Construa o Seu Próprio Medidor ESR: Guia Completo para Entusiastas de Eletrónica

Sobre Medidor ESR DIY, Cada profissão tem o seu conjunto único de ferramentas. No caso da eletrónica, deve ter pelo menos um multímetro, chave de fendas, cortador, ferro de soldar e fios.

A melhor parte é que pode encontrar estas ferramentas em qualquer loja de eletrónica e por um preço acessível. No entanto, existem outras ferramentas importantes mas caras que precisará à medida que avança no caminho da eletrónica.

E entre estas ferramentas está o medidor ESR.

Então, neste artigo, mostraremos como construir o seu medidor ESR com uma stripboard/ Vero board pronta com o mesmo resultado dos medidores ESR no mercado.

Pronto? Vamos aprender!

Stripboard

O que é ESR?

Capacitores não são imunes a degradação. Quando vê alguns efeitos indesejáveis, é por causa da Resistência Série Equivalente (ESR). Porquê? Capacitores têm resistência interna limitada por causa dos materiais que os fabricantes usam para construí-los.

Também, vários tipos de capacitores vêm com diferentes gamas de ESR. Então, é crítico medir a resistência série equivalente dos seus capacitores.

O que é um Medidor ESR?

Quando se trata de medir capacitores, medidores de capacitância (digitais ou analógicos) podem enganá-lo. Com esta ferramenta, pode pensar que um capacitor defeituoso está bom. Além disso, se não testar ESR num capacitor, perderá um capacitor mau e falhará em fazer quaisquer reparações. Então, o que precisará é um medidor ESR.

Um medidor ESR é uma ferramenta de medição de dois terminais com o propósito principal de medir o ESR de capacitores. Geralmente, capacitores maus têm leituras ESR altas que não pode medir com um medidor de capacitância digital regular ou multímetro.

Isso não é tudo.

Pode usar um medidor ESR sem remover os capacitores do seu circuito.

Aqui está a melhor parte.

Pode usar um ESR para outras experiências como verificar resistores de baixos ohms como 0,33 ohm e 0,22 ohm, localizar curto-circuitos em placas de circuito impresso, amplificadores de colunas e verificar a condição de baterias normais e recarregáveis.

Como Funciona o Medidor ESR?

Vários fatores contribuem para perda de potência em capacitores. Pode somar estes fatores como ESR. Para compreender totalmente como funciona um medidor ESR, vamos ver os componentes:

Oscilador

O oscilador é responsável por fornecer o sinal CA necessário para impulsionar corrente através do capacitor que está a testar. Um bom exemplo de circuito oscilador roda a aproximadamente 100 kHz.

Também, 100 kHz é o padrão da indústria para fazer medições ESR. Uma secção deste circuito atua como oscilador de desfasamento. É fácil de implementar, e mostra uma excelente aproximação de uma onda senoidal.

A outra secção funciona como amplificador e buffer. Devido ao oscilador de desfasamento ter alta impedância de saída, esta secção previne o circuito oscilador de sobrecarregar. Também, pode ajustar o nível do sinal de 100 kHz com o potenciómetro de controlo de ganho.

O Detetor ESR

O detetor ESR é onde a maior parte da ação acontece. A primeira secção é um conversor tensão-para-corrente que converte o sinal de 100 kHz do oscilador para uma corrente pico-a-pico de cerca de 7Ma.

Então, pode ligar o CUT (capacitor sob teste) dentro do loop de realimentação deste estágio. Também, pode fazer isso com dois terminais de ligação do painel frontal para que o CUT receba a mesma corrente.

A Secção de Conversão de Potência

Nesta secção, uma abordagem de alimentação única requer que forneça uma referência de terra virtual ao longo do medidor ESR. Então, neste estágio, um regulador de tensão convencional de três terminais (na entrada) fornece um bus de +5v.

Por outro lado, o bus de -5v obtém o seu fornecimento de um componente útil que fornece uma tensão CC igual à magnitude (mas com polaridade invertida) à entrada.

Como Funciona

Diagrama de Circuito ESR

Primeiro, o TR1 no diagrama acima e o transistor NPN fixado criam realimentação simples que dispara um oscilador de bloqueio. O oscilador de bloqueio começa a oscilar a uma alta frequência.

Adicionalmente, as oscilações criam uma magnitude consistente de tensão sobre as 5 voltas do transformador secundário. Também, o oscilador aplica a alta frequência induzida através do CTU.

Também, pode ver um amplificador operacional junto com a alimentação de alta frequência de baixa tensão. Além disso, funciona lá como amplificador de tensão.

Se o ESR estiver ausente ou tiver um capacitor a funcionar, então o medidor sugerirá uma deflexão completa. Assim, mostra um ESR minúsculo sobre o capacitor, que por sua vez desce para zero para vários capacitores — com diferentes níveis de ESR.

Agora, um ESR mais baixo pode causar uma corrente moderadamente mais alta a acumular-se sobre a entrada de deteção inversora do amplificador operacional. Também, exibe correspondentemente no medidor junto com um alto grau de deflexão e vice-versa.

