Измеритель емкости и ESR

В наше время, когда, практически, все источники питания радиоэлектронной аппаратуры строятся по импульсным схемам, одним из наиболее востребованных приборов ремонтника есть измеритель ESR электролитических конденсаторов или ESR метр. Долгое время я проверял исправность таких конденсаторов цифровым измерителем ёмкости, заряжающим конденсаторы высокочастотной пилой. Но, потому что этот прибор был изготовлен более 10 лет назад, на рассыпухе — мелкая логика и светодиодные индикаторы, — пользоваться таким устаревшим прибором, да ещё и без «настоящего» измерителя ЭПС, считаю сейчас даже просто морально некошерным. Потому, с момента освоения прошивки современных микропроцессоров, я всё время мечтал о схеме, отвечающей требованиям нашего времени — минимум деталей, современная элементная база и схемное решение, одновременное отображение значения C и ESR на LCD, никаких реле, рубильников и прочей лабуды, требующей лишних движений. И вот, наконец-то, после многих лет просмотра не одного десятка схем (и всё не то) описание такого прибора мне попалось. Журнал «Радио» №6 за 2010 год, страница 19 — в это схемотехническое и программное решение я влюбился с первого взгляда 🙂 Популярный МК ATtiny2313, LCD индикатор в две строки по восемь символов, простая и понятная измерительная часть, хорошая программная поддержка. Всё — делаю!

Но, как всегда — редко бывает такая схема, которую я повторяю 1:1, — беру в руки красную пасту, и, а-ля школьный учитель, начинаю энергично вычёркивать со схемы лишние фрагменты. Автономное питание — убираем, потому что прибор будет работать в помещении от сетевого адаптера, оставляю лишь разъём для его подключения. Автоматическое отключение источника питания от схемы и его квазисенсорное включение — вычёркиваем — это нерациональное пижонство. Подключение к компу через СОМ-порт — убираем — какой дурак будет включать целый компьютер ради замера ёмкости одного конденсатора, что и так отображается на ЖКИ прибора; подсветку индикатора делаю постоянно включенной. Итого — схема «похудела» процентов на 25 🙂 Кроме того, после внимательного чтения описания и вникания в принцип работы измерителя была обнаружена и одна ошибка на схеме — источники тока 2-х поддиапазонов измерения оказались перепутаны между собой — исправляем…
Вот так и будем собирать. Ниже представлена схема ESR измерителя:

Естественно, считаю очень экстравагантным решение автора использовать на одной плате современную импортную базу одновременно с устаревшей отечественной, да ещё и с не самыми лучшими параметрами (КС133 не выдерживают никакой критики). Потому сразу решаю, что вместо КТ3107 буду ставить 2SA733, а стабилитроны возьму BZX 3V3 (хотя поставил BZX 3V9). ЖКИ также будет не указанный в схеме (такого найти не получилось), а более популярный WH0802А фирмы Winstar. Печатную плату развожу, руководствуясь размерами индикатора — по его ширине и высоте (высокие детали ложу горизонтально, электролиты применяю с уменьшенной высотой корпуса), регулятор контрастности в подобных устройствах я всегда распаиваю прямо на выводах самого индикатора. Таким образом, плата вышла размерами 6х6 см, монтаж по высоте равен высоте индикатора (около 1 см). Собранная плата с индикатором легко поместится в пачку от сигарет.

Настройка ESR

О, это отдельный разговор… Прочитав статью, создаётся мнение, что схему сможет настроить лишь инженер-программист в лаборатории с высокоточными приборами. Судите сами — автор предлагает настроить источники тока по миллиамперметру, гарантирующему точность в две цифры после запятой. Затем – делитель напряжения по вольтметру такой же точности (естественно подразумевается, что в этой точности нет ничего общего с «точностью» китайских показометров). Потом эти измеренные значения надо занести в текст неоткомпилированной программы, перегнать её в машинный код и зашить с этими поправками в МК. Нормально? Но, к счастью, автор очень подробно описал принцип работы своего устройства, почитав которое доходит, что сие чудо высокого полёта современной инженерной мысли может настроить и любой Ивашка с Дворца пионеров и даже вообще без всяких приборов. Всё, закрываем журнал и настраиваем так, как получилось у меня.

Включаем собранный прибор с прошитым и установленным на плату МК. Первым делом крутим регулятор контрастности до появления на экране ЖКИ чёткой надписи в две строки. Если её нет — проверяем монтаж в части сопряжения МК с ЖКИ и подачи питания на оба самых дорогих элемента этого устройства. А также правильность прошивки МК — не забываем про фузы – для PonyProg так:

Нажимаем на плате возле МК кнопку «Калибровка» — в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя.
Следующий этап. Нам понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества (не обязательно Low Esr) ёмкостью 220…470 мкФ разных партий, лучше всего — на разные напряжения (16в, 35в, 50в…). Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в районе 100…470 Ом (у меня получилось 300 Ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора. К большой точности пока что стремиться не стОит — ещё будет корректироваться; далее проверить и с другими конденсаторами.

