Esr vloss конденсатора что это
ESR конденсатора
ESR — оно же эквивалентное последовательное сопротивление — это очень важный параметр конденсаторов. Для чего он нужен и как его определить, об этом мы как раз и поговорим в нашей статье.
Реальные параметры конденсатора
Думаю, все вы в курсе, что в нашем бесшабашном мире нет ничего идеального. То же самое касается и электроники. Радиоэлементы, каскады, радиоузлы также частенько дают сбои. Можно даже вспомнить недавнюю историю с космическим кораблем «Прогресс». Сбой какого-то узла повлек гибель целого гиганта космической отрасли. Даже простой, на первый взгляд, радиоэлемент конденсатор, имеет в своем составе не только емкость, но и другие паразитные параметры. Давайте рассмотрим схему, из чего все-таки состоит наш реальный конденсатор?
r — это сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора
С — собственно сама емкость конденсатора
ESR — эквивалентное последовательное сопротивление
ESI (чаще его называют ESL) — эквивалентная последовательная индуктивность
Вот на самом деле из чего состоит простой безобидный конденсатор, особенно электролитический. Рассмотрим эти параметры более подробно:
r — сопротивление диэлектрика. Диэлектриком может быть электролит в электролитических конденсаторах, бумага или еще какая-нибудь дрянь). Также между выводами конденсатора находится его корпус. Он тоже обладает каким-то сопротивлением и тоже сделан из диэлектрика и относится сюда же.
С — емкость конденсатора, которая написана на самом конденсаторе плюс-минус некоторые отклонения, связанные с погрешностью.
ESI(ESL) — последовательная индуктивность — это собственная индуктивность обкладок и выводов. На низких частотах можно не учитывать. Почему? Читаем статью катушка индуктивности в цепи постоянного и переменного тока.
Где «прячется» ESR в конденсаторе
ESR представляет из себя сопротивление выводов и обкладок
Как вы знаете, сопротивление проводника можно узнать по формуле:
ρ — это удельное сопротивление проводника
l — длина проводника
S — площадь поперечного сечения проводника
Так что можете посчитать приблизительно сопротивление выводов конденсатора и заодно его обкладок 😉 Но, конечно же, так никто не делает. Для этого есть специальные приборы, которые умеют замерять этот самый параметр. Например, мой прибор с Алиэкспресса, который я недавно приобрел.
Почему вредно большое значение ESR
Раньше, еще когда только-только стали появляться первые электронные схемы, такой параметр, как ESR даже ни у кого не был на слуху. Может быть и знали, что есть это сопротивление, но оно никому не вредило. Но… с появлением первых импульсных блоков питания все чаще стали говорить о ESR. Чем же столь безобидное сопротивление не понравилось импульсным блокам питания?
На нулевой частоте (постоянный ток) и низких частотах, как вы помните из статьи конденсатор в цепи постоянного и переменного тока, конденсатор сам оказывает большое сопротивление электрическому току. В этом случае какие-то паразитные доли Ома сопротивления ESR не будут влиять на параметры электрической цепи. Все самое интересное начинается тогда, когда конденсатор работает в высокочастотных цепях (ВЧ).
Мы с вами знаем, что конденсатор пропускает через себя переменный ток. И чем больше частота, тем меньше сопротивление самого конденсатора. Вот вам формула, если позабыли:
где, ХС — это сопротивление конденсатора, Ом
П — постоянная и равняется приблизительно 3,14
F — частота, измеряется в Герцах
С — емкость, измеряется в Фарадах
Но, одно то мы не учли… Сопротивление выводов и пластин с частотой не меняется! Так… и если пораскинуть мозгами, то получается, что на бесконечной частоте сопротивление конденсатора будет равняться его ESRу? Получается, наш конденсатор превращается в резистор? А как ведет себя резистор в цепи переменного тока? Да точно также как и в цепи постоянного тока: греется! Следовательно на этом резисторе будет рассеиваться мощность P в окружающую среду. А как вы помните, мощность через сопротивление и силу тока выражается формулой:
I — это сила тока, в Амперах
R — сопротивление резистора ESR, в Омах
Значит, если ESR будет больше, то и мощность рассеивания тоже будет больше! То есть этот резистор будет хорошенько нагреваться.
Догоняете о чем я вам толкую? 😉
Из всего выше сказанного можно сделать простенький вывод: конденсатор с большим ESR в высокочастотных цепях с большими токами будет нагреваться. Ну да ладно, пусть себе греется… Резисторы и микросхемы тоже ведь греются и ничего! Но весь косяк заключается в том, что с увеличением температуры конденсатора меняется и его емкость! Есть даже такой интересный параметр конденсатора, как ТКЕ или Температурный Коэффициент Емкости. Этот коэффициент показывает, насколько поменяется емкость при изменении температуры. А раз уже «плавает» емкость, то вслед за ней «плывет» и схема.
