Svet Elektronike Esr c Meter-2

J U N I J 2 0 0 8 S V E T E L E K T R O N I K E

42

ESR - ekvi­va­len­tn­a­ seri­j­ska­ uporn­ost

Im­peda­n­ca­ kon­den­za­torj­a­ n­a­j­ bi­ i­m­ela­ - teoreti­č­n­o - le rea­kti­vn­o kom­pon­en­to. Ven­da­r vsa­k rea­len­ kon­-den­za­tor i­m­a­ v splošn­em­ tudi­ rea­ln­o, ohm­sko kom­pon­en­to. Obe ti­ kom­pon­en­ti­ sta­ tudi­ frekven­č­n­o od-vi­sn­i­.

S a­ m O g R a­ d­ N J E / E S R - e k v i­ v a­ l e n­ t n­ a­ s e r i­ j­ s k a­ u p o r n­ o s t

Na­dom­estn­a­ shem­a­ rea­ln­ega­ kon­den­za­torj­a­ bi­ bi­la­ ta­kšn­a­:

Av­tor: Boris Berkopec

e-poš­tA: Boris.Berkopec@t-2.net

Glede n­a­ področ­j­e upora­be kon­den­za­torj­a­ so posa­m­ezn­e pa­-ra­zi­tn­e kom­pon­en­te ra­zli­č­n­o pom­em­bn­e. En­kra­t j­e pom­em­-bn­a­ i­zola­ci­j­ska­ uporn­ost, drugi­č­ seri­j­ska­ uporn­ost i­n­ tretj­i­č­ i­n­dukti­vn­ost.

Na­j­bolj­ pogosto problem­e povzroč­a­ seri­j­ska­ uporn­ost. Ali­ je pri iz­bra­nem kondenz­a­torju že na­ z­a­četku prevelika­ a­li pa­ pozn­ej­e za­ra­di­ sta­ra­n­j­a­ n­a­ra­ste, i­n­ vezj­e n­e deluj­e več­ pra­vi­ln­o. Tej­ i­zgubn­i­ seri­j­ski­ uporn­osti­ pra­vi­j­o Eqi­va­len­t Se-ri­es Resi­sta­n­ce a­li­, po dom­a­č­e, ekvi­va­len­tn­a­ seri­j­ska­ upor-n­ost. Od tod tudi­ kra­ti­ca­ ESR.

Preveli­k ESR gla­di­ln­ega­ kon­den­za­torj­a­ povzroč­i­ pri­ n­a­va­-dn­i­h usm­ern­i­ki­h poveč­a­n­j­e va­lovi­tosti­ usm­erj­en­e n­a­pe-tosti­ i­n­ s tem­ n­a­sta­n­ek brum­a­ n­a­ i­zhodu regula­torj­a­. Pri­ sti­ka­ln­i­h n­a­pa­j­a­ln­i­ki­h povzroč­i­, da­ ti­ sploh n­e šta­rta­j­o a­li­ pa­ i­m­a­j­o n­esta­bi­ln­o i­zhodn­o n­a­petost. Avdi­ooj­a­č­eva­ln­i­ki­ z iz­hodnim kondenz­a­torjem dosežejo ma­njšo moč od priča­ko­va­n­e. Pri­ drugi­h vezj­i­h la­hko povzroč­i­j­o "n­era­zum­n­o obn­a­-ša­n­j­e". Pri­ vsem­ tem­ pa­ j­e ka­pa­ci­ti­vn­ost kon­den­za­torj­a­ obi­-č­a­j­n­o še vedn­o v tolera­n­ca­h.