Дальше настраиваем измеритель ESR. Эх, придётся снова раскрыть журнал «Радио» — №7 за 2010 год стр.22 — там имеется табличка с типовыми значениями этого параметра для разных конденсаторов. Или же воспользоваться вот этой, найденной на бескрайних просторах Интернета. Кстати, такую табличку, при желании, можно будет приклеить в качестве шпаргалки на корпус будущего прибора под дисплеем. Как пользоваться такой табличкой, я думаю, понятно — скажем, получается, что типовое ЭПС конденсатора 100 мкФ на 35в находится где-то в районе 0,32 Ом:

В следующей табличке указаны максимальные значения ЭПС для электролитических конденсаторов. Если у измеряемого конденсатора оно будет заметно выше, то его уже нельзя использовать для работы в сглаживающем фильтре выпрямителя:

Подключаем конденсатор 220 мкФ и, незначительным подбором сопротивления резисторов R6, R9, R10 (на схеме и на моём сборочном чертеже обозначены со звёздочками), добиваемся показаний Esr, близких к табличным. Проверяем на всех имеющихся заготовленных эталонных конденсаторах, в т.ч. уже можно использовать и конденсаторы от 1 до 100 мкФ (не обращая пока что внимания на показания измерителя ёмкости).

Так как для измерения ёмкости конденсаторов от 150 мкФ и для измерителя ЭПС применяется один и тот же участок схемы, после подбора сопротивления этих резисторов несколько изменится точность показаний измерителя ёмкости. Теперь можно подстроить ещё сопротивление резистора R2, чтобы эти показания стали точнее. Другими словами, Ваша задача — подбирая сопротивление R2 — уточнить показания измерителя ёмкости, подстраивая резисторы в делителе компараторов — уточнить показания ESR-метра. Причём, приоритет надо отдавать измерителю ESR. О больших же ёмкостях — я думаю, каждый понимает, что если в аппарате установлен конденсатор на 1000 мкФ, то он будет работать хоть при ёмкости 950 мкФ, хоть при ёмкости 1100 мкФ — поэтому уделять внимание особой точности измерению ёмкости таких конденсаторов вряд ли целесообразно.

Тут может возникнуть вопрос — а нельзя ли вообще сразу и очень точно настроить измеритель ESR, подключая к его входу низкоомные высокоточные резисторы, калибруя прибор по ним? Нет, как раз это не тот случай — так можно настроить разного рода простые аналоговые измерители ЭПС, представляющие собой, грубо говоря, омметры «с наворотами». В этом же приборе используется способ измерения, основан на зарядке конденсатора током, — резистор же, понятное дело, заряжаться не может

Осталось настроить измеритель ёмкости конденсаторов диапазона 0,1…150 мкФ. Так как для этого в схеме предусмотрен отдельный источник тока, измерение ёмкости таких конденсаторов можно сделать очень точным. Подключаем конденсаторы малой ёмкости к входным гнёздам прибора и, подбором сопротивления R1 в районе 3,3…6,8 кОм (у меня получилось 4,3к) добиваемся максимально точных показаний. Этого можно достичь, если в качестве эталонных применить не электролиты, а высокоточные конденсаторы К71-1 ёмкостью 0,15 мкФ с гарантированным отклонением 0,5 или 1%, подключая их как по одному, так и параллельными «батареями».

На этом настройка прибора закончена, можно поместить его в корпус и использовать по назначению

Ниже вы можете скачать печатную плату в формате LAY, сборочный чертеж и прошивку

DesAlex, исходная версия измерителя: Радио — №7, 2010г.

Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот

DD1
МК AVR 8-битATtiny23131
DA1
КомпараторLM393-N1
DA2
Линейный регуляторLM78L051
VT1, VT2
Биполярный транзисторКТ3107Л2
2SA733VT3
MOSFET-транзисторIRF5301
VD1, VD2
СтабилитронКС133Г2
BZX 3V3VD3, VD4
Выпрямительный диод1N40072
HG1
LCD-дисплейMT-08S2A1
WH0802АC1, C3
Электролитический конденсатор100мкФ 16В2
C2, C4
Конденсатор22 пФ2
C5-C8
Конденсатор0.1 мкФ4
R1
Резистор3.3…6.8 кОм1
R2
Резистор100…470 Ом1
R3, R4
Резистор2 кОм2
R5, R7, R12, R13
Резистор3 кОм4
R6
Резистор33 кОм1
R9
Резистор1.1 кОм1
R10
Резистор1.3 кОм1
R16
Резистор82 кОм1
R17
Резистор22 кОм1
R19
Подстроечный резистор10 кОм1
R20
Резистор100 Ом1
ZQ1
Кварцевый резонатор20 МГц1
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

• ESR_meter.rar (114 Кб)