Adicionalmente, o transistor BC547 superior funciona como coletor de tensão usual e estágio regulador. Por esta razão, o transistor pode lidar com o estágio do oscilador com um mínimo de 1,5 volts. Também, outros dispositivos eletrónicos ao redor do CUT permanecerão sem stress da frequência de teste do medidor ESR.

Também, é fácil calibrar o medidor. Além disso, se mantiver os terminais de teste baixos, o pré-ajuste de 100k próximo ao medidor uA ajusta até atingir uma deflexão completa no mostrador do medidor.

Depois, pode verificar vários capacitores com valores ESR altos no medidor e graus aproximadamente menores de deflexão.

Finalmente, o transformador assenta no topo de um anel de ferrite. Também, usa um íman fino com várias voltas no diagrama.

Como Construir o Seu Medidor ESR

Diagrama de circuito ESR

Nesta secção, o circuito acima é o que vamos aprender a fazer. O circuito obtém a sua energia de uma única bateria de 9V. Pode usar um LDO de baixo custo como substituição para obter a máxima vida da bateria à medida que a tensão cai ao longo do tempo.

Além disso, o LM2936 não é tão caro e realizará operações mesmo quando cair para 5,5V. Também, adicionámos um indicador LED ligado/desligado após o interruptor — embora não o tenhamos mostrado no diagrama acima.

Componentes do Circuito

• C1- 100uf
• C2 – 470PF
• C3 – 10uf
• C4 – 0.1uf
• C5 – 100nf
• C8 – 100nf
• R1 – 1K
• R2 – 10K
• R3 – 150
• R4 – 12
• R5 – 12
• R6 – 27K
• R7 – 100K
• R8 – 2.2K
• R9 – 100
• R10 – 10K pot
• ICI – 555
• TR1 – 3904
• T1 – transformador 2.1
• D1 – IN4007
• D2- IN4007
• D3 – IN4148
• D4 – IN4148

Operação do Circuito

Vejamos algumas ilustrações para compreender melhor como este circuito funciona. Então, ilustraremos com as formas de onda nos pontos 1, 2 e 3 com um terminal de ESR encurtado (0) e com um ESR alto (5,6) Ohm. Aqui, as formas de onda correspondem a canais relacionados e à captura do osciloscópio.

Também, o sinal na saída do divisor capacitor/resistor é cerca de 232 mV pico-a-pico. Além disso, o transistor multiplica o valor de saída por um fator superior a 10. Adicionalmente, o canal 3 mantém o sinal filtrado e retificado (cerca de 1,35 V).

Formas de onda com ESR (0)

Então, aqui está o que o medidor parece em depleção total após ajustar o potenciómetro de 10k.

Depleção total de ESR (0)

Por outro lado, quando um capacitor tem um ESR alto (5,6 Ohm), pode inseri-lo através dos terminais de teste. Então, a tensão de saída do ponto 2 reduz, e também o nível CC resultante no ponto 3.

Formas de onda com ESR (5,6 Ohm)

Aqui está o que o medidor parece com depleção de ESR = 5,6 Ohm.

Medidor para a depleção de ESR (5,6 Ohm)

Construção do Circuito

Este circuito é tão fácil que pode usar uma perf board para montagem. Embora não seja fácil encontrar um transformador de sinal adequado para links de transmissão T1/E1, pode ter um na sua caixa de peças.

Uma grande alternativa e solução para este problema são transformadores de fontes de alimentação comutadas (fontes PC ATX). Outra alternativa é uma razão de voltas maior. Mas, há um problema. Teria de ajustar o resistor de série de 150 Ohm para um valor mais alto.

Aqui está o que o circuito totalmente montado parece:

Montagem do Circuito

Uma vez montado o circuito, pode fazer a montagem final dentro de uma caixa metálica. Também, pode usar uma ficha de áudio e cabo de áudio blindado para ligar as suas pontas de teste. Além disso, deve ligar a terra (blindagem) à caixa metálica.

Montagem Final do Circuito

Limitações de Quase Qualquer Medidor ESR

Aqui estão algumas limitações de qualquer medidor ESR:

1. Se tiver algum capacitor com curto-circuito interno, as leituras do medidor ESR enganá-lo-ão a pensar que tem um ESR de baixo valor.

2. O medidor não é a melhor opção para testar capacitores com menos de 30 microfarads. Se o capacitor sob teste for demasiado baixo, a reatância de medição de frequência torna-se altamente significativa. Então, isto resulta num ESR excessivo.

3. Podem haver erros de terminais de teste longos do CUT. Como? Porque o ESR é um ohmímetro de gama baixa.

Conclusão

Construir um ESR é um projeto fácil e divertido. A melhor parte é que pode alcançar isso com peças comuns encontradas num laboratório eletrónico. O medidor ESR é a ferramenta ideal para qualquer técnico de reparação de eletrónica, entusiastas, designers e engenheiros.

ESR é um atributo importante de capacitores maiores que 1 microfarad. Além disso, precisará do testador ESR se quiser fazer medições que são impossíveis com o medidor de capacitância digital padrão.

Bem, isso resume tudo o que precisa de saber sobre medidores ESR e como construí-los. Se tiver perguntas ou sugestões, sinta-se à vontade para nos contactar. Teremos prazer em ajudar.