ESR электролитических конденсаторов
В основном параметр ESR касается именно электролитических конденсаторов. Электролит, который там есть, теряет часть своих свойств при нагреве и конденсатор меняет свою емкость, что, конечно же, нежелательно. После приличного нагрева конденсатор начинает тупить, вздувается и быстро стареет.
У вздувшихся конденсаторов в первую очередь как раз ESR и растёт, тогда как ёмкость до определённого времени может оставаться практически номинальной ( ну той, которая написана на самом конденсаторе)
Ещё симптом: если отрубить питание на некоторое время (сетевой фильтр выключить, или из розетки выдернуть) — то снова начинает включаться не с первой попытки, или после паузы. А если не выключать питание, то комп может включаться сразу (но это тоже до поры, до времени, разумеется). Но бывает, что конденсаторы не вспухли, а ESR уже в десятки раз выше нормы. Тогда, понятно, заменяем. По опыту — очень частая проблема. И весьма легко диагностируемая (особенно, при наличии чудо-приборчика от китайских товарищей).
Таблица ESR
Как я уже сказал, ESR в основном проверяют именно у электролитических конденсаторов, потому что они используются в импульсных блоках питания. Вот небольшая табличка для максимально допустимых значений ESR для новых электролитических конденсаторов в зависимости от их рабочего напряжения:
Как измерить ESR
Давайте замеряем некоторые наши китайские конденсаторы на ESR. Для этого берем наш многофункциональный универсальный R/L/C/Transistor-metr и проведем несколько замеров:
Первым в бой идет конденсатор на 22 мкФ х 25 Вольт:
Емкость близка к номиналу. ESR=1,9 Ом. Если посмотреть по табличке, то максимальный ESR=2,1 Ом. Наш конденсатор вполне укладывается в этот диапазон. Значит его можно использовать в высокочастотных цепях.
Следующий конденсатор 100 мкФ х 16 Вольт
ESR=0,49 Ом, смотрим табличку… 0,7 максимальный. Значит тоже все ОК. Можно тоже использовать в ВЧ цепях.
И возьмем конденсатор емкостью побольше 220 мкФ х 16 Вольт
Максимальный ESR для него 0,33 Ом. У нас же высветило 0,42 Ома. Такой конденсатор уже не пойдет в ВЧ часть радиоаппаратуры. А в простые схемки, где гуляют низкие частоты (НЧ) сгодится в самый раз! ;-).
Конденсаторы с низким ESR
В нашем бурно-развивающемся мире электроника все больше строится именно на ВЧ части. Импульсные блоки питания почти полностью одержали победу над громоздкими трансформаторными блоками питания. Это мы, радиолюбители, до сих пор пользуемся самопальными блоками питания, сделанные из трансформаторов, которые нашли на помойке.
Но раз почти вся техника уходит в ВЧ диапазон, то и разработчики радиокомпонентов тоже не спят. Они создают конденсаторы, у которых низкий ESR и называются такие конденсаторы LOW ESR, что значит кондеры с низким ESR. На некоторых это пишут прямо на корпусе:
Отличительной чертой таких конденсаторов является то, что они вытянуты в длину. Также, по моим наблюдениям, на них чаще всего есть полоска золотого цвета:
Сейчас все чаще используют миниатюрные полимерные алюминиевые конденсаторы с низким ESR:
Где же их можно чаще всего увидеть? Конечно же, разобрав свой персональный компьютер. Можно найти их в блоке питания, а также на материнской плате компьютера.
Самым маленьким ESR обладают керамические и SMD-керамические конденсаторы
Интересное видео по теме:
Заключение
Ну что еще можно сказать про ESR? В настоящее время идет битва среди производителей за рынок. Кто предложит конденсатор с минимальным ESR и хорошей емкостью, тот молоток ;-). Не поленитесь также купить или собрать прибор ESR-метр. Особенно он будет очень актуален для ремонтников радиоэлектронной аппаратуры. Мультиметр может показать вам емкость и ток утечки, но вот внутреннее сопротивление покажет именно ESR-метр.
Бывало очень много случаев, когда аппаратура ну никак не хотела работать, хотя все элементы в ней были целые. В этом случае просто замеряли ESR-метром конденсаторы и выявляли их сопротивление. После замены дефектных конденсаторов с большим ESR на конденсаторы с низким ESR (LOW ESR), аппаратура оживала и работала долго и счастливо.
Универсальный тестер радиокомпонентов
Измеритель ESR R/C/L и тестер полупроводников
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 частоиспользуемые 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).
