Начало  gsu.by  Факультет
Разделы
Чечет Павел Леонидович - личная страница

Студентам

Мои проекты

ESR пробник

В практике современного радиолюбителя в последние годы стал необходимостью измеритель или пробник ESR. Периодически сталкиваясь с такой же потребностью, я сначала изучил, что предлагают другие. В Сети существует большое количество схем начиная от простейших пробников на одном светодиоде, заканчивая приборами с микроконтроллерным управлением. Для себя хотелось промежуточный вариант: не слишком урезанный по функциональности, но и не сложный. На идею моей схемы меня натолкнула конструкция Константина (riswel), простой ESR (ЭПС) измеритель быстрого приготовления.

Что в схеме Константина понравилось:

  • простота;
  • гальваническая развязка измеряемого конденсатора от схемы прибора.

Что не понравилось:

  • две сравнительно дорогие литиевые батарейки;
  • неучитывание сопротивления щупов/проводов.

В своей схеме я постарался избавиться от указанных выше недостатков. На микросхеме DD1 KP1554ЛА3 (аналог SN74AC00) создан генератор прямоугольных испульсов частотой около 90KHz.

Принципиальная схема ESR пробника

Подбором C1 и R1 можно выбрать желаемую частоту. Большинство источников рекомендуют проверять ESR на частоте 100KHz. С выводов 3 и 6 элементов, используемых как буферные, импульсы в протифовазе подаются на первичную обмотку трансформатора Tr1. Трансформатор понижает амплитуду переменного напряжения. Измеряемый конденсатор совместно с резистором R2 образуют делитель напряжения. Переменное напряжение с конденсатора повышается трансформатором Tr2, выпрямляется диодами VD1 и VD2, сглаживается конденсатором C3. Напряжение на конденсаторе C3 измеряется вольтметром, образованным резистором R4 и микроамперметром.

Четырехпроводная схема подключения измеряемого конденсатора позволяет избавиться от влияния сопротивления проводов. При замыкании измеряемого конденсатора напряжение на конденсаторе C3 полностью отсутствует, что позволяет измерять малые значения ESR. Возможность измерения ESR снизу (малых значений) ограничена падением напряжения на диодах VD1-VD2, поэтому тут нужно использовать диоды Шоттки с минимально возможным падением напряжения, например RB521S30. Градуировка шкалы пробника зависит от сопротивления резистора R2. При его увеличении можно измерять более высокие значения сопротивлений.

Как и в конструкции Константина, в пробнике использованы импульсные управляющие трансформаторы из компьютерных блоков питания. Печатная плата разводилась под имеющиеся у меня трансформаторы, которые, как правило, имеют похожую конфигурацию обмоток. Однако цоколёвка таких трансформаторов в разных блоках питания может слегка отличаться, так что для её определения я рекомендую определить нужные выводы имеющихся трансформаторов, используя ссылку на фрагмент схемы типового БП

Фрагмент схемы типового БП AT/ATX

Управляющий трансформатор на схеме выше обозначен как T2. Его выводы 1,2,3 соответствуют выводам a,b,c в схеме пробника соответственно. Выводы 4,8 соответствуют выводам d,e. Понятно, что при трассировке платы выводы a и c можно без проблем менять местами. Это относится и к выводам d и e, их тоже можно менять местами. Фазировка трансформаторов в схеме данного пробника ESR не важна. Питается пробник от двух элементов AA.

За счёт использования трансформатора Tr1 как понижающего, амплитуда напряжения на разъёме для подключения конденсатора составляет примерно 200мВ. Это позволяет проверять конденсаторы во многих случаях не выпаивая из платы.

Осцилограмма напряжения на разъёме пробника горизонтальная развёртка: 5мкс/дел
вертикальная развёртка: 100мВ/дел
При подключении заряженного конденсатора к пробнику он разряжается через обмотки трансформаторов Tr1 и Tr2. Возникающий при этом импульс напряжания на выводах a и c трансформатора Tr1 отводится в линию питания защитными диодами микросхемы DD1.

Печатная плата пробника ESR В авторском варианте детали пробника размещены на печатной плате, представленной на рисунке слева. Рекомендую доработать печатную плату под свои выключатель питания, корпус и разьём для проверяемых конденсаторов.
Скачать чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout можно здесь. На плате между шестым выводом DD1 и выводом c трансформатора Tr1 предусмотрено место для резистора, планировалось его установить для ограничения максимального тока выводов (20мА). Однако впоследствии он не понадобился. Я использовал в качестве разьёма для подключения измеряемого конденсатора разьёмы РШ2НП-1-29 (вилка и розетка). Розетка установлена в корпус прибора. Каждый ряд контактов запараллелен, что позволяет легко подключать конденсаторы с различным расстоянием между выводами. В вилку разъёма впаяны два штыря, позволяющие проверять конденсаторы, впаянные в плату.
Как уже было сказано выше, для исключения влияние проводов, при использовании щупов, да и разъёма, нужно использовать четырёхпроводную схему: правый по схеме вывод резистора R2 и вывод e трансформатора Tr1 подводятся к щупам (разъёму), а затем от щупов (разъёма) подводятся к контактам e и d трансформатора Tr2. Пример этого можно увидеть на фото готового пробника:
Плата, вид со стороны дорожек Плата, вид со стороны деталей Пробник ESR внутри

Подстроечный резистор R4 используется для установки стрелки пробника на конец шкалы (). Для удобства пользования шкала пробника была проградуирована. Для градуировки нужно использовать безиндукционные резисторы малого сопротивления. В авторском варианте это было сделано так:

  1. Вместо шкалы прикреплена бумажка
  2. На бумажку карандашом нанесены метки, соответствующие известным сопротивлениям
  3. Получившаяся бумажная шкала была отсканирована и загружена в PhotoShop
  4. Поверх бумажной шкалы (используя полупрозрачность) в PhotoShop'е нарисована новая шкала

Шкала пробника
Шкала пробника ESR
Пробник ESR в работе
Пробник ESR в действии
Разъём для подключения
проверяемого конденсатора
Разъём пробника ESR
Штыри для внутрисхемной проверки ESR
Щупы пробника ESR

Задающий генератор можно реализовать, например, на триггерах Шмитта 74HCT14, использовав один как генератор, а остальные как буферы (см. мою схему). Защитные диоды микросхемы можно продублировать внешними для защиты от подключения заряженного конденсатора. А параллельно C3 установить подходящий стабилитрон или супрессор. Для увеличения разрешающей способности вместо диодов VD1 и VD2 можно применить синхронное детектирование, взяв управление от выходов генератора, при этом станет важна фазировка трансформаторов. Заменив резистор R2 несколькими, соединенными последовательно, подобрав их сопротивления, можно сделать несколько поддиапазонов, например:

Введение диапазонов в пробник ESR

При использовании материалов обязательна ссылка на сайт кафедры АСОИ http://gsu.by/asoi или мою личную страницу http://gsu.by/asoi/pages/chechet.

3
Вернуться на сайт кафедры АСОИ