Un medidor de ESR es un instrumento de medición electrónico de dos terminales diseñado y utilizado principalmente para medir la resistencia en serie equivalente (ESR) de capacitores reales ; normalmente sin necesidad de desconectar el condensador del circuito al que está conectado. Otros tipos de medidores utilizados para el servicio de rutina, incluidos los medidores de capacitancia normales , no se pueden usar para medir la ESR de un capacitor, aunque hay medidores combinados disponibles que miden tanto la ESR como la capacitancia fuera de circuito. No se puede utilizar un miliohmetro o multímetro estándar ( CC ) para medir la ESR, porque una corriente continua constanteno se puede pasar a través del condensador. La mayoría de los medidores de ESR también se pueden usar para medir resistencias no inductivas de bajo valor, estén o no asociadas con un capacitor; esto conduce a una serie de aplicaciones adicionales que se describen a continuación.
Necesidad de medir la ESR
Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una ESR relativamente alta que aumenta con la edad, el calor y la corriente de ondulación ; esto puede hacer que el equipo que los utiliza no funcione correctamente. En equipos más antiguos, esto tendía a provocar zumbidos y un funcionamiento degradado; Los equipos modernos, en particular las fuentes de alimentación conmutadas , son muy sensibles a la ESR, y un condensador con una ESR alta puede hacer que el equipo funcione mal o cause daños permanentes que requieran reparación, generalmente al hacer que los voltajes de la fuente de alimentación sean excesivamente altos. [1] No obstante, los condensadores electrolíticos se utilizan con mucha frecuencia porque son económicos y tienen una capacitancia muy alta por unidad de volumen o peso; típicamente, estos condensadores tienen capacitancia desde aproximadamente un microfaradio hasta decenas de miles de microfaradios.
Los capacitores con fallas que conducen a una ESR alta a menudo se sobrecalientan y luego se abultan y tienen fugas a medida que los electrolitos químicos se descomponen en gases, lo que los hace algo fáciles de identificar visualmente; sin embargo, los capacitores que parecen visualmente perfectos aún pueden tener una ESR alta, detectable solo por medición.
La medición precisa de la ESR rara vez es necesaria y cualquier medidor utilizable es adecuado para la resolución de problemas. Cuando se requiere precisión, las mediciones deben tomarse en condiciones adecuadamente especificadas, porque la ESR varía con la frecuencia, el voltaje aplicado y la temperatura. Un medidor de ESR de uso general que funcione con una frecuencia y forma de onda fijas generalmente no será adecuado para mediciones de laboratorio precisas.
Métodos de medición de ESR
La medición de la ESR se puede realizar aplicando un voltaje alterno a una frecuencia a la que la reactancia del capacitor es despreciable, en una configuración de divisor de voltaje . Es fácil verificar la ESR lo suficientemente bien para la resolución de problemas mediante el uso de un medidor de ESR improvisado que comprende un generador de onda cuadrada simple y un osciloscopio , o un generador de onda sinusoidal de unas pocas decenas de kilohercios y un voltímetro de CA , usando un capacitor bueno conocido para comparar, o usando un poco de matemáticas. [2]
Un medidor de ESR profesional es más conveniente para verificar múltiples capacitores en rápida sucesión. Un puente de medición estándar y muchos medidores LCR y Q también pueden medir la ESR con precisión, además de muchos otros parámetros del circuito. El medidor de ESR dedicado es un instrumento de propósito especial relativamente económico de modesta precisión, que se utiliza principalmente para identificar condensadores con una ESR inaceptablemente grande y, a veces, para medir otras resistencias bajas; no se pueden realizar mediciones de otros parámetros.
Principios de funcionamiento del medidor de ESR
La mayoría de los medidores de ESR funcionan descargando un condensador electrolítico real (más o menos equivalente a un condensador ideal en serie con una resistencia no deseada, el ESR) y pasando una corriente eléctrica a través de él durante un corto período de tiempo, demasiado corto para que se cargue de manera apreciable. Esto producirá un voltaje en el dispositivo igual al producto de la corriente y la ESR más una contribución insignificante de una pequeña carga en el capacitor; este voltaje se mide y su valor se divide por la corriente (es decir, la ESR) que se muestra en ohmios o miliohmios en una pantalla digital o por la posición de un puntero en una escala. El proceso se repite decenas o cientos de miles de veces por segundo .
Alternativamente, se puede usar una corriente alterna a una frecuencia lo suficientemente alta como para que la reactancia del capacitor sea mucho menor que la ESR. Los parámetros del circuito generalmente se eligen para dar resultados significativos para la capacitancia desde aproximadamente un microfaradio hacia arriba, un rango que cubre los capacitores de aluminio típicos cuya ESR tiende a ser inaceptablemente alta.
Interpretación de lecturas
Un valor de ESR aceptable depende de la capacitancia (los capacitores más grandes generalmente tienen una ESR más baja) y puede leerse de una tabla de valores "típicos" o compararse con un nuevo componente. En principio, la especificación del límite superior del fabricante del condensador para ESR se puede buscar en una hoja de datos, pero esto suele ser innecesario. Cuando un condensador cuya ESR es crítica se degrada, la disipación de potencia a medida que aumenta la ESR generalmente causa un aumento rápido y grande, por lo que la medición de pasa / no pasa suele ser suficientemente buena, ya que la ESR a menudo se mueve rápidamente de un nivel claramente aceptable a un nivel claramente inaceptable. ; una ESR de más de unos pocos ohmios (menos para un condensador grande) es inaceptable.