С недавнего времени стали доступны по цене универсальные измерители R, C, L и ESR. Многие из них обладают возможностью проверки практически всех ходовых радиодеталей.
Прибор запитывается от батарейки на 9V (типоразмер 6F22). Впрочем, если такой нет под рукой, прибор можно запитать и от стабилизированного блока питания.
На печатной плате тестера установлена ZIF-панель. Рядом указаны цифры 1,2,3,1,1,1,1. Дополнительные клеммы верхнего ряда ZIF-панели (те, которые 1,1,1,1) дублируют клемму под номером 1. Это для того, чтобы было легче устанавливать детали с разнесёнными выводами. Кстати, стоит отметить, что нижний ряд клемм дублирует клеммы 2 и 3. Для 2 отведено 3 дополнительных клеммы, а для 3 уже 4. В этом можно убедиться, осмотрев разводку печатных проводников на другой стороне печатной платы.
Итак, каковы же возможности данного тестера?
Замер ёмкости и параметров электролитического конденсатора.
Для начала проверим электролитический конденсатор на 1000 мкФ * 16V. Подключаем один вывод электролита к выводу 1, а другой к выводу 3.
Можно подключит один из выводов к клемме 2. Прибор сам определит, к каким выводам подключен конденсатор. Далее жмём на красную кнопку.
Проверка танталового электролитического конденсатора 22 мкФ * 35в.
Тестер можно использовать и для замера ёмкости у обычных конденсаторов с ёмкостью где-то от 20 пикофарад (20pF). Если подключить к ZIF-Панели выносные щупы, то можно проверять и детали, выполненные в корпусах для поверхностного (SMT) монтажа. Я, например, с помощью этого тестера подбирал SMD-конденсаторы и резисторы.
Обращаю внимание! Перед тестированием конденсаторов, особенно электролитических, их необходимо разрядить! Иначе можно повредить прибор высоким остаточным напряжением. Особенно это относится к электролитам, выпаянным с плат.
Таинственный параметр Vloss.
При проверке конденсаторов, кроме ёмкости и ESR, универсальный тестер показывает ещё такой параметр, как Vloss. Что же он означает? К сожалению, точного и конкретного обоснования этого термина я 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.
Проверка полевых J-FET и MOSFET транзисторов.
Теперь давайте протестируем широко известный MOSFET транзистор IRFZ44N. Вставляем его в панель так, чтобы его выводы были подключены к клеммам 1,2,3.
Никаких правил подключения соблюдать не надо, как уже говорилось, прибор сам определить цоколёвку детали и выдаст результат на дисплей.
Более подробно об основных параметрах MOSFET-транзисторов я уже писал здесь.
Также советую заглянуть на страничку, где рассказывается о разновидностях полевых транзисторов и их обозначении на схеме. Это поможет понять, что же вам показывает прибор.
Проверка биполярных транзисторов.
В качестве подопытного «кролика» возьмём наш КТ817Г. Как видим, у биполярных транзисторов измеряется коэффициент усиления hFE (он же h21э) и напряжение смещения Б-Э (открытия транзистора) Uf. Для кремниевых биполярных транзисторов напряжение смещения находится в пределах 0,6
0,7 вольт. Для нашего КТ817Г оно составило 0,615 вольт (615mV).
Составные биполярные транзисторы тоже распознаёт. Вот только параметрам на дисплее я бы верить не стал. Ну, действительно. Не может составной транзистор иметь коэффициент усиления hFE = 37. Для КТ973А минимальный hFE должен быть не менее 750.
Как оказалось, структуру для КТ973А (PNP) и КТ972А (NPN) определяет верно. Но вот всё остальное замеряет некорректно.
Стоит учесть, что если хотя бы один из переходов транзистора пробит, то тестер может определить его как диод.
Проверка диодов универсальным тестером.
Для данного диода 1N4007: VF=677mV (0,677V). Это нормальное значение для низкочастотного выпрямительного диода. А вот у диодов Шоттки это значение ниже, поэтому их и рекомендуют применять в устройствах с низковольтным автономным питанием.
Кроме этого тестер замеряет и ёмкость p-n перехода (C=8pF).
Результат проверки диода КД106А. Как видим, ёмкость перехода у него во много раз больше, чем у диода 1N4007. Аж 184 пикофарады!
Если вместо диода установить светодиод и включить проверку, то во время тестирования он будет задорно помигивать.
Для светодиодов тестер показывает ёмкость перехода и минимальное напряжение, при котором светодиод открывается и начинает излучать. Конкретно для этого красного светодиода оно составило Uf = 1,84V.
