- Medición del condensador ESR
- Lista de partes
- Diagrama de circuito
- Cálculo de la ESR del condensador
- Ejemplo: medición de ESR para un condensador electrolítico de 100 uf
Los condensadores parecen estar bien hasta que llega al punto en que falla una fuente de alimentación o se niega a funcionar de manera óptima. Y si el problema es el ruido, hay una solución simple, simplemente agregue más condensadores. Pero eso no lo resuelve. ¿Qué podría estar mal?
El problema surge de la suposición ingenua de que los condensadores (en gran medida) son dispositivos "ideales", mientras que en realidad no lo son. Esos efectos no deseados se deben a algo llamado resistencia interna o resistencia en serie equivalente (ESR). Los condensadores tienen una resistencia interna finita debido a los materiales utilizados en su construcción. Hemos explicado ESR y ESL en condensadores en detalle en el artículo anterior.
Los diferentes tipos de condensadores tienen diferentes rangos de ESR. Por ejemplo, los condensadores electrolíticos en general tienen ESR más altos que los condensadores cerámicos. Para muchas aplicaciones, es importante medir la resistencia interna de los condensadores. Y hoy, en este artículo, construiremos un medidor de ESR y aprenderemos a medir la ESR de un capacitor usando 555 Timer IC y transistores.
Medición del condensador ESR
Al principio, la medición de la VSG puede parecer una tarea fácil.
La resistencia se puede determinar fácilmente aplicando una corriente constante y midiendo la caída de voltaje en el dispositivo bajo prueba.
¿Qué pasa si aplicamos una corriente constante a un condensador? El voltaje aumenta linealmente y se asienta en un valor determinado por el voltaje de suministro, que (para nuestros propósitos) es inútil.
En este punto, es hora de volver a algo que aprendimos en la escuela: "Los capacitores bloquean CC y pasan CA"
Después de hacer algunas conclusiones simplificadoras, entendemos que los condensadores son básicamente un cortocircuito a altas frecuencias y la parte capacitiva está 'en cortocircuito' del circuito y todo el voltaje cae a través de la resistencia interna.
La ventaja de este método es que ni siquiera necesitamos saber la corriente si conocemos la resistencia interna de la fuente de señal que se está utilizando, porque ahora la ESR y la resistencia interna (de la fuente) forman un divisor de voltaje, la relación de resistencias es la relación de las caídas de tensión, y conociendo tres podemos determinar fácilmente la otra.
Se utiliza un osciloscopio para medir las formas de onda en la entrada y en el condensador.
Lista de partes
Para el oscilador:
1. Temporizador 555: tanto CMOS como bipolar funcionarán bien, pero se recomienda CMOS para altas frecuencias
2. Potenciómetro de 100 K: se utiliza para sintonizar la frecuencia
3. Condensador 1nF - sincronización
4. Condensador cerámico 10uF - desacoplamiento
La etapa de potencia:
1. Transistor bipolar BC548 NPN
2. Transistor bipolar BC558 PNP
Una nota rápida sobre la elección de transistores: cualquier transistor de señal pequeño con una ganancia alta (300 y superior) y una corriente algo grande (50 mA +) funcionará bien.
3. Resistencia de base de 560Ω
4. Resistencia de salida de 47 Ω: puede ser entre 10 Ω y 100 Ω.
Diagrama de circuito
A continuación se muestra el diagrama de circuito para este circuito de probador de capacitores ESR:
Este circuito medidor de ESR se puede dividir en dos secciones, el temporizador 555 y la etapa de salida.
1. El oscilador 555:
El circuito 555 es un multivibrador astable convencional que emite una onda cuadrada con una frecuencia de unos pocos cientos de kilohercios. A esta frecuencia, casi todos los condensadores actúan como un corto. El potenciómetro de 100K permite la sintonización de frecuencia para obtener el voltaje más bajo posible en la tapa.
2. La etapa de potencia:
Ésta es una solución a otro problema. Podríamos conectar directamente el condensador a la salida del temporizador 555, pero luego necesitaríamos conocer la impedancia de salida con precisión.
Para eliminar esto, se utiliza una etapa de salida push-pull con una resistencia en serie. La resistencia proporciona la impedancia de salida.
Así es como se ve el hardware completo de este circuito del medidor de ESR:
Cálculo de la ESR del condensador
De la ecuación del divisor de voltaje, obtenemos la siguiente fórmula:
ESR = (V CAP • SALIDA R) / (SALIDA V - V CAP)
Donde ESR es la resistencia interna del capacitor, V CAP es la señal a través del capacitor (medida en el nodo CAP +), R OUTPUT es la resistencia de salida de la etapa de potencia (aquí, 47 Ohms) y V OUTPUT es el voltaje de la señal de salida como medido en el punto A del circuito.
Al usar este circuito, se recomienda configurar la sonda del osciloscopio en 1X para aumentar la sensibilidad y disminuir el ancho de banda para eliminar parte del ruido y poder realizar una medición precisa.
Primero, el voltaje pico a pico se mide en el punto A, por delante de la impedancia y se anota. Entonces se adjunta el condensador. Acércate hasta que veas una onda cuadrada. Gire la olla hasta que la forma de onda no se vuelva más pequeña.
Dependiendo del tipo de condensador, el voltaje pico a pico de la forma de onda resultante debe ser del orden de unas pocas decenas o cientos de milivoltios.
Ejemplo: medición de ESR para un condensador electrolítico de 100 uf
Aquí está la forma de onda de salida sin procesar de la etapa de potencia:
Y aquí está el voltaje en el condensador. Tenga en cuenta todo el ruido superpuesto a la señal; tenga cuidado con la medición.
Al introducir los valores en la fórmula, obtenemos una ESR de 198 mΩ.
La ESR del capacitor es un parámetro importante al diseñar circuitos de potencia y aquí hemos construido un dispositivo de medición de ESR simple basado en el temporizador 555.