Construya su Propio Medidor ESR: Guía Completa para Entusiastas de Electrónica

Sobre Medidor ESR DIY, cada oficio tiene sus herramientas únicas. En electrónica, al menos necesita multímetro, destornillador, cortador, soldador y cables.

Lo mejor: encuentra estas herramientas en cualquier tienda de electrónica a precio asequible. Sin embargo, hay otras herramientas importantes pero costosas que necesitará avanzando en electrónica.

Entre ellas está el medidor ESR.

En este artículo, le mostraremos cómo construir su medidor ESR con una tira/Vero board lista con mismo resultado que medidores comerciales.

¿Listos? ¡Aprendamos!

Placa de tiras

¿Qué es ESR?

Los capacitores no son inmunes a la degradación. Al ver efectos indeseables, es por Resistencia Serie Equivalente (ESR). Los capacitores tienen resistencia interna limitada por materiales de fabricación.

Diferentes tipos de capacitores vienen con diferentes rangos ESR. Es crítico medir la resistencia serie equivalente de sus capacitores.

¿Qué es un Medidor ESR?

Al medir capacitores, los medidores de capacitancia (digitales o analógicos) pueden engañarle. Podría pensar que un capacitor defectuoso está bien. Si no prueba ESR, perderá un capacitor malo y no hará reparaciones. Necesita un medidor ESR.

Un medidor ESR es herramienta de medición de dos terminales con propósito principal de medir ESR de capacitores. Capacitores malos tienen lecturas ESR altas que no puede medir con medidor de capacitancia digital regular o multímetro.

No es todo.

Puede usar medidor ESR sin retirar capacitores de su circuito.

Lo mejor: puede usar ESR para otros experimentos: comprobar resistencias de bajo ohmio (0.33 y 0.22 ohm), localizar cortocircuitos en PCBs, amplificadores de altavoz, y comprobar estado de baterías normales y recargables.

¿Cómo Funciona el Medidor ESR?

Varios factores contribuyen a pérdida de potencia en capacitores. Se resumen como ESR. Para entender cómo funciona, veamos componentes:

Oscilador

El oscilador suministra la señal AC requerida para impulsar corriente a través del capacitor bajo prueba. Buen ejemplo: circuito oscilador a ~100 kHz.

100 kHz es estándar industrial para mediciones ESR. Una sección actúa como oscilador de desfase. Fácil de implementar, muestra excelente aproximación de onda senoidal.

La otra sección funciona como amplificador y buffer. Debido a la alta impedancia de salida del oscilador de desfase, esta sección evita sobrecarga. Puede ajustar nivel de señal 100 kHz con potenciómetro de control de ganancia.

El Detector ESR

Aquí ocurre la mayor acción. Primera sección: convertidor voltaje-corriente que convierte señal 100 kHz del oscilador a corriente pico-pico ~7mA.

Puede conectar el CUT (capacitor bajo prueba) dentro del bucle de realimentación de esta etapa. También con dos bornes de panel frontal para que el CUT reciba la misma corriente.

Sección de Conversión de Potencia

Enfoque de fuente única requiere referencia de tierra virtual en todo el medidor. En esta etapa, regulador de voltaje convencional de tres terminales (en entrada) suministra bus +5v.

El bus -5v obtiene suministro de componente que entrega voltaje DC igual en magnitud (polaridad inversa) a la entrada.

Cómo Funciona

Diagrama de Circuito ESR

Primero, TR1 en el diagrama y transistor NPN fijado crean realimentación simple que dispara oscilador de bloqueo. Este oscila a alta frecuencia.

Las oscilaciones crean magnitud consistente de voltaje sobre 5 vueltas del secundario del transformador. El oscilador aplica la alta frecuencia inducida a través del CTU.

Ve un amplificador operacional unido a la alimentación de alta frecuencia y bajo voltaje. Funciona como amplificador de voltaje.

Si ESR está ausente o tiene capacitor funcionando, el medidor sugerirá desviación completa. Muestra ESR diminuto sobre el capacitor, que baja a cero para varios capacitores con diferentes niveles ESR.

Un ESR menor podría causar corriente moderadamente mayor en la entrada inversora del amplificador operacional. También se muestra en medidor con alto grado de desviación y viceversa.

El transistor BC547 superior funciona como colector de voltaje y etapa reguladora. El transistor maneja etapa oscilador con mínimo 1.5 voltios. Otros dispositivos alrededor del CUT no sufrirán estrés por frecuencia de prueba del medidor ESR.

Fácil calibración. Manteniendo cables de prueba cortos, el preajuste 100k cerca del medidor uA ajusta hasta lograr desviación completa en la escala.

Después, verifique varios capacitores con altos valores ESR en el medidor y grados aproximadamente menores de desviación.

Finalmente, el transformador está sobre anillo de ferrita. Usa imán delgado con varias vueltas en el diagrama.

Cómo Construir su Medidor ESR

Diagrama de circuito ESR

En esta sección, aprenderemos a hacer el circuito anterior. Se alimenta de una sola batería 9V. Puede usar LDO de bajo costo como reemplazo para obtener máxima vida de batería mientras el voltaje cae.

El LM2936 no es caro y operará incluso cuando caiga a 5.5V. Añadimos indicador LED encendido/apagado tras el interruptor, aunque no se muestra en el diagrama.

Componentes del 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

Operación del Circuito

Veamos ilustraciones para entender mejor. Ilustraremos formas de onda en puntos 1, 2, y 3 con terminal ESR acortado (0) y con ESR alto (5.6) Ohm. Las formas de onda corresponden a canales relacionados y captura de osciloscopio.

La señal en la salida del divisor capacitor/resistencia es ~232 mV pico-pico. El transistor multiplica el valor de salida por factor >10. Canal 3 mantiene señal filtrada y rectificada (~1.35 V).

Formas de onda con ESR (0)

Así se ve el medidor en agotamiento total tras ajustar potenciómetro 10k.

Agotamiento total de ESR (0)

Cuando capacitor tiene ESR alto (5.6 Ohm), insértelo en terminales de prueba. El voltaje de salida del punto 2 reduce, y también el nivel DC resultante en punto 3.

Formas de onda con ESR (5.6 Ohm)

Así se ve el medidor con agotamiento ESR = 5.6 Ohm.

Medidor para agotamiento ESR (5.6 Ohm)

Construcción del Circuito

Este circuito es tan fácil que puede usar placa perforada para ensamblaje. Aunque no será fácil encontrar transformador de señal adecuado para T1/E1, podría tener uno en su caja de partes.

Gran alternativa: transformadores de fuentes de alimentación conmutadas (fuentes ATX de PC). Otra: mayor relación de vueltas. Pero debe ajustar resistencia en serie 150 Ohm a valor mayor.

Así se ve el circuito completamente ensamblado:

Ensamblaje del Circuito

Una vez ensamblado, haga ensamblaje final en caja metálica. Use conector de audio y cable de audio blindado para conectar sondas. Conecte tierra (blindaje) a la caja metálica.

Ensamblaje Final del Circuito

Limitaciones de Casi Cualquier Medidor ESR

Limitaciones:

1. Si tiene capacitor con cortocircuito interno, las lecturas del medidor ESR le engañarán haciéndole pensar que tiene ESR de bajo valor.

2. No es la mejor opción para probar capacitores < 30 microfaradios. Si el capacitor es muy bajo, la reactancia de medición de frecuencia se vuelve altamente significativa. Resulta en ESR excesivo.

3. Errores por cables de prueba largos del CUT. Porque ESR es un ohmímetro de rango bajo.

Conclusión

Construir un ESR es proyecto fácil y divertido. Lo mejor: logra con partes comunes de laboratorio electrónico. El medidor ESR es la herramienta para técnicos de reparación, aficionados, diseñadores e ingenieros.

ESR es atributo importante de capacitores > 1 microfaradio. Necesitará el probador ESR para mediciones imposibles con medidor de capacitancia digital estándar.

Esto resume todo sobre medidores ESR y cómo construirlos. Si tiene preguntas o sugerencias, contáctenos. Estaremos felices de ayudar.