Как оказалось, универсальный тестер справляется и с проверкой сдвоенных диодов, которые можно встретить в компьютерных блоках питания, преобразователях напряжения автоусилителей, всевозможных блоках питания.
Проверка сдвоенного диода MBR20100CT.
Тестер показывает падение напряжения на каждом из диодов Uf = 299mV (в даташитах указывается как VF), а также цоколёвку. Не забываем, что сдвоенные диоды бывают как с общим анодом, так и общим катодом.
Проверка резисторов.
Данный тестер отлично справляется с замером сопротивления резисторов, в том числе переменных и подстроечных. Вот так прибор определяет подстроечный резистор типа 3296 на 1 кОм. На дисплее переменный или подстроечный резистор отображается в виде двух резисторов, что не удивительно.
Также можно проверить постоянные резисторы с сопротивлением вплоть до долей ома. Вот пример. Резистор сопротивлением 0,1 Ома (R10).
Замер индуктивности катушек и дросселей.
На практике не менее востребована функция замера индуктивности у катушек и дросселей. И если на крупногабаритных изделиях наносят маркировку с указанием параметров, то вот на малогабаритных и SMD-индуктивностях такой маркировки нет. Прибор поможет и в этом случае.
На дисплее результат измерения параметров дросселя на 330 мкГ (0,33 миллиГенри).
Маломощные симисторы данный тестер проверяет без проблем. Я, например, проверял им MCR22-8.
А вот более мощный тиристор BT151-800R в корпусе TO-220 прибор протестировать не смог и отобразил на дисплее надпись «? No, unknown or damaged part», что в вольном переводе означает «Отсутствует, неизвестная или повреждённая деталь».
Кроме всего прочего, универсальный тестер может замерять напряжение батареек и аккумуляторов.
Я был обрадован ещё и тем, что данным прибором можно проверить оптопары. Правда, проверить такие «составные» детали можно только в несколько этапов, поскольку они состоят минимум из двух изолированных между собой частей.
Покажу на примере. Вот внутреннее устройство оптопары TLP627.
Излучающий диод подключается к выводам 1 и 2. Подключим их к клеммам прибора и посмотрим, что он нам покажет.
Как видим, тестер определил, что к его клеммам подключили диод и отобразил напряжение, при котором он начинает излучать Uf = 1,15V. Далее подключаем к тестеру 3 и 4 выводы оптопары.
На этот раз тестер определил, что к нему подключили обычный диод. В этом нет ничего удивительного. Взгляните на внутреннюю структуру оптопары TLP627 и вы увидите, что к выводам эмиттера и коллектора фототранзистора подключен диод. Он шунтирует выводы транзистора и тестер «видит» только его.
Так мы проверили исправность оптопары TLP627. Похожим образом мне удалось проверить и маломощное твёрдотельное реле типа К293КП17Р.
Теперь расскажу о том, какие детали этим тестером НЕ проверить.
Мощные тиристоры. При проверке тиристора BT151-800R прибор показал на дисплее биполярный транзистор с нулевыми значениями hFE и Uf. Другой экземпляр тиристора определил как неисправный. Возможно, это действительно так и есть;
Стабилитроны. Определяет как диод. Основных параметров стабилитрона вы не получите, но можно удостовериться в целостности P-N перехода. Производителем заявлено корректное распознавание стабилитронов с напряжением стабилизации менее 4,5V.
При ремонте всё-таки рекомендую не полагаться на показания прибора, а заменять стабилитрон новым, так как бывает, что стабилитроны исправны, но напряжение стабилизации «гуляет»;
Любые микросхемы, такие как интегральные стабилизаторы 78L05, 79L05 и им подобные. Думаю, пояснения излишни;
Динисторы. Собственно, это понятно, так как динистор открывается только при напряжении в несколько десятков вольт, например, 32V, как у распространённого DB3;
Ионисторы прибор также не распознаёт. Видимо из-за большого времени заряда;
Варисторы определяет как конденсаторы;
Однонаправленные супрессоры определяет как диоды.
Универсальный тестер не останется без дела у любого радиолюбителя, а радиомеханикам сэкономит кучу времени и денег.
Стоит понимать, что при проверке неисправных полупроводниковых элементов, прибор может определить тип элемента некорректно. Так, биполярный транзистор с одним пробитым p-n переходом, он может определить как диод. А вздувшийся электролитический конденсатор с огромной утечкой распознать как два встречно-включенных диода. Такое бывало. Думаю, не надо объяснять, что это свидетельствует о негодности радиодетали.
Но, стоит учесть тот факт, что также имеет место и некорректное определение значений из-за плохого контакта выводов детали в ZIF-панели. Поэтому в некоторых случаях следует повторно установить деталь в панель и провести проверку.