Как пользоваться измерителем ESR R/C/L и тестером полупроводников

30.01.201931.01.2019 admin 0 Комментариев ESR, M328KIT, измеритель, мультиметр, тестер

6 057

Любому, кто работает с электроникой, требуется тестер радиоэлектронных компонентов. В большинстве случаев электронщики всех мастей обходятся цифровым мультиметром. Им можно проверить с достаточной точностью самые часто используемые электронные компоненты: диоды, биполярные транзисторы, конденсаторы, резисторы и пр.

Но среди радиодеталей есть и такие, проверить которые рядовым мультиметром сложно, а порой и невозможно. К таким можно отнести полевые транзисторы (как MOSFET, так и J-FET). Также, обычный мультиметр не всегда имеет функцию замера ёмкости конденсаторов, в том числе и электролитических.

И даже если таковая функция имеется, то прибор, как правило, не измеряет ещё один очень важный параметр электролитических конденсаторов – эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС или ESR).

Уже довольно давно стали доступны по цене универсальные измерители R, C, L и ESR. Многие из них обладают возможностью проверки практически всех ходовых радиодеталей.

Схема тестера:

Давайте узнаем, какими возможностями обладает такой тестер. На фото универсальный тестер R, C, L и ESR — MTester V2.07 (QS2015-T4). Он же LCR T4 Tester:

Версия прошивки тестера 2.07, название MTester.

Питается прибор от кроны, но это не плохо — в тестере есть автоотключение и крону не удастся разрядить, забыв выключить приборчик:

Плата двухсторонняя и вся классическая схемотехника как на ладони. И я думаю что в работе этот прибор полностью повторит прибор с текстовым дисплеем, ну если только китайцы не накосячили с прошивкой:

Подключаю два резистора, ну что же, выглядит все наглядно и номиналы правильно определяются:

Добавляю третий более высокоомный резистор и тестер его просто не видит, что конечно не удивительно: два последовательно включенных низкоомных сопротивления его шунтируют. Конечно был бы более наглядны опыт с тремя одинаковыми резисторами, нужно его будет сделать.

А вот с конденсаторами не большие проблемы с показаниями есть. Врет прибор по внутреннему сопротивлению, наверно прошивка «китайская»:):

И во втором конденсаторе, тоже большое сопротивление и такое же по значению:

И в третьем случае тоже самое внутреннее сопротивление, совершенно точно это косяк прошивки:

Идем дальше, посмотрим что с электролитическими конденсаторами. А вот у них ESR определяется нормально:

Теперь посмотрим дроссели, индуктивность определяется вполне адекватно:

Да и сопротивление тоже похоже на правду:

Теперь посмотрим диод шоттки: падение напряжения похоже на правду, а емкость достаточно мала чтобы быть определенной:

И неудобство в тестировании поверхностных компонентов осталось: нужно либо как то прижимать детальку к площадкам чтобы она контачила всеми выводами и при этом не улетела на пол, либо подпаивать проводки, что тоже не очень удобно.

А вот и картинка с MOSFet:

Вставляем его в панель так, чтобы его выводы были подключены к клеммам 1,2,3.

Никаких правил подключения соблюдать не надо, прибор сам определить цоколёвку детали и выдаст результат на дисплей.

На дисплее, кроме цоколёвки транзистора и его типа (n-канальный MOSFET), тестер указывает величину порогового напряжения открытия транзистора VGS(th) (Vt = 3,74V) и ёмкость затвора транзистора Ciis (C = 2,51nF). Если заглянуть в даташит на IRFZ44N и найти там значение VGS(th), то можно обнаружить, что оно находится в пределах 2 — 4 вольт.

Внимание! Перед тестированием конденсаторов, особенно электролитических, их необходимо разрядить! Иначе можно повредить прибор высоким остаточным напряжением. Особенно это относится к электролитам, выпаянным с плат.

Параметр Vloss.
При проверке конденсаторов, кроме ёмкости и ESR, универсальный тестер показывает ещё такой параметр, как Vloss. К сожалению, точного и конкретного обоснования этого термина не нашёл.

