- Medição de capacitor ESR
- Lista de Peças
- Diagrama de circuito
- Calculando ESR do Capacitor
- Exemplo: Medindo ESR para um capacitor eletrolítico de 100 uF
Os capacitores parecem estar bem até você chegar ao ponto em que uma fonte de alimentação falha ou se recusa a ter um desempenho ideal. E se o problema for ruído, há uma solução simples, basta adicionar mais capacitores. Mas isso não resolve. O que pode estar errado?
O problema surge da suposição ingênua de que os capacitores (em grande medida) são dispositivos "ideais", enquanto na verdade não são. Esses efeitos indesejados são causados por algo chamado resistência interna ou Resistência de série equivalente (ESR). Os capacitores possuem uma resistência interna finita devido aos materiais usados em sua construção. Explicamos ESR e ESL em capacitores em detalhes no artigo anterior.
Diferentes tipos de capacitores têm diferentes faixas de ESR. Por exemplo, os capacitores eletrolíticos em geral têm ESRs mais altos do que os capacitores de cerâmica. Para muitas aplicações, torna-se importante medir a resistência interna dos capacitores. E hoje neste artigo iremos construir um medidor ESR e aprender como medir o ESR do capacitor usando 555 Timer IC e transistores.
Medição de capacitor ESR
No início, a medição ESR pode parecer uma tarefa fácil.
A resistência pode ser determinada facilmente aplicando uma corrente constante e medindo a queda de tensão no dispositivo em teste.
E se aplicarmos uma corrente constante a um capacitor? A tensão aumenta linearmente e se estabiliza em um valor determinado pela tensão de alimentação, que (para nossos propósitos) é inútil.
Neste ponto, é hora de voltar a algo que aprendemos na escola - " Capacitores bloqueiam DC e passam AC"
Depois de fazer algumas conclusões simplificadas, entendemos que os capacitores são basicamente um curto-circuito em altas frequências e a parte capacitiva é 'em curto' do circuito e toda a tensão cai na resistência interna.
A vantagem deste método é que nem precisamos saber a corrente se conhecermos a resistência interna da fonte do sinal que está sendo usada, porque agora o ESR e a resistência interna (da fonte) formam um divisor de tensão, a relação de resistências é a razão das quedas de tensão, e sabendo três podemos facilmente determinar a outra.
Um osciloscópio é usado para medir as formas de onda na entrada e no capacitor.
Lista de Peças
Para o oscilador:
1. Temporizador 555 - ambos CMOS e bipolar funcionarão bem, mas CMOS é recomendado para altas frequências
2. Potenciômetro 100K - usado para ajuste de frequência
3. Capacitor 1nF - tempo
4. Capacitor de cerâmica de 10uF - desacoplamento
O estágio de poder:
1. Transistor bipolar NPN BC548
2. Transistor bipolar BC558 PNP
Uma nota rápida sobre a escolha dos transistores - qualquer transistor de sinal pequeno com um ganho alto (300 e mais) e uma corrente um pouco grande (50mA +) funcionará bem.
3. 560Ω base resistor
4. Resistor de saída de 47Ω - pode ser qualquer coisa de 10Ω a 100Ω.
Diagrama de circuito
Abaixo está o diagrama do circuito para este circuito ESR Capacitor Tester -
Este circuito do medidor ESR pode ser dividido em duas seções, o temporizador 555 e o estágio de saída.
1. O oscilador 555:
O circuito 555 é um multivibrador astável convencional que emite uma onda quadrada com uma frequência de algumas centenas de quilohertz. Nessa frequência, quase todos os capacitores agem como um curto. O potenciômetro de 100K permite o ajuste de frequência para obter a tensão mais baixa possível na tampa.
2. O estágio de energia:
Esta é uma solução alternativa para outro problema. Poderíamos conectar diretamente o capacitor à saída do temporizador 555, mas então precisaríamos saber a impedância de saída com precisão.
Para eliminar isso, um estágio de saída push-pull com um resistor em série é usado. O resistor fornece a impedância de saída.
Aqui está a aparência do hardware completo deste circuito ESR Meter:
Calculando ESR do Capacitor
A partir da equação do divisor de tensão, derivamos a seguinte fórmula:
ESR = (V CAP • R SAÍDA) / (V SAÍDA - V CAP)
Onde ESR é a resistência interna do capacitor, V CAP é o sinal através do capacitor (medido no nó CAP +), R OUTPUT é a resistência de saída do estágio de potência (aqui, 47 Ohms) e V OUTPUT é a tensão do sinal de saída como medido no ponto A do circuito.
Ao usar este circuito, é recomendável definir a ponta de prova do osciloscópio para 1X para aumentar a sensibilidade e diminuir a largura de banda para eliminar parte do ruído a fim de fazer uma medição precisa.
Primeiro, a tensão de pico a pico é medida no ponto A, à frente da impedância e anotada. Em seguida, o capacitor é conectado. Aumente o zoom até ver uma onda quadrada. Gire o potenciômetro até que a forma de onda não fique menor.
Dependendo do tipo de capacitor, a tensão de pico a pico da forma de onda resultante deve ser da ordem de algumas dezenas ou centenas de milivolts.
Exemplo: Medindo ESR para um capacitor eletrolítico de 100 uF
Aqui está a forma de onda de saída bruta do estágio de potência:
E aqui está a tensão no capacitor. Observe todo o ruído sobreposto ao sinal - tenha cuidado com a medição.
Inserindo os valores na fórmula, obtemos um ESR de 198mΩ.
O ESR do capacitor é um parâmetro importante ao projetar circuitos de energia e aqui construímos um dispositivo de medição ESR simples baseado no temporizador 555.