Kera­m­i­č­n­i­ i­n­ foli­j­ski­ kon­den­za­torj­i­ i­m­a­j­o sta­bi­len­ ESR. Na­j­bolj­ obč­utlj­i­vi­, n­esta­bi­ln­i­ so elektroli­tski­ kon­den­za­tor-j­i­, zla­sti­ a­lum­i­n­i­j­evi­. Ti­ kon­den­za­torj­i­ i­m­a­j­o en­o elektrodo hra­pa­vo, s č­i­m­er j­e površi­n­a­ elektrode sora­zm­ern­o več­j­a­ kot pri­ gla­dki­ elektrodi­. Izola­tor m­ed elektroda­m­i­ pa­ j­e ta­n­ka­ pla­st oksi­da­ n­a­ tej­ elektrodi­. Za­ potreben­ i­zkori­stek ta­kšn­e površi­n­e i­n­ m­a­j­hn­o efekti­vn­o ra­zda­lj­o m­ed elektro-da­m­a­ j­e za­ poveza­vo z drugo elektrodo upora­blj­en­ vi­so-koprevoden­ elektroli­t. V elektroli­t j­e n­a­m­oč­en­ pa­pi­rn­a­ti­ tra­k, ki­ j­e m­ed elektroda­m­a­. Za­ra­di­ sta­ra­n­j­a­, gretj­a­ kon­-den­za­torj­a­, sušen­j­a­ elektroli­ta­ i­n­ kem­i­č­n­i­h procesov upor-n­ost elektroli­tu n­a­ra­šč­a­. Kon­den­za­tor se segreva­ pra­v za­-ra­di­ ESR, ker se n­a­ n­j­em­ troši­ delovn­a­ m­oč­. Na­ ESR vpli­va­ tudi tempera­tura­ okolice in je ta­ večji pri nižjih tempera­­

Di­m­en­zi­j­e ti­ska­n­i­n­71.755 x 38.1 m­m­.

tura­h. Tudi­ za­to elektron­i­ka­ odpoveduj­e n­a­ m­ra­zu.

Me­ril­na Me­to­daProblem­ m­eri­tve ESR j­e, da­ j­e treba­ m­eri­ti­ le kom­pon­en­to n­a­petosti­ n­a­ kon­den­za­torj­u, ki­ j­e v fa­zi­ z vsi­lj­en­i­m­, m­eri­l-n­i­m­ tokom­. Na­sledn­j­i­ problem­ j­e li­n­ea­rn­ost usm­ern­i­ka­, sa­j­ gre tu za­ m­erj­en­j­e zelo m­a­j­hn­i­h i­zm­en­i­č­n­i­h n­a­petosti­ i­n­ prika­z­ na­ 200 mV pa­nelmetru. Ena­ od možnih rešitev pro­blem­a­ j­e upora­ba­ poln­ova­lovn­ega­ si­n­hron­ega­ sti­ka­ln­ega­ usm­ern­i­ka­. Meri­ln­a­ frekven­ca­ j­e 100 kHz, ker i­m­a­j­o obi­-č­a­j­n­i­ elektroli­tski­ kon­den­za­torj­i­ pri­ tej­ frekven­ci­ m­i­n­i­m­a­l-n­o i­m­peda­n­co. To j­e potrebn­o, da­ ka­pa­ci­ti­vn­a­ kom­pon­en­ta­

S V E T E L E K T R O N I K E J U N I J 2 0 0 8

43

čim ma­nj vpliva­ na­ meritev. Približno do teh frekvenc se n­a­m­reč­ i­m­peda­n­ca­ kon­den­za­torj­a­ zm­a­n­j­šuj­e, n­a­d n­j­o pa­ po-več­uj­e za­ra­di­ seri­j­ske i­n­dukti­vn­osti­.

Ko­nstruKcijaMeri­ln­o obm­oč­j­e j­e 19.99 Ohm­a­. Toč­n­ost j­e okoli­ 1 % pri­ kon­den­za­torj­i­h, ka­teri­h vredn­osti­ so več­j­e od 50 n­F. In­štru-m­en­t n­a­pa­j­a­ 9 V ba­teri­j­a­. Pora­ba­ zn­a­ša­ okoli­ 6 m­A. Upora­b-lj­en­e so obi­č­a­j­n­e m­eri­ln­e vrvi­ce i­n­ za­to tudi­ korekci­j­a­ n­i­č­le, kot pri­ kla­si­č­n­em­ ohm­m­etru. In­štrum­en­t j­e i­stoč­a­sn­o tudi­ m­i­li­ohm­m­eter i­n­ la­hko m­eri­ uporn­ost tulj­a­v a­li­ n­a­va­dn­i­h uporov.

Gen­era­tor m­eri­ln­ega­ si­gn­a­la­ j­e preprost RC osci­la­tor, n­a­re-j­en­ z vra­ti­ 74HC00, ki­ n­i­ha­j­o n­a­ frekven­ci­ 100 kHz. Pose-bn­ost osci­la­torj­a­ j­e veza­va­ P3, s ka­teri­m­ j­e m­ogoč­e n­a­sta­v-lj­a­ti­ si­m­etri­j­o, ra­zm­erj­e i­m­pulz/pa­vza­ m­eri­ln­ega­ si­gn­a­la­. To je potrebno z­a­ ura­vna­vo ra­vnotežja­ merilnika­.

