ESR-metru

Se știe că majoritatea defectelor apărute în aparatura electronică, de obicei după o perioadă mai lungă de funcționare, sunt cauzate de condensatoarele electrolitice. Uneori iți poți da seama imediat despre imbătrânirea condensatoarelor electrolitice când acestea s-au umflat sau mai rău a început să curgă electrolitul din ele.

Dar nu întotdeauna se întâmplă așa ! Condensatorul arată destul de bine, nu a curs, dacă îi măsori capacitatea este aproape identică cu cea imprimată pe el și totuși nu mai funcționeaza, ba mai mult mai face și alte belele prin circuitele conexe !

Singurul vinovat pentru acest lucru este electrolitul, acel amestec de substanțe în formă lichidă, care din punct de vedere electric conectează cele două armături ale condensatorului electrolitic. Acest electrolit are și o rezistență electrică, care în timp, din cauza îmbătrânirii, crește, uneori foarte mult. Tocmai aici este marea problemă a condensatoarelor electrolitice !
De aceea, orice condensator electrolitic are o rezistență internă, din cauza acelui electrolit, numită Rezistență serie echivalentă sau cum apare în literatura de specialitate anglo-saxonă Equivalent Series Rezistance, prescurtat ESR.
Așa cum ne-am dat seama din foarte scurta prezentare, ESR este o rezistență nedorită care cauzează în principal pierderi.
De aceea pentru a depana un circuit nu te ajută aproape deloc să măsori capacitatea condensatoarelor electrolitice, care de obicei rămâne aproape neschimbată, ci trebuie măsurat acest ESR. Un condensator electrolitic poate avea un ESR foarte mare și capacitatea identică cu cea inscripționată, deci foarte bun de aruncat !
De menționat că ESR-ul unui condensator electrolitic nu se măsoară cu un capacimetru, ci sunt aparate care fac treaba asta. ESR se mai poate măsura cu un oscilator de 100-200 kHz undă dreptunghiulară și un osciloscop. Practic se determină tensiunea vârf la vârf a generatorului de semnal în gol și apoi cu un condensator electrolitic. ESR se calculează după o formulă simplă – tensiunea cu condensator X 50 / (tensiunea generatorului – tesiunea cu condensator). Calculul este simplu, numai ca este o metodă greoaie ! Cine dorește poate căuta pe youtube tutoriale despre acest tip de măsurarea a ESR.
Au apărut acele aparate de măsură chinezesti, foarte ieftine și precise cu care se pot determina tipul componentelor electronice, configurația pinilor, afișarea principalelor caracteristici… Aceste aparate măsoară și capacitatea condensatoarelor, iar în cazul condensatoarlor electrolitice afișează și valoarea ESR în ohmi dar și pierderile în % cauzate de acest ESR.

Acest aparat este foarte util, datorită preciziei (personal l-am verificat pentru ESR și rezultatul afisat este identic cu cel calculat după formula de mai sus), dar numai atunci cand măsori componente individuale, deoarece după fiecare măsurare aparatul trebuie reinițializat pentru o noua măsurare. Deci dacă ai de depanat un circuit acesta nu prea are cum sa te ajute să găsești mai ușor un eventual condensator defect.

Pentru aceasta au apărut o multitudine de scheme de ESR-metre, unele mai simple, altele mai complicate, unele cu indicație analogică, altele digitală… dar toate fac același lucru !!!
Această schemă am realizat-o și acum vreo 15 ani și mai recent într-o altă prezentare. Totul funcționează din prima, în cazul în care totul este montat corect. Etalonarea este bine sa se facă cu condensatori cu un ESR cunoscut și nu cu rezistențe ! În final, înainte de a trece la construcția propriu-zisă mai trebuie spus că acele tabele care apar pe internet sunt orientative, fiindcă fiecare producător indică în Data Sheet-ul condensatorului și valoarea ESR, iar această valoare diferă de la un producător la altul. Tocmai compoziția electrolitului face diferența de preț și de calitate ! Pe de altă parte sunt pe piață și condensatoare electrolitice, mai scumpe, cu Low ESR. Cu toate acestea, un condensator electrolitic nu va avea niciodata un ESR de “0” ohmi !

Schema folosită pentru ESR-metrul de față este simplă și folosește un singur circuit integrat de tipul TL-084, care conține 4 amplificatoare operaționale care vor fi folosite în diferite configurații.

Se observă că se folosește o baterie de 9V, pentru ca acest ESR-metru să devină portabil. Aceasta se transformă în tensiune diferențială – plus, minus și masă (GND), cu ajutorul primului amplificator operațional “A” și a celor două condensatoare electrolitice de 1uF și cele două rezistențe de 10 kO, valori care trebuie sa fie cât mai apropiate. Al doilea amplificator operațional “B” este un oscilator de cca 100 kHz, care livrează la ieșire pe pinul 14 un semnal dreptunghiular cu o amplitudine de peste 6Vvv, așa cum se poate vedea în imaginea de mai jos.