Но, судя по всему, он косвенно указывает на уровень утечки конденсатора. Как известно, реальный конденсатор имеет сопротивление диэлектрика между обкладками. Благодаря этому сопротивлению конденсатор медленно разряжается из-за, так называемого, тока утечки.

Так вот, при заряде конденсатора коротким импульсом тока напряжение на его обкладках достигает определённого уровня. Но, как только заряд конденсатора прекращается, напряжение на заряженном конденсаторе падает на очень небольшую величину. Разность между максимальным напряжением на конденсаторе и тем, что наблюдается после завершения заряда и выражают как Vloss. Чтобы было удобней, Vloss выражают в процентах.

Падение напряжения на обкладках конденсатора объясняют как внутренним рассеиванием заряда, так и сопротивлением между обкладками, которое имеется у всех конденсаторов, так как любой диэлектрик имеет, пусть и большое, но сопротивление.

Для керамических и электролитических конденсаторов высокий показатель Vloss в несколько процентов свидетельствует о плохом качестве конденсатора.

Ну и какие можно подвести итоги : прибор полностью оправдал ожидания, версия очень полезного прибора для ремонта электронной и бытовой техники.

В минусах: косяк с ESR на неполярных конденсаторах и неудобное подключение smd-компонентов. Но плюсов то больше!

Документация по прибору.

ESR-метр и работа с ним

Сегодня пойдет речь об очень полезном в домашней мастерской приборе — ESR-метр на базе микроконтроллера ATmega328. Сейчас их большое разнообразие в китайских магазинах — они отличаются функционалом, стоимостью, внешним видом, да и приборы одной модели могут быть с разными прошивками и версиями. Но наибольшим спросом пользуется прибор как на фото ниже. 

Почему именно этот измеритель? Всё дело в низкой цене и достаточно большом функционале за такие деньги. Стоит заметить, что прибор продаётся в виде платы и без корпуса. Также не комплектуется элементом питания типа «Крона». Всё, что вы получаете при покупке — это плату как на фото выше и упаковочный пакет.

 

Как было упомянуто, есть нюанс с версиями устройства. Более ранние модели имели дисплей, сдвинутый ближе к левой границе платы, что закрывало монтажное отверстие на плате. В следующих моделях это уже исправлено. Сама разводка платы также немного меняется от версии к версии. 

Подключение испытуемого радиокомпонента производится на контактную площадку на самой плате (для SMD-элементов) либо в так называемый DIP-разъем с нулевым усилием (ZIF-панель). Разъем имеет два ряда контактов, в каждом три основных и четыре дополнительных. Пусть вас не пугает такое их количество — по сути, тут только 3 контакта для подключения радиодетали — остальные дублируются.

Первые три контакта верхнего ряда это и есть основные. Четыре контакта слева в первом ряду дублируют контакт «1». То есть в верхнем ряду идут контакты 1, 2, 3, 1, 1, 1, 1. В нижнем ряду первые три контакта (слева направо) это контакт «2». Следующие четыре контакта это «3». То есть нижний ряд это 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3.

Процесс измерения до безобразия прост — «нажми на кнопку — получишь результат». Вставляем/подключаем радиокомпонент к контактным площадкам, жмём кнопку, через небольшую паузу прибор выводит на дисплей показания. Измерение высокоемкостного конденсатора занимает немного больше времени. Если радиокомпонент в обрыве — будет выведено соответствующее сообщение на экран. При включении прибора на экране отображается напряжение батареи.

Помимо прочих измерений наиболее важным (для чего собственно и приобретался сей прибор) это измерение ESR (Эквивалентное последовательное сопротивление, ЭПС, внутреннее сопротивление электрического конденсатора). Дело в том, что далеко не каждый мультиметр измеряет просто ёмкость конденсатора, не говоря уже о ESR. И даже если тестер умеет делать замеры ёмкости, то весьма в малом диапазоне — в моём случае не самый дешевый мультиметр Mastech MS8268 «умеет» измерять до 200 мкФ, чего совсем недостаточно; измерять ESR совсем «не умеет».

 

Не секрет, что основными неисправностями электролитических конденсаторов являются потеря ёмкости и повышенный ESR. И первое, и второе способен диагностировать подопытный прибор. На мой взгляд это основное предназначение данного прибора. Ниже приведен список радиодеталей, которые можно измерить нашим ESR-метром.

• транзисторы: автоматическое определение структуры (NPN, PNP), N/P-канальные MOSFET, коэффициент усиления (h_fe), падение напряжения, автоопределение выводов
• резисторы: сопротивление от 0.1 Ом до 50 МОм
• конденсаторы: esr, потеря напряжения, ёмкость от 25 пФ до 100000 мкФ
• катушки индуктивности: индуктивность от 0.01 мГн до 20 Гн, сопротивление
• диоды: падение напряжения, ёмкость, автоопределение выводов

Это основной список. В описании товара указано, что прибор может определить тиристоры и стабилитроны с напряжением ниже 4. 5 В, хотя в моём случае они не определялись. Возможно, дело в прошивке (она постоянно обновляется у производителя).

Скриншоты при измерении различных радиокомпонентов.

Важно помнить, что перед измерением конденсаторов их необходимо разрядить, поскольку они долгое время могут хранить в себе заряд и способны вывести из строя прибор.

Если планируете часто пользоваться прибором, то советую подумать о блоке питания на 9 В для него. ZIF-панель со временем изнашивается, зажимы в ней ослабевают. Поскольку прибор являет собой саму плату, то неплохо бы также подумать и о корпусе, чтобы не повредить шлейф дисплея или случайно не замкнуть дорожки с обратной стороны.

Изготовление корпуса и блока питания для ESR-метра описано здесь

Что такое ESR-метр? | Почему я должен использовать СОЭ?

Все конденсаторы имеют определенное сопротивление прохождению переменного тока. ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) — это сумма всех внутренних сопротивлений конденсатора, измеренная в Омах. Идеальный конденсатор имеет НУЛЕВОЕ ESR. На приведенной ниже диаграмме вы можете увидеть резистор, включенный последовательно с «СОВЕРШЕННЫМ КОНДЕНСАТОРОМ». Значение резистора называется ESR. Электролитические конденсаторы имеют тенденцию увеличивать свое ESR со временем из-за высыхания или коррозии. Высокое ESR является частой проблемой в современных электронных схемах. Даже увеличение ESR на 1 или 2 Ом может вызвать серьезные проблемы. В нормальных условиях ESR имеет очень низкое значение, которое остается таким в течение многих лет, если только резиновое уплотнение не повреждено, и в этом случае водная составляющая электролита постепенно высыхает, и ESR со временем увеличивается. Увеличение ESR увеличивает как падение напряжения внутри конденсатора, так и тепло, выделяемое в конденсаторах из-за резистивного нагрева. Если вы не проверите ESR, вам может потребоваться ремонт «TOUGH DOG». Высокое ESR является первым признаком неисправности конденсатора. Высокое значение ESR вызовет полный отказ цепи, перегрев конденсатора, нагрузку на цепь, перенапряжение других компонентов цепи и другие нежелательные эффекты.

Зачем мне использовать СОЭ?

Поскольку измерение электролитического конденсатора с помощью аналогового или цифрового измерителя емкости может ВВЕСТИ в заблуждение техника, заставив его поверить в то, что неисправный конденсатор исправен. Это может привести к потере вашего драгоценного времени, и вы не сможете отремонтировать оборудование. Это означает, что вы не можете взимать плату с вашего клиента! Если вы не проверите ESR на конденсаторе, вы всегда пропустите неисправный конденсатор. Обычно эти неисправные конденсаторы имеют высокое значение ESR, которое не может измерить ваш обычный мультиметр или цифровой измеритель емкости. Только с помощью ESR-метра вы сможете измерить ESR на конденсаторе, и вас не будут обманывать конденсаторы с плохим ESR. Измеритель ESR может работать даже в СХЕМЕ, что означает, что вам не нужно выпаивать конденсатор, чтобы измерить его с помощью обычного тестера конденсаторов, что в любом случае не будет точным.

Знаете ли вы, что ESR-метры могут творить и другие чудеса, помимо проверки ESR конденсатора? Некоторые цифровые ESR-метры имеют функции проверки:

» Резистор с низким сопротивлением, например, 0,22 Ом, 0,33 Ом и т. д. присутствует, индуктивность резко падает, и измеритель показывает показание в омах.

» Горизонтальный выходной транзистор (HOT) в мониторе или телевизоре. Если получено показание обрыва цепи, короткое замыкание произошло в другом месте. Если короткое замыкание остается, транзистор неисправен.

»Короткое замыкание в дорожке, обычно связанное с компонентами. Вы можете использовать измеритель ESR для обнаружения коротких замыканий на печатных платах путем измерения фактического сопротивления дорожки. Если показания увеличиваются по мере того, как вы продвигаетесь дальше по дорожке, вы знаете, что движетесь в неправильном направлении!

» Динамики, усилитель и т. д. Импульсы имеют быстрое время нарастания/спада, поэтому, вероятно, это также может быть грубым инжектором РЧ-сигнала.

»Состояние как обычных, так и перезаряжаемых аккумуляторов. Разряженный и неисправный аккумулятор будет иметь высокое ESR.

Источник: Jestine Yong

Измеритель ESR — Тестер электролитических конденсаторов

ESR — это эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. Вы можете представить его как резистор, подключенный последовательно с идеальным конденсатором. Величина этого сопротивления и есть ESR.
Одной из самых распространенных неисправностей бытовой электроники являются как раз бракованные электролитические конденсаторы. Использование мультиметра или измерителя емкости не может выявить большинство их неисправностей. Измерение ESR надежно находит неисправные электролитические конденсаторы. Износ этролического конденсатора сначала приведет к увеличению его ESR, позже его емкость может также снизиться. Высокое ESR конденсатора уже может стать причиной неисправности прибора, при этом емкость еще хорошая. Большим преимуществом этого измерителя ESR является то, что вам не нужно выпаивать конденсаторы, потому что измеряемое напряжение низкое и, следовательно, окружающие компоненты не влияют на измерение. Стандартный измеритель емкости не работает с конденсаторами внутри платы. Он также не может идентифицировать неисправные конденсаторы, потому что у них часто высокое ESR, при этом емкость еще хорошая. Для мастера по ремонту электроники измеритель ESR является абсолютной необходимостью. Он часто используется чаще, чем мультиметр!
Принцип измерения прост: конденсатор подключен к измеряется переменный ток высокой частоты (обычно 50-100 кГц) и падение напряжения на нем. Более высокое падение напряжения означает более высокое ESR.
В Интернете есть много схем самодельных ESR-метров. Однако большинство из них очень сложны и используют микроконтроллер. Другие индикаторы имеют только один светодиод, что недостаточно для измерения конденсаторов самых разных размеров и номиналов. Я выбрал простое и эффективное решение. В качестве источника тока высокой частоты, около 50 кГц, я использовал известную схему 555. Для измерения падения напряжения Я использовал небольшой аналоговый измеритель. Вы можете использовать небольшой микроамперметр или милливольтметр, достаточно индикатора с подвижной катушкой, индикатора настройки от старого радиоприемника или индикатора уровня звука (VU-метр). Выпрямительный диод D1 имеет малое падение напряжения, это может быть германиевый диод (от старое радио) или диод Шоттки. D2 защищает аналоговый счетчик от чрезмерное напряжение, когда конденсатор не подключен. Номиналы резисторов R1 и R2 должны быть выбирается в соответствии с вашим аналоговым измерителем. R2 выбирается таким образом, чтобы аналоговый измеритель не выходил за пределы диапазона, пока не подключен конденсатор, а R1 определяет чувствительность. Измерительные провода должны быть короткими (максимум 30 см / 1 фут), поскольку их сопротивление и индуктивность может повлиять на измерение.