chau Tran и Paul Mullins, Analog Devices EDN Иногда бывает необходимо измерить токи нагрузки до 5 А при наличии синфазного напряжения, достигающего 500 В. Для этого можно воспользоваться высоковольтным монитором …
4. Current monitor compensates for errors
5. Chau Tran and Paul Mullins, Analog Devices EDN You sometimes need to measure load currents as large as 5 A in the presence of a common-mode voltage as high as 500 V. To do so, you can use Analog Devices’ AD8212 high-voltage current-shunt …
6. 17-04-2020

Силовой модуль 20 А/40 В для управления бесколлекторными электродвигателями

Схемы Силовая электроника ON Semiconductor STK984-090A

Rajkumar Sharma Electronics-lab.com Проект, рассмотренный в статье, выполнен на микросхеме STK984-090A компании ON Semiconductor, которая представляет собой интегральный инвертор с номинальным током 20 А и напряжением питания до 40 В (Рисунок 1). …

20A/40V Integrated Power Module for DC Brushless Motors (BLDC)

Измеритель емкости и ЕСР конденсаторов на микроконтроллере attiny2313

ESR метр своими руками. Есть широкий перечень поломок аппаратуры, причиной которых как раз является электролитический конденсатор.

Главный фактор неисправности электролитических конденсаторов, это знакомое всем радиолюбителям «высыхание», которое возникает по причине плохой герметизации корпуса.

В данном случае увеличивается его емкостное или, иначе говоря, реактивное сопротивление в следствии уменьшения его номинальной емкости.

Помимо этого, в ходе работы в нем проходят электрохимические реакции, которые разъедают точки соединения выводов с обкладками.

Контакт ухудшается, в итоге образуется «контактное сопротивление», доходящее иногда до нескольких десятков Ом.

Это точно также, если к исправному конденсатору последовательно подключить резистор, и к тому же этот резистор размещен внутри него. Такое сопротивление еще именуют «эквивалентное последовательное сопротивление» или же ESR.

Существование последовательного сопротивления отрицательно влияет на работу электронных устройств, искажая работу конденсаторов в схеме. Чрезвычайно сильное влияние оказывает повышенное ESR (порядка 3…5 Ом) на работоспособность импульсных источников питания, приводя к сгоранию дорогих микросхем и транзисторов.

Ниже в таблице приведены средние величины ESR (в миллиоммах) для новых конденсаторов различной емкости в зависимости от напряжения, на которое они рассчитаны.

  Управляемые выпрямители на тиристорах

• Держатель для платы
• Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…
• Подробнее

Не секрет, что реактивное сопротивление уменьшается с повышением частоты.

К примеру, при частоте 100кГц и емкости 10мкФ емкостная составляющая будет не более 0,2 Ом. Замеряя падение переменного напряжения имеющего частоту 100 кГц и выше, можно полагать, что при погрешности в районе 10…20% итогом замера будет активное сопротивление конденсатора.

Поэтому совсем не сложно собрать ESR метр конденсаторов своими руками.

Описание ESR метра для конденсаторов

Генератор импульсов, имеющий частоту 120кГц, собран на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Частота генератора определяется RC-цепью на элементах R1 и C1.

Для согласования введен элемент DD1.3. Для увеличения мощности импульсов с генератора в схему введены элементы DD1.4…DD1.6. Далее сигнал проходит через делитель напряжения на резисторах R2 и R3 и поступает на исследуемый конденсатор Сх.

Блок измерения переменного напряжения содержит диоды VD1 и VD2 и мультиметр, в качестве измерителя напряжения, к примеру, М838. Мультиметр необходимо перевести в режим измерения постоянного напряжения.

Подстройку ESR метра осуществляют путем изменения величины R2.

Микросхему DD1 — К561ЛН2 можно поменять на К1561ЛН2. Диоды VD1 и VD2 германиевые, возможно использовать Д9, ГД507, Д18.

Радиодетали ESR метра расположены на печатной плате, которую можно изготовить своими руками. Конструктивно устройство выполнено в одном корпусе с элементом питания.

Щуп Х1 выполнен в виде шила и прикреплен к корпусу устройства, щуп X2 – провод не более 10 см в длину на конце которого игла.

Проверка конденсаторов возможна прямо на плате, выпаивать их не обязательно, что существенно облегчает поиск неисправного конденсатора во время ремонта.

Цифровой измеритель ЭПС на микроконтроллере ATMega8

Общая информация

С момента изготовления стрелочного измерителя ЭПС прошло более двух лет. В течение этого вре­мени прибор постоянно эксплуатировался при ремонте различной техники и показал хорошие ре­зультаты. Помимо прочего, радует экономичность: установленный элемент питания работает до сих пор. Накопилась и некоторая статистическая информация:

• основная масса измерений приходится на диапазон сопротивлений 0…1 Ом. Большие зна­чения либо не имеют смысла для конденсаторов ёмкостью более нескольких микрофарад, либо нужны просто для справки;
• хотя длинная шкала прибора позволяет без труда определять сопротивления от 0,1 Ома, возможность измерения в пределах от 0 до 0,1 Ома с шагом 0,01 Ом представляется более полезной, не­жели измерение сопротивлений более 10 Ом;
• полностью подтвердилась мысль о том, что для ремонтных работ совершенно безраз­личны размерность и соответствие истинному значению ЭПС, поскольку выводы делаются исключи­тельно сравнительным способом. Достаточно чтобы измеритель просто обнаруживал разницу сопро­тивлений в требуемом диапазоне. Поэтому шкалу миллиамперметра можно было и не градуировать.

1. Тем не менее, практика показала, что несмотря на простоту изготовления, надёжность, экономич­ность, многих отпугивает суровый вид стрелочного индикатора эпохи расцвета тоталитарно-тёплого лампового звука. Поразмыслив, автор поддался течению и заменил взывающую к совести стрелку на мирские блага микроконтроллера:
2. Рис. 1
3. Не секрет, однако, что все блага имеют свою цену, которая неизбежно компенсирует иллюзорное представление о прекрасном.

  Как расплавить столовое серебро

За основу измерения положен тот же принцип, что и в стрелочном измерителе. Поскольку основ­ной диапазон измерения теперь принят от 0 до 1 Ома (т.е. сдвинут в область малых значений), а полная кратность измеряемого сопротивления составляет 1000, становится ясно, что десять разрядов АЦП мик­роконтроллера ATmega8 хватит впритык.

Основные характеристики:

• диапазон измеряемых сопротивлений 0,01…9,9 Ом;
• возможность коррекции и сохранения нулевых показаний;
• питание 9 Вольт, от батареи 6LR61 («Крона») щелочного типа;
• индикация напряжения батареи после включения в течение двух секунд.

Измеритель собран в корпусе от USB модема D-Link:

Рис. 2 Размеры корпуса позволили использовать безымянный сегментный индикатор типа 2 1/2 разряда, без десятичных точек, высота символов 11 мм. Подобные индикаторы когда-то устанавливали на передние панели системных блоков.

Рис. 3

Следует учесть, что символ единицы в данном индикаторе загорается сразу целиком, а аноды его сегментов объёдинены с анодами предыдущего разряда. При повторении конструкции можно использо­вать любые индикаторы с общим анодом и соответствующим объединением указанных сегментов.

Выбор индикатора привёл к характерным извращениям при отображении информации:

• десятичная точка выполнена в виде углубления залитого белой краской на передней па­нели (рис. 1);
• величины от 0,1 до 9,9 (Ом или Вольт) отображаются «как есть», без гашения нуля в стар­шем разряде. При этом сотые доли не выводятся;
• величины менее 0,1 Ома отображаются с гашением нулей в старших разрядах. Выводится только значение сотой доли Ома.

• Возможные варианты индикации показаны на рис. 4:
• Рис. 4
• Реализация прибора

Преобразователем эквивалентного сопротивления в напряжение служит генератор на транзи­сторе VT1. Измеряемое ЭПС конденсатора уменьшает добротность контура C1, C2, L1, в резуль­тате чего амплитуда колебаний снижается. Сигнал с генератора подается на АЦП микроконтроллера и после необходимой обработки выводится на индикатор.

  Электроды по нержавейки

Измерение сопротивления в диапазоне сотых долей Ома сопряжено с определёнными трудно­стями. Начинают сказываться такие явления, как шум АЦП, «дрожание» амплитуды генератора, неста­бильность питающего напряжения, температурный дрейф и т.д.

Всё вместе это выливается в две составляющие:

• шум, т.е. кратковременные случайные изменения показаний;
• дрейф, т.е. относительно медленное и, как правило, однозначное изменение показаний, свя­занных в основном с из­ме­не­нием температуры и питающего напряжения.

Шум достаточно эффективно устраняется программным способом. Так, при измерении сопротивле­ний от 0,01 до 0,09 Ом или обнулении могут наблюдаться нечастые изменения показаний на 1 единицу. Дрейф и все начальные смещения приходится устранять путём компенсации те­кущего значения. Для оперативного обнуления показаний на переднюю панель выведена кнопка S2.

Следует отметить, что подобные сложности возникли из-за довольно большого, для такой про­стой схемы, диапазона измеряемых сопротивлений. Но любая разработка — это всегда поиск оптималь­ного решения, которого невозможно достичь без компромиссного подхода.

1. Принципиальная схема измерителя приведена на рис. 5:
2. Рис. 5
3. Напряжение питания измеряется по линии CPWR.

Одноимённые катоды индикатора HG1 соединены. На схеме через точку показаны номера выво­дов для используемого автором индикатора. При этом слева даны номера выводов старшего разряда. Например: 11 — вывод катода сегмента «A» младшего разряда, 16 — вывод катода сегмента «A» старшего разряда. Номер вывода зажигающего единицу — 9.

Технологическая перемычка J1 устанавливается во время наладки прибора и блокирует чтение из EEPROM сохранённого смещения. При этом после включения питания в ОЗУ пишется фиксированное значение смещения, необходимое для задания правильного режима работы генератора.

Наладка прибора

Для налаживания, кроме обычного мультиметра, желательно иметь осциллограф и лабораторный источник питания. Вся работа ограничивается, в основном, проверкой сигналов в разных точках.

Перед подачей питающего напряжения + 9 В следует выставить резистор R6 в нижнее по схеме положе­ние и замкнуть пайкой выводы Cx. Микроконтроллер вставлять не нужно.

• Проверить наличие напряжения питания +5 В на выходе стабилизатора, коллекторе транзистора и выводах панельки микроконтроллера.
• Установив щуп осциллографа на 23 выводе панельки, убедиться в наличии сигнала подобного вида:
• Рис. 6

Частота генерируемых колебаний должна быть около 30 кГц. Вращая резистор R6 убедиться, что амплитудное значение сигнала может достигать 4,5 Вольт.

Если этого не происходит, скорее всего, низка добротность катушки L1 (применён неподходящий материал сердечника). После этого установить амплитуду сигнала 3,5 Вольт.

Указанная на рисунке амплитуда получится после того, как вращением R6 будут выставлены нулевые показания индикатора.

Проверить сигнал измерения питающего напряжения на 24 выводе панельки. Он должен быть ра­вен половине напряжения питания.

Замыкая перемычками выводы 9, 10 панельки на +5 В, а выводы порта PD на землю, убедиться в правильной распайке индикатора HG1. Буквенное обозначение сегментов индикатора:

Рис. 7

Вставить запрограммированный контроллер в панельку и установить перемычку J1. Подать пита­ние и наблюдать за отображением величины питающего напряжения на индикаторе. Оно должно сов­падать с истинным до десятых долей вольта.

Через две секунды будет отображаться измеренное сопротивление. Кнопку S2 не нажимать. Враще­нием резистора R6 необходимо добиться показаний индикатора в границах 0,01…0,09 Ом. После этого резистор трогать не следует.

Нажимая на кнопку S2 убедиться в том, что показания обнуляются.

  Cтыковка арматуры в нахлест

Снять перемычку J1 и убедиться, что сохранённое смещение восстанавливается после выключе­ния питания.

Разомкнуть выводы Cx и убедиться, что показания индикатора соответствуют режиму «Зашкал» (см. рис. 4).

1. Наладка прибора закончена.
2. Работа с измерителем
3. Последовательность действий классическая:

• включаем питание;
• с некоторым усилием замыкаем щупы;
• ждём 3 секунды;
• нажимаем и отпускаем кнопку >00< при разомкнутых щупах — показания с «зашкала» изменятся на нулевые. Поскольку отрицательные значения прибор не показывает, нуль будет теперь при любом сопротивлении между щупами. Возврат показаний «на место» производится обычным способом — через замыкание щупов с последующим нажатием кнопки обнуления. Главное при этом — выждать время между замыканием щупов и нажатием кнопки, не менее 3 секунд.Работа при разряженной батарее. Для нормальной работы стабилизатора DA1 входное напряжение должно быть не меньше 6,5 Вольт. В противном случае напряжение на выходе снижается. Помимо прочего, это влияет на точность измерения питающего напряжения — показания становятся завышенными. Однако спутать такой режим с нормальным нельзя по двум причинам:
  • яркость свечения индикатора явно занижена;
  • во время отображения питающего напряжения показания не уменьшаются, а наоборот — увеличиваются, чего при нормальной работе быть никак не может.

  Конструктивное оформление

  В авторском варианте вся конструкция собрана на печатной плате из односторонне фоль­ги­ро­ван­ного стеклотекстолита. Посадочные размеры сняты с оригинальной платы модема D-link. Для индикатора HG1 предусмотрена выемка по переднему краю платы.

  Рис. 8

  Нижние выводы индикатора (с 1 по 9) припаиваются непосредственно к контактным площадкам. Так обеспечивается механическое крепление индикатора. Весь остальной монтаж выполнен перемыч­ками из одножильного провода в ПВХ изоляции. До установки индикатора следует запаять:

  • 3 перемычки в отверстия на плате (соединяют выводы 1-5, 2-6, 3-8);
  • 3 перемычки непосредственно на индикаторе (соединяют 11-16, 10-15, 12-18);
  • 7 отводов с выводов 11, 12, 13, 14, 15 и 17 (2 шт), которые после установки индикатора впаи­вают в соответствующие отверстия платы.

  Номиналы элементов колебательного контура C1, С2, L1, R3 должны быть точно такими, как ука­зано на принципиальной схеме. Конденсаторы — плёночные К73-17.

  Катушка L1 намотана на кольце К10х4х2 из феррита марки М2000НМ и содержит 22 витка про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Не следует брать внешне похожие кольца от распространённых сейчас элек­тронных трансформаторов, дросселей, балластов энергосберегающих ламп. Индуктивность будет в норме, зато добротность такой катушки оказывается значительно ниже.

  Дроссель L2 — SMD, подойдут типоразмеры 1812, 2220, 2525.

  Конденсаторы C5, C6, C9 — танталовые, SMD, тип корпуса А или B; C4, C7, C8 — керамические, ти­поразмер 0805.

  Все постоянные резисторы — выводные, 0.125 или 0.25 Вт; впрочем, за исключением резистора R3, конфигурация контактных площадок позволяет установить и SMD резисторы типоразмеров 0805 или 1206.

  • Переменный резистор R6 — 3006P-1-501, 500 Ом.
  • Диоды VD1, VD2 устанавливают «как один», спаяв выводы средней точки между собой.
  • До установки панельки под микроконтроллер необходимо запаять одну перемычку.

  Во время прошивки микроконтроллера DD1 следует запрограммировать (т.е. установить = «0») сле­дующие фьюзы:

  CKSEL0	= 0
  CKSEL1	= 0
  CKSEL3	= 0
  SUT0	= 0
  SPIEN	= 0

  1. Схема соединения программатора и контроллера показана на рис. 9:
  2. Рис. 9
  3. Нумерация выводов программатора использована авторская, нестандартная.

  На плате измерителя отсутствует разъём для внутрисхемного программирования. Для отладки про­граммы к указанным на рис. 9 выводам МК был временно припаян шлейф с разъёмом под программатор. При повторении конструкции можно поступить аналогично. Если МК новый или у него не отключено так­тирование от собственного RC генератора, сигнал 1 МГц не используется.

  Батарейный отсек согнут из полоски нержавеющей стали. К полосе снаружи отсека припаива­ются короткие отрезки одножильного провода. На печатной плате имеются 4 контактные площадки, к ним и припаивается вся конструкция.

  Рис. 10

  Кнопка S2 изначально была выключателем типа SPA-101A1, как S1. Чтобы устранить защёлкивание, нужно отвин­тить хвостовую часть выключателя, вынуть контактную шайбу с пружинами и толкателем. Вместо пружины, что находится ближе к лицевой части кнопки, нужно поставить отрезок ПВХ трубки. Длину подобрать экспериментально так, чтобы не происходило срабатывания механизма.

  Собранная конструкция выглядит следующим образом:

  Рис. 11

  Документация по измерителю находится в архиве Esr_m8 (см. файлы к статье). Содержимое ар­хива:

  Esr_m8.hex	прошивка микроконтроллера измерителя ЭПС
  1. Схема.pdf	принципиальная схема измерителя
  2. Нижняя сторона ПП (ЛУТ).pdf	3 копии рисунка печатной платы для ла­зерно-утюж­ной тех­нологии изготовления ПП
  3. Сборочный чертёж.pdf	расположение компонентов на печатной плате + располо­жение SMD компонентов со стороны дорожек + рисунок дорожек (вид «сквозь плату»)

  Рисунок платы дан в формате *.pdf, после печати на принтере следует проконтролиро­вать габарит­ные размеры платы. Точные цифры указаны на сборочном чертеже. Пра­вильные размеры при печати из Adobe Reader получаются при отключении масштабирования и т.п.

  Олег Иванов