Таблица esr конденсаторов для китайского тестера: таблица. ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора

Таблица ESR. Ориентировочные и реальные значения ESR конденсаторов.

Как известно, эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) зависит от многих факторов. Поэтому результаты измерений этого параметра разными ESR-метрами порой сильно различаются. Некоторые приборы даже имеют специальную таблицу с допустимыми значениями ESR для сравнения.

В таблице №1 указаны величины ESR новых, ранее нигде не применявшихся электролитических конденсаторов.

Значения получены путём измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью тестера LCR T4, о котором я уже рассказывал на страницах сайта. Думаю, данная таблица будет полезна при оценке качества электролитических конденсаторов и принятии решения о пригодности их повторного использования или замене при ремонте.

На данный момент таблица №1 не заполнена полностью, так как у меня не оказалось в наличии конденсаторов некоторых номиналов. Несмотря на это, таблица постепенно будет дополняться новыми данными.

Таблица №1. ESR новых электролитических конденсаторов (тестер LCR T4).

В качестве образцов для измерения ESR (Таблица №1) использовались новые конденсаторы разных производителей. Преимущественно это конденсаторы Jamicon серии TK – с широким температурным диапазоном (значения выделены жирным шрифтом), а также ELZET, SAMWHA и GEMBIRD. Стоит отметить, что при проверке конденсаторы Jamicon показали более низкое значение ESR по сравнению с другими.

Отмечу и то, что производители выпускают конденсаторы с разными характеристиками и свойствами. Их делят на серии. В приведённой таблице приводится ESR обычных конденсаторов.

Кроме них выпускаются и конденсаторы Low ESR и Low Impedance, ЭПС которых, как правило, очень мал и порой составляет сотые доли ома.

Заносить величину ESR или импеданса таких конденсаторов в таблицу нет особого смысла, так как он очень мал и его легко узнать из документации на серию.

В колонке на 450V для ёмкости 82μF указано два значения ESR. Первое – среднее значение для конденсаторов SAMWHA (SD, 85°C(M)). Второе, выделенное цветом, это ESR конденсатора CapXon (LY, 105°C) для ЖК-телевизоров в вытянутом корпусе (13х50).

Отмечу ещё раз, что разные модели ESR-метров могут показывать разную величину ESR у одного и того же конденсатора. Как уже говорилось, эквивалентное последовательное сопротивление зависит от многих факторов, да и методика его измерения у различных приборов отличается. Поэтому здесь и указано, какой прибор применялся для измерений.

Для сравнения приведу ещё одну таблицу. Перед вами Таблица №2 с ориентировочными значениями ESR для электролитических конденсаторов разной ёмкости. Данная таблица используется Бобом Паркером в разработанном им ESR-метре K7214.

Таблица №2. Таблица значений ESR, применяемая Бобом Паркером в ESR-метре K7214.

мкф/вольты	10V	16V	25V	35V	63V	160V	250V
1				14	16	18	20
2.2			6	8	10	10	10
4. 7			15	7,5	4,2	2,3	5
10		6	4	3,5	2,4	3	5
22	5,4	3,6	2,1	1,5	1,5	1,5	3
47	2,2	1,6	1,2	0,5	0,5	0,7	0,8
100	1,2	0,7	0,32	0,32	0,3	0,15	0,8
220	0,6	0,33	0,23	0,17	0,16	0,09	0,5
470	0,24	0,2	0,15	0,1	0,1	0,1	0,3
1000	0,12	0,1	0,08	0,07	0,05	0,06
4700	0,23	0,2	0,12	0,06	0,06

Как видно, некоторые ячейки таблицы №2 пусты. Для конденсаторов ёмкостью до 10 мкФ максимально допустимой величиной ESR приемлемо считать 4 – 5 Ом.

Не помешает помнить одно простое правило:

У любого исправного электролитического конденсатора ESR не превышает 20 Ом (Ω).

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Маркировка конденсаторов постоянной ёмкости.

• Устройство танталового конденсатора.

• Свойства электролитических конденсаторов.

ESR конденсатора – Описание, как измерить, таблица ESR

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?

где

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:

где

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, Х_С  — 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:

P=I²xR

где

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.

[quads id=1]

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)

Чаще всего они вспухают в импульсных блоках питания и на материнках, обычно рядом с процессором (там выше на них нагрузка, да и тепло от процессора, вероятно, свою роль играет). Один из характерных симптомов: техника (комп, монитор) начинает включаться всё хуже и хуже. Либо с паузой (до нескольких часов после включения в сеть), либо с -дцатой попытки.

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.

На фото ниже мы видим материнскую плату компа , которая сплошь утыкана  конденсаторами с LOW ESR, некоторые из них я отметил в красном прямоугольнике:

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.

Конденсаторы с маленьким ESR по ссылке.

ESR-метр тоже по ссылке на алиэкспресс.

Глубокое погружение в ESR, тестирование — Блог — Экспериментирование с полимерными конденсаторами

Конкурс element14 «Экспериментирование с полимерными конденсаторами» — это возможность «поэкспериментировать, протестировать, макетировать или просто поиграть с полимерными конденсаторами», а затем показать, чему они научились. Во втором посте представлены итоги экспериментов, результаты и выводы для всех полимерных конденсаторов Panasonic в наборе element14. Обсуждаются методы улучшения процедуры испытаний и потенциальные дополнительные области исследований.

Предыстория

Несмотря на то, что идеальный конденсатор не имеет последовательного сопротивления, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) существует во всех реальных конденсаторах, хотя и с очень малыми значениями в некоторых исследованных полимерных конденсаторах. . Будут использоваться два метода измерения ESR: Peak ESR70 и осциллограф с прямоугольной волной. ESR обычно указывается на уровне около 100 кГц, на котором работает Peak ESR70. В диапазоне 100 кГц конденсаторы, используемые в этом эксперименте, начинают приближаться к короткому замыканию, и индуктивностью можно пренебречь. При этих предположениях напряжение, измеренное на конденсаторе с помощью осциллографа, как показано на следующей диаграмме, связано с ESR.

Во вступительном посте было получено уравнение, показанное на диаграмме: :

Настройка AD9850

1. Установка на 300 кГц
2. Измерение Rout с помощью уравнения делителя напряжения с резистором 100 Ом вместо конденсатора
3. Измерение Vfg

Измерьте емкость и ESR каждого конденсатора с помощью ESR70

1. Измерить и записать СОЭ
2. Измерить и записать емