Praktická elektronika

A Radio

- 02/2003

20

Co je ESR ?

ESR – ekvivalentní sériový odpor

je souèet všech vnitøních odporù kon-

denzátoru zmìøený v ohmech. Hodno-

ta ESR závisí na konstrukci konden-

zátoru, kvalitì dielektrika, kmitoètu a

teplotì. Lze si jej pøedstavit jako séri-

ové spojení ideálního kondenzátoru se

sériovým rezistorem R

s

o odporu od-

povídajícím hodnotì ESR.

fC

X

C

π

2

1

=

Obr. 1. Ekvivalentní sériový odpor

kondenzátoru

Pro nás je zajímavé hlavnì to, že

zmìna vlastností kondenzátoru zpù-

sobená stárnutím a vysycháním se

nejdøíve projeví na hodnotì ESR. Ži-

votnost elektrolytických kondenzáto-

rù se totiž velmi výraznì zkracuje se

zvyšující teplotou. Ta se nezvyšuje jen

ohøevem od okolí, ale i ztrátami pøi

prùchodu velkého støídavého proudu.

ESR se musí mìøit støídavým prou-

dem s vyšším kmitoètem, vìtšinou ko-

lem 100 KHz. Bìžnými pøístroji pro

mìøení kapacity kondenzátorù se

nedá zmìøit, a málokdy lze ESR mì-

øit pøímo v zapojení. Pouhé zmìøení

kapacity nemusí dávat dobré výsled-

ky, protože velmi záleží na použité

mìøicí metodì.

Základní technické parametry

Rozsah mìøení:

0,1 až 300

Ω

,

tj. 0,1 až 10 000 µF.

Max. mìøicí napìtí:

150 mV.

Mìøicí kmitoèet:

100 kHz.

Zobrazení:

8 + 1 LED.

Napájení:

baterie 9 V.

Spotøeba:

asi 6 mA.

Rozmìry:

67 x 115 x 28 mm.

Požadavky

Pøi konstrukci pøístroje jsem si sta-

novil základní požadavky, které by mìl

pøístroj splòovat:

Jednoduchá a pøehledná indikace

namìøeného údaje – u nìkterých pu-

blikovaných konstrukcí byla použita

indikace pouze jednou LED. Pro vel-

ký rozsah mìøených kapacit a správ-

né posouzení stupnì jejich poškození

je jednoúrovòová indikace nedostateè-

ná. V této aplikaci není nutná velká

pøesnost mìøení, ale spíše jednodu-

chá pøehledná indikace údaje v dosti

velkém rozsahu bez pøepínání rozsa-

hù. Proto bylo zvoleno øešení se

stupnicí LED. Ruèkový mìøicí s loga-

ritmickou stupnicí by také vyhovìl, ale

z dùvodù malé mechanické odolnosti

je nevhodný.

Indikace zkratu – aby nedocházelo

k omylu pøi mìøení, mìl by tester do-

kázat rozlišit malý stejnosmìrný od-

por (zkrat, vodiè) od kondenzátoru.

Automatické vypnutí pøi neèinnos-

ti – z vlastní zkušenosti pøi používání

jiných pøístrojù napø. multimetrù je tato

funkce velmi dùležitá.

Popis zapojení

Na první pohled by se mohlo zdát,

že by pøístroj mohl být zkonstruován

z bìžných analogových souèástek.

Pøesto byl k jeho realizaci použit mi-

kroprocesor. Jedná se o typ Atmel

Atiny15, který obsahuje vše potøebné

pro realizaci pøístroje vèetnì pøevod-

níku AD. Zejména èást detekce zkra-

tu a automatické vypnutí by bìžnou

konstrukci dosti komplikovala.

Program v procesoru IO1 nejprve

vygeneruje impuls na vývodu 7. Ten

je proudovì zesílen tranzistorem T1.

Pøesná velikost proudu (kalibrace) se

nastavuje trimrem P1. Velikost impul-

su je zapamatována obvodem „sam-

ple and hold“ tvoøeném diskrétními

souèástkami T2 a C2. Pøi vývoji vzor-

Tester kondenzátorù –

– mìøiè ESR

Miloš Zajíc

Každý opraváø potvrdí, že jednou z nejèastìjších závad spotøeb-

ní elektroniky jsou vadné elektrolytické kondenzátory. Mìøièem ESR

je lze snadno a rychle najít bez vypájení.

Obr. 2. Schéma zapojení mìøièe ESR

21

Praktická elektronika

A Radio

- 02/2003

ku se ukázalo, že na místì spínaèe

lépe vyhoví bìžný bipolární tranzistor

v inverzním režimu než MOSFET.

Pøedpokladem jsou vhodné budící

obvody (R3, C1). Napìtí na C2 je

zmìøeno AD pøevodníkem v proceso-

ru, jsou provedeny korekce, filtrace a

výsledek je zobrazen na displeji

z LED. U malých odporù (<0,5

Ω

) se

provádí ještì test na zkrat. Konden-

zátor se nabíjí konstantním proudem

a sleduje se, zda se napìtí na kon-

denzátoru zvìtšuje. Pokud je stále

stejné, nejde o kondenzátor a je indi-

kován zkrat. Vzhledem k tomu, že po-

užitý procesor nemá vývodù nazbyt,

bylo použito pro øízení LED budièe

IO2. Informace o stavu výstupù se

z procesoru pøenáší sériovì. Šíøkou

impulsu se urèí, zda se zapisuje lo-

gická „0“ nebo „1“. Takto pøipojení LED

zabírá pouze jeden vývod procesoru.

Výstupy IO2 pøímo budí LED s malou

spotøebou a jejich proud je omezen

rezistorem R8.

Poslední èástí jsou obvody napá-

jení. Tranzistor T4 slouží jako hlavní

spínaè napájení. Následuje stabilizá-

tor IO3. Jde o typ s malou vlastní spo-

tøebou a malým úbytkem. Bìžný

78L05 má klidovou spotøebu asi 3 mA,

což je více jak polovina spotøeby ce-

lého pøístroje. Malý úbytek na stabili-

zátoru zajišuje, že pøístroj pracuje

beze zmìn až do poklesu napìtí ba-

terie na 5,3 V. Pøístroj se zapíná tla-

èítkem TL1. Jeho stiskem se pøes D3

sepne hlavní spínaè T4 a potom si již

sám procesor drží zapnuté napájení

pomocí T3. Pokud se nemìøí, pøístro-

je se sám asi po 1 minutì vypne.

Souèástky D1,D2,R4 slouží jako

ochranné. Pøesto radìji kondenzátor

pøed mìøením vybijeme.

Stavba

Osazování zaèneme jednou dráto-

vou propojkou na desce. Potom po-

stupnì osazujeme souèástky od nej-

nižší po nejvyšší. Procesor IO2 je

osazen v objímce. Zatím neosazuje-

me LED a TL1. Svítivé diody nasadí-

me do desky a desku vložíme do vy-

vrtané krabièky. Po usazení LED do

dìr v krabièce je zapájíme. Obdobnì

i tlaèítko. Tím zajistíme, že vše bude

perfektnì pasovat.

Pøipájíme konektor pro baterii 9 V

a nakonec pøipojíme dvìma krátkými

vodièi vstupní zdíøky. Zdíøky lze také

vynechat a vodièe od mìøicích hrotù

zapájet pøímo do desky. Smyèkou drá-

tu je pøichytíme na kraji desky proti

vytržení. Koneènou montហprovede-

me až po oživení. Mìøicí vodièe by

mìly mít dostateèný prùøez a délku

nejvýše 1 m. Stejnosmìrný odpor

obou vodièù by mìl být menší jak

0,1

Ω

. Je nutno si uvìdomit, že mìøí-

me dosti malé odpory.

Mechanická konstrukce

Pøístroj je umístìn v krabièce

KP20. Pokud nemáme krabièku již

hotovou, je nutné provést tyto úpra-

vy. Nejprve musíme z vrchního dílu

odstranit ètyøi nízké nálitky. Jde to

dobøe štípacími kleštìmi s ostøím kol-

mo k rukovìti. Pøes štítek si jehlou

oznaèíme na èelním panelu støedy dìr

a vyvrtáme je – 9x

Ø

3 mm pro LED a

1x

Ø

3,3 mm pro tlaèítko. V horním

boku vyvrtáme díry pro dvì zdíøky

(2x 8 mm). Pokud nepoužijeme zdíø-

ky, bude zde pouze jeden otvor

s prùmìrem gumové prùchodky, kte-

rou použijeme pro prùchod mìøicích

vodièù. Ve spodním dílu krabièky

je nutno snížit spojovací sloupky

o tloušku desky s plošnými spoji, tj.

asi o 1,5 mm. Nakonec pøilepíme èel-

ní štítek.

Oživení

Zapojení je velmi jednoduché a pøi

peèlivé práci bude fungovat okamži-

tì. Pøesto pøed prvním zapnutím vy-

jmeme procesor. Zdroj nastavíme na

omezení asi 50 mA a postupnì zvìt-

šujeme napìtí až asi na 7 V. Pøi zvìt-

šování napìtí stiskneme TL1. Odebí-

raný proud bude závislý podle toho,

kolik bude svítit LED (nemusí svítit

také žádná). Pokud je vše v poøádku i

pøi napìtí zdroje 7 V, zmìøíme napìtí

na objímce procesoru mezi vývody 4

a 8. Zde by mìlo být 4,9 až 5,25 V.

Potom osadíme procesor. Po zapnutí

tlaèítkem se otestují diody. Nyní zka-

librujeme pøístroj. Vstupní svorky jsou

pøitom volné. Trimrem P1 najdeme

rozhraní, kdy nejvyšší LED pøechází

Obr. 3.

Deska s plošnými

spoji a rozmístìní

souèástek

Obr. 4.

Osazená deska mìøièe

ve skuteèné velikosti

Praktická elektronika

A Radio

- 02/2003

22

0,1

ZKRAT

0,3

1

3

10

30

100

300

-546-56-4

P

øed mìøením vybij kondenzátor

+N

ZAP

z trvalého svitu do blikání. Kousek ješ-

tì pøidáme, tak aby LED spolehlivì

blikala. To signalizuje, že je pøístroj za-

pnut a vstupní svorky jsou buï volné,

nebo je mìøená hodnota mimo roz-

sah. Tím je nastavení skonèeno a

mùžeme vyzkoušet mìøení.

Mìøení v praxi

Pøístrojem mùžeme mìøit v pøímo

v zapojení. Polaritu není nutno dodr-

žovat. Vzhledem k malému mìøicímu

napìtí se polovodièové pøechody ješ-

tì neotevøou a proto diody a tranzis-

tory mìøení neovlivòují. Je jen málo

pøípadù, kdy kondenzátor nelze zmì-

øit pøímo v zapojení.

Tabulka hodnot na panelu pøístro-

je platí pro bìžné elektrolytické kon-

denzátory pøi pokojové teplotì! Mohou

se zde samozøejmì vyskytovat odchyl-

ky. V pøípadì, že si nejsme jisti, zmì-

øíme si dobrý kondenzátor stejného

typu, napìtí a kapacity pro porovná-

ní. Postupem èasu získáme již odhad,

kdy není nìco v poøádku. Obecnì lze

øíci, že u bìžného kondenzátoru s ka-

pacitou vìtší jak asi 5 µF by mìl být

ESR vždy pod 10

Ω

. Pøístroj samozøej-

mì mìøí v pracovním rozsahu infor-

mativnì i odpory.

Kde hlavnì hledat podezøelé

kondenzátory?

- Zejména v obvodech, kde konden-

zátorem prochází velký impulsní

proud. Pokud je kondenzátor v blíz-

kosti chladièe nebo výkonového

rezistoru, je pravdìpodobnost zá-

vady mnohonásobnì vìtší.

- Primární obvody spínaných zdro-

jù. Obzvl᚝ záludné jsou nìkteré

zdroje levnìjších TV, u nichž se po-

stupnì, jak kondezátory „odcháze-

jí“, zvìtšuje výstupní napìtí zdro-

je.

- Filtraèní kondenzátory na sekun-

dární stranì.

- Vertikální rozklad v TV a monito-

rech.

- Zdrojová èást ve videokamerách.
- V obvodech bezkomutátorových

motorù v kamerách a videomagne-

tofonech.

Co nelze správnì zmìøit?

- Ke kondenzátoru je pøipojen para-

lelnì rezistor s malým odporem

(menším jak asi 10

Ω

, vadné po-

lovodièe) nebo indukènost (menší

jak asi 50 µH). Zde je nutné obvod

rozpojit.

- Pokud je paralelnì spojeno více

kondenzátorù, nelze urèit který

z nich je vadný. Opìt je nutné roz-

pojit obvod a mìøit je samostatnì.

Pokud pøi zapnutí svítí trvale nì-

která z horních LED i pøi volných

vstupních svorkách, znamená to, že

baterie je vybitá a je nutno ji vymìnit.

Upozornìní – pøed mìøením je nut-

né se pøesvìdèit, že je mìøený kon-

denzátor vybit. Tester má sice na vstu-

pech ochranu proti pøetížení, ale ta

nevydrží vše.

Závìr

Dnes si již nedokážu pøedstavit prá-

ci opraváøe bez tohoto pøístroje. In-

vestice do stavby pøístroje se nám vrá-

tí již po nìkolika málo opravách

výraznou úsporou èasu.

Stavebnici je možno si objednat na

adrese Miloš Zajíc, Hálkova 739, Peè-

ky 289 11, www.zajic.cz, email:

[e-mail], tel. [phone]. Cena

za „eco“ verzi stavebnice (jen deska a

souèástky) je ,- Kè, komplet sta-

vebnice s krabièkou a štítkem stojí

,- Kè. Za pøíplatek je možno do-

dat vyvrtanou krabièku a štítek

s otvory pøípadnì celý hotový ožive-

ný pøístroj.

Seznam souèástek

R1

10

Ω

R2, R8

180

Ω

R3, R5, R6,

R12, R13

10 k

Ω

R4

1 k

Ω

R7, R9, R11

22 k

Ω

R10

100 k

Ω

P1

500

Ω

C1

220 pF, keramický

C2

100 nF, svitkový

C3, C4

1 nF, keramický

C5

47 µF/6 V

C6

10 µF/25 V

D1, D2

1N5408

D3, D4

1N4148

T1, T2, T3

BC546

T4

BC556

LED1 až LED8

zelená (2 mA)

LED9

èervená (2 mA)

IO1

ATiny15 (prog.)

IO2

4094

IO3

HT7150

Tlaèítko, krabièka KP20, zdíøky

Obr. 5. Èelní štítek pøístroje

Obr. 6. Hotový pøístroj a osazená deska