En un circuito práctico, la ESR será mucho más baja que cualquier otra resistencia en paralelo con el condensador, por lo que no es necesario desconectar el componente y se puede realizar una medición en el circuito. Los medidores de ESR prácticos usan un voltaje demasiado bajo para encender cualquier unión de semiconductores que pueda estar presente en el circuito; esto podría presentar una impedancia "encendida" baja que interferiría con las mediciones.
Limitaciones
- Un medidor de ESR no mide la capacitancia de un capacitor; el condensador debe desconectarse del circuito y medirse con un medidor de capacitancia (o un multímetro con esta capacidad). Es mucho más probable que una ESR excesiva sea un problema identificable con los electrolíticos de aluminio en lugar de una capacitancia fuera de tolerancia, que es poco común en los capacitores con una ESR aceptable.
- Un capacitor defectuoso en cortocircuito será identificado incorrectamente por un medidor de ESR por tener una ESR idealmente baja, pero un ohmímetro o multímetro puede detectar fácilmente este caso, que es mucho más raro en la práctica que una ESR alta. Es posible conectar las sondas de prueba a un medidor de ESR y un ohmímetro en paralelo para verificar si hay cortocircuitos y ESR en una operación; algunos medidores miden la ESR y detectan cortocircuitos.
- La ESR puede depender de las condiciones de funcionamiento (principalmente voltaje aplicado, temperatura); un condensador que tiene una ESR excesiva a la temperatura y el voltaje de funcionamiento puede ser tan bueno si se mide en frío y sin alimentación. Algunas fallas del circuito debidas a tales capacitores intermitentes pueden identificarse usando spray de congelación ; si enfriar el condensador restablece el funcionamiento correcto, está averiado.
- Un medidor de ESR puede dañarse si se conecta a un capacitor con un voltaje significativo a través de él, ya sea debido a la carga residual almacenada o en un circuito vivo. Los diodos de protección a lo largo de la entrada minimizarán este riesgo, pero luego el medidor ya no podrá usarse para medir la resistencia interna de la batería.
- Cuando se utiliza un medidor de ESR como miliohmetro, cualquier inductancia significativa presente entre las sondas de prueba hará que las mediciones no tengan sentido. Por ejemplo, un medidor de ESR no es adecuado para medir la resistencia en los devanados de un transformador debido a sus características inductivas. Este efecto es lo suficientemente significativo como para que no se utilicen sondas de prueba con cables en espiral debido a su inductancia.
Otros usos de los medidores de ESR
Un medidor de ESR se describe con mayor precisión como un miliohmímetro de CA pulsado o de alta frecuencia (según el tipo), y se puede usar para medir cualquier resistencia baja. Un medidor de ESR sin diodos de protección adosados en su entrada puede medir la resistencia interna de las baterías (muchas baterías terminan su vida útil en gran parte debido a una mayor resistencia interna, en lugar de un EMF bajo ). Dependiendo del circuito exacto utilizado, también se puede utilizar un medidor de ESR para medir la resistencia de contacto de los interruptores , la resistencia de las secciones de la pista del circuito impreso (PCB), etc.
Si bien existen instrumentos especializados para detectar cortocircuitos entre pistas de PCB adyacentes, un medidor de ESR es útil porque puede medir resistencias bajas mientras inyecta un voltaje demasiado bajo para confundir las lecturas al encender las uniones de semiconductores en el circuito. Se puede usar un medidor de ESR para encontrar cortocircuitos, incluso para encontrar cuál de un grupo de capacitores o transistores conectados en paralelo por pistas de circuito impreso o cables está cortocircuitado. Muchos ohmímetros y multímetros convencionales no se pueden utilizar para resistencias muy bajas, y los que se utilizan a menudo utilizan un voltaje demasiado alto, con el riesgo de dañar el circuito que se está probando.
Las sondas de pinza son útiles cuando los puntos de prueba están poco espaciados, como en equipos fabricados con tecnología de montaje en superficie . Las sondas de pinza se pueden sostener con una mano, dejando la otra mano libre para estabilizar o manipular el equipo que se está probando.
Historia
El primer dispositivo importante para medir la ESR en circuito se basó en la "Patente estadounidense n.º 4216424 de Carl W. Vette : Método y aparato para probar condensadores electrolíticos" .[3] bajo la marca Creative Electronics. El medidor de ESR de Creative Electronics fue el dispositivo principal que muchos usaron durante la vigencia de la patente. La patente expiró en 1998, cuando muchas otras empresas entraron al mercado.
Patentes adicionales extendieron el trabajo original, incluido el 2001 de John G. Bachman. "Patente de EE. UU. # 6677764: Sistema para proteger equipos de prueba electrónicos de condensadores cargados" . [4]
Ver también
- Medidor de Q
- Medidor LCR
Referencias
- ^ Ejemplo de condensadores de alta ESR que provocan que los voltajes aumenten en un circuito y destruyan componentes. Archivado el 29 de octubre de 2013 en la Wayback Machine. Los condensadores ESR altos provocan que "5V caigan bastante bajo y provoquen que cualquier otro voltaje suba por las nubes (y haga cosas como freír el disco duro con más de 15V en lugar de 12V, y freír el transistor agc de sintonización). con más de 36 V en lugar de 30 V) ".
- ^ Stephen M. Powell (2000). "Adaptador de prueba de 99 centavos ESR" . Archivado desde el original el 28 de enero de 2010 . Consultado el 28 de mayo de 2019 .
- ^ Carl W. Vette (1978). "Patente de EE. UU. Nº 4216424: método y aparato para probar condensadores electrolíticos"
- ^ John G. Bachman (2001). "Patente de EE. UU. N. ° 6677764: sistema para proteger equipos de prueba electrónicos de condensadores cargados"