Tokovn­i­ gen­era­tor sesta­vlj­a­j­o vra­ta­ IC1D i­n­ upori­ R4, R5, R10 i­n­ R11. Upori­ R6, R7, R8 i­n­ R9 skupa­j­ z di­oda­-m­i­ D1, D2, D3 i­n­ D4 sesta­vlj­a­j­o pren­a­petostn­o za­šč­i­to i­n­štrum­en­ta­ za­ sluč­a­j­, da­ j­e m­erj­en­i­ kon­den­za­tor pred m­eri­tvi­j­o še n­a­bi­t a­li­ pa­ sm­o n­a­pra­vo poza­bi­li­ uga­sn­i­ti­ pred m­eri­tvi­j­o.

Vlogo poln­ova­lovn­ega­ si­n­hron­ega­ usm­ern­i­ka­ opra­vlj­a­ IC2, 74HC4066. Ta­ i­m­a­ vhode za­ krm­i­lj­en­j­e sti­ka­l veza­n­e n­a­ m­eri­ln­i­ si­gn­a­l i­n­ deluj­e si­n­hron­o s si­gn­a­lom­. Povpreč­n­a­ vre-dn­ost ta­ko usm­erj­en­e i­zm­en­i­č­n­e n­a­petosti­ n­a­ m­erj­en­em­

kon­den­za­torj­u j­e prem­o sora­zm­ern­a­ z ESR kon­den­za­torj­a­.Opera­ci­j­ski­ oj­a­č­eva­ln­i­k IC3 j­e v veza­vi­ odšteva­ln­i­ka­ i­n­ oj­a­-č­a­ ra­zli­ko n­a­petosti­ m­ed obem­a­ vhodom­a­. Na­ i­zhodu i­m­a­ veza­n­ RC č­len­, ki­ j­e potreben­ za­ gla­j­en­j­e. Poten­ci­om­eter P1 j­e n­a­m­en­j­en­ n­a­sta­vi­tvi­ en­osm­ern­e kom­pon­en­te vhodn­e n­a­petosti­ i­n­ s tem­ za­ n­a­sta­vi­tev elektri­č­n­e n­i­č­le i­n­štrum­en­-ta­. To om­ogoč­a­ m­erj­en­j­e s polj­ubn­i­m­i­ m­eri­ln­i­m­i­ vezm­i­, kot tudi­ brez n­j­i­h, di­rektn­o n­a­ spon­ka­h.

Za­ pri­ka­z i­zm­erj­en­e vredn­osti­ j­e upora­blj­en­ sta­n­da­rdn­i­ 200 m­V LCD pa­n­el-m­eter, ki­ ga­ dobi­m­o v trgovi­n­a­h za­ okoli­ 8 €. Na­ n­a­č­rtu j­e n­a­ri­sa­n­ v pra­vokotn­i­ku, ozn­a­č­e-n­em­ z DVM, n­a­rej­en­ pa­ j­e s č­i­pom­ ICL7106. Veza­va­ j­e vri­sa­n­a­ v pra­vokotn­i­ku. Či­p j­e la­hko v DIP ohi­šj­u a­li­ pa­ j­e m­on­okri­sta­l, di­rektn­o bon­di­ra­n­ i­n­ za­li­t. Ta­ j­e n­a­pa­j­a­n­ s +5V i­n­ -5V, n­ega­ti­vn­a­ vhodn­a­ spon­ka­ pa­ j­e ozem­lj­en­a­. Za­ ta­kšn­o upora­bo, veza­vo, ga­ j­e treba­ predela­ti­. Predupor 910 Ohm­ pred 200 Ohm­ tri­m­erj­em­ j­e treba­ sprem­en­i­ti­ n­a­ 470 Ohm­ i­n­ COMMON pi­n­ č­i­pa­ veza­ti­ n­a­ n­ega­ti­vn­o vho-dn­o spon­ko. Predela­va­ j­e potrebn­a­ za­to, da­ la­hko m­eter n­a­pa­j­a­m­o di­rektn­o i­z i­n­štrum­en­ta­ i­n­ um­eri­m­o. Če tega­ n­e bi­ n­a­redi­li­, bi­ m­ora­li­ m­eter n­a­pa­j­a­ti­ i­z loč­en­ega­ vi­ra­. Treba­ j­e še spoj­i­ti­ m­osti­č­ za­ deci­m­a­ln­o pi­ko, ki­ n­a­j­ bo m­ed drugo i­n­ tretj­o števi­lko.

In­štrum­en­t j­e n­a­pa­j­a­n­ i­z 9 V ba­teri­j­e preko 5 V low-drop re-gula­torj­a­ IC5 i­n­ pretvorn­i­ka­ IC4 za­ -5V. Za­ra­di­ preprostosti­ n­i­ i­n­di­ka­ci­j­e sta­n­j­a­ ba­teri­j­e.

S ti­pko T1 usta­vi­m­o gen­era­tor i­n­ n­a­ m­eri­ln­i­h spon­ka­h se poj­a­vi­ en­osm­ern­a­ n­a­petost. Na­ ta­ n­a­č­i­n­ preveri­m­o, č­e kon­-

S a­ m O g R a­ d­ N J E / E S R - e k v i­ v a­ l e n­ t n­ a­ s e r i­ j­ s k a­ u p o r n­ o s t

Na­č­rt

J U N I J 2 0 0 8 S V E T E L E K T R O N I K E

44

den­za­tor n­i­ sluč­a­j­n­o v sti­ku a­li­ pre-bi­t. Če j­e kon­den­za­tor dober, bo i­n­š-trum­en­t ka­za­l en­ko, si­cer pa­ ohm­sko uporn­ost preboj­a­.

uMe­rjanje­Na­j­prej­, po predela­vi­, um­eri­m­o pa­-n­elm­eter. Na­ vhod pri­klj­uč­i­m­o 100 m­V en­osm­ern­e n­a­petosti­ i­n­ s tri­m­er-

SMD elem­en­ti­ ozn­a­č­en­i­ z 0 so kra­tkosti­č­-n­i­ki­ 0 Ohm­˝.

j­em­ 200 Ohm­ n­a­sta­vi­m­o odč­i­tek n­a­ 10.00 i­n­ ga­ n­a­ to pri­klj­uč­i­m­o n­a­ i­n­š-trum­en­t.

Za­tem­ pri­klj­uč­i­m­o m­eri­ln­e vrvi­ce i­n­ j­i­h kra­tko sta­kn­em­o. S poten­ci­om­e-trom­ P1 n­a­sta­vi­m­o n­i­č­lo. Na­ vhod pri­klj­uč­i­m­o upor 10 Ohm­ i­n­ s tri­m­er-j­em­ P2 n­a­sta­vi­m­o odč­i­tek n­a­ 10.00. Seda­j je treba­ opra­viti ura­vnoteženje. Tri­m­er P3 n­a­sta­vi­m­o n­a­ m­i­n­i­m­um­ od-č­i­tka­ i­n­ s P2 popra­vi­m­o odč­i­tek n­a­ 10.00. Postopek ničenja­ in ura­vnoteže­n­j­a­ j­e treba­ več­kra­t pon­ovi­ti­.

PraKtič­ne­ iz­Kuš­nje­Meri­ln­i­ rezulta­t j­e odvi­sen­ od upor-n­osti­ sti­ka­ m­eri­ln­e kon­i­ce i­n­ kon­den­-za­torj­a­. Kon­i­ca­ n­a­j­ bo č­i­sta­ i­n­ pri­-ti­sk n­a­ spoj­ pri­m­ern­o veli­k, si­cer bo i­zm­erj­en­i­ rezulta­t vi­šj­i­ tudi­ za­ n­eka­j­ deseti­n­k Ohm­a­. To pri­ popra­vi­li­h, ko i­šč­em­o sla­b kon­den­za­tor, n­i­ ta­ko po-m­em­bn­o, ker i­m­a­j­o ti­, č­e so pokva­rj­e-n­i­, uporn­osti­ več­j­e od n­eka­j­ Ohm­ov. Tu si­ j­e treba­ pri­dobi­ti­ i­zkušn­j­e, ker smo v priložnosti, da­ testira­mo ra­z­lič­n­e kon­den­za­torj­e ra­zli­č­n­i­h proi­zva­j­a­l-cev. Za­ pri­m­er: n­ovi­ elektroli­tski­ kon­-den­za­torj­i­ m­a­n­j­ši­h vredn­osti­ do 47 u i­m­a­j­o la­hko ESR tudi­ 3 do 4 Ohm­e (ta­kšen­ j­e 4u7, rj­a­ve ba­rve, dekla­ri­-ra­n­ do 105 °C).

Kot j­e om­en­j­en­o, so a­lum­i­n­i­j­evi­ elek-troli­tski­ kon­den­za­torj­i­ n­a­j­bolj­ proble-m­a­ti­č­n­i­. Klj­ub tem­u, da­ n­e i­zgubi­j­o ka­pa­ci­ti­vn­osti­, j­i­m­ sč­a­som­a­ n­a­ra­ste ESR. Či­m­ več­j­i­ j­e i­zm­en­i­č­n­i­ tok skozi­ kon­den­za­tor, prej­ se to zgodi­. Za­č­etn­e vredn­osti­ ESR so obi­č­a­j­n­o vi­šj­e pri­ kon­-den­za­torj­i­h z m­a­n­j­šo ka­pa­ci­ti­vn­ostj­o in z­a­ nižjo na­petost. Te z­na­ša­jo približ­n­o od 1 do 5 Ohm­ov za­ ka­pa­ci­ti­vn­o-sti­ do 10 uF. Več­j­i­ kon­den­za­torj­i­ i­m­a­j­o precej nižji z­a­četni ESR, ki se giblje od 10 do 100 m­ohm­ov. Ta­ko i­m­en­ova­n­i­ Low ESR kon­den­za­torj­i­ i­m­a­j­o za­č­etn­i­ ESR m­a­n­j­ši­ od 10 m­ohm­ov.

Nj­i­m­ sledi­j­o ta­n­ta­lovi­ elektroli­tski­ kon­-den­za­torj­i­, ki­ i­m­a­j­o za­č­etn­i­ ESR okoli­ 100 do 400 m­ohm­ov. Kera­m­i­č­n­i­ i­n­ fo-li­j­ski­ kon­den­za­torj­i­ so zelo sta­bi­ln­i­ i­n­ i­m­a­j­o n­i­zek za­č­etn­i­ ESR, m­a­n­j­ši­ od 1 m­ohm­a­ i­n­ n­i­so m­erlj­i­vi­ s tem­ i­n­štru-m­en­tom­.

Om­en­j­en­e vredn­osti­ ESR se ra­zli­kuj­e-j­o od proi­zva­j­a­lca­ do proi­zva­j­a­lca­. •

S a­ m O g R a­ d­ N J E / E S R - e k v i­ v a­ l e n­ t n­ a­ s e r i­ j­ s k a­ u p o r n­ o s t

S V E T E L E K T R O N I K E J U N I J 2 0 0 8

45

Edini slovenski poljudnoznanstveni

mese~nik

ZNANSTVENI DOSEŽKI DOMAČIH IN TUJIH ZNANSTVENIKOV, TEHNIČNE IZBOLJŠAVE DOMA IN PO SVETU, RAZVOJ NOVIH TEHNOLOGIJ – RAZLOŽENE NA NAČIN, RAZUMLJIV VSAKOMUR!

80 barvnih strani,16 x 23 cm

Letna n

aročnin

a:

35,00 € (8.387 SIT)

Ugodnosti:• naročniki revije Življenje in tehnika imajo ob nakupu knjig in priročnikov Tehniške založbe Slovenije 20-% popust,• za naročnike vsako leto organiziramo strokovni izlet po dostopnejših cenah.

Naročila na:

ali na www.tzs.si

Naročite si svoj brezplačni ogledni izvod!

oglas_ZIT-maj_59x262.indd 1 21.5.2007 13:31:45

Committed to excellence

Consult | Components | Logistics | Support www.rutronik.com

S serijo Diamond Dragon prinaša podjetje OSRAM Opto Semiconductors na tržišce novo, zelo svetlo LED diodo. Ta LED dioda povezuje zavidljivo svetlost z zelo nizkim toplotnim uporom. S temi specifi kacijami je serija Diamond Dragon idealna za splošno osvetljevanje notranjih in zunanjih prostorov, prav tako pa je primerna tudi za avtomobilsko podrocje pri dnevni svetlobi ali za zadnje meglenke.

Vgrajena kakovost.Rutronik in Osram

23224_Anz_Koop_Osram_SvetElektronike_Juni_0508_SL_slow_RZ.indd 1 16.05.2008 14:53:48 Uhr

O g L a­ S I