Al treilea amplificator operațional “C” compară cele două tensiuni, cea livrată de oscilator prin T1 cu cea care apare la bornele punții de rezistențe. Tensiuneaa rezultantă este transformată de ultimul amplificator operațional în tensiune de curent continuu, pentru a putea fi afișată pe instrumentul de măsură care poate fi un microampermetru de 50-100 uA. Personal am folosit un multimetru analogic foarte ieftin de la care am folosit doar carcasa, instrumentul și sondele pe care le-am scurtat la cca 30 cm.
Scurte precizări:

  • cele două diode montate antiparalel – 1N4007 au rolul de a descarca condensatorul măsurat de o eventuală tensiune cu care acesta ar putea fi încarcat, o soluție ieftină și foarte utilă având în vedere că se pot face măsuratori și în circuit fără demontarea condensatorului;
  • T1 și T2, pot fi orice fel de tranzistori PNP respectiv NPN, având în vedere că aceștia nu sunt solicitați la curenți mari. T2 are rolul de a aprinde Led-ul atunci cand bornele de măsurare (Cx) sunt scurtcircuitate, deci avem o valoare de zero Ohmi pe aparatul de măsură;
  • potențiometrul de 1-5 kOhmi pus în serie cu instrumentul de măsură reglează capul de scală corespunzător valorii de 0 Ohmi, prin unirea bornelor de măsură (Cx). Eu am folosit un potențiometru multitură pentru a se putea face acest reglaj mai ușor, dar poate fi folosit cu succes și un potențiometru normal dar variația trebuie sa fie musai liniară.

Recomandarea mea este ca dimensiunile plăcii de circuit imprimat (sau a placii de test, dacă se optează pentru varianta asta) să fie adaptata la dimensiunile disponibile în carcasa aparatului de măsură.


Ultima varianta am făcut-o pe o placă de 7×5 cm, care este mult mai aerisită față de varianta anterioara de 4×4 cm.
Și acesta este produsul final ! Tabelul este luat de pe Internet, adus la dimensiunile de care am avut nevoie, plastifiat și lipit cu bandă dublu adezivă. Scopul principal a fost de a acoperi locul gol rămas pe carcasa aparatului de măsură în urma eliminării acelei rotițe din plastic care comuta valorile de măsurare. Așa cum spuneam, aceste tabele sunt orientative și în timp nu veți mai avea nevoie de ele !

5 thoughts on “ESR-metru”

  • Sigur o sa ma apuc sa fac un ESRmetru fiindca vad ca este foarte util. Poate o sa va cer sa ma sprijiniti cu sfaturi, daca nu indraznesc prea mult.

    • Nicio problemă, dacă sunt întrebări puteți folosi adresa de e-mail afisată pe pagina de start. De obicei răspund foarte repede ! Este un proiect ușor de abordat, așa că mult succes !

  • Buna ziua
    Foarte interesant articolul si instructiv. Puteti sa-mi spuneti cam pe unde ar trebui sa fie valoarea ESR-ului ca sa-mi dau seama daca acel condensator este rau, acceptabil, bun sau bun de aruncat… Am si eu unul chinezesc dar nu stiu cum sa apreciez valorile afisate acolo. Sau depinde de valoarea capacitatii? Daca-mi puteti explica putin. O valoare ESR de 0.63 ohm este mare? Vloss=0.6% este mare sau mica? Asta nu inteleg eu.
    Va multumesc

    • Depinde de valoarea capacității și tensiunea de lucru…
      Pierderile de 0,6% sunt mici. În tabelul care apare pe aparat, puteți vedea ESR-ul maxim admisibil în funcție de capacitatea condensatorului și valoarea tensiunii de lucru.
      De exemplu, un condensator electrolitic de 100uF/25V este folosibil în condiții de siguranță până la un ESR de 0,3 Ohmi. Acum trebuie avut în vedere și locul în care un condensator este folosit și de cât de solicitat va fi, de exemplu, o sursă în comutație sau de filtraj, unde este indicat să se folosească un condensator electrolitic cu o valoare a ESR-ului cât mai mică, eventual folosirea condensatoarelor mai scumpe de tipul Low ESR.
      Pe de altă parte, calitățile electrolitului depind și de temperatură. La temperaturi mai scăzute ESR-ul crește. Aceasta este explicația de ce condensatoarele electrolitice din televizoare făceau probleme mai mult iarna !
      Așa cum am spus în articol, aceste valori sunt oarecum orientative, fiindcă ESR depinde de calitatea electrolitului. Fiecare constructor serios de condensatoare da în datasheet-ul condensatorului și ESR acestuia. Chiar pentru același tip de condensator valoarea ESR variază, e drept în limite mici, de la un producător la altul ! Tot din acest motiv, condensatoarele „făcute pe vapor” și care se vand la kilogram au un ESR ridicat, deși valoarea capacității este apropiată de cea înscrisă pe el.
      De aceea, pentru început, un astfel de tabel este util !

      • Aha , Incep sa inteleg. Trebuie mai intai sa caut pe net tabele cu ESR sau mai bine datasheet-ul condensatorului. Super. Multumesc frumos pentru raspunsul prompt. O seara frumoasa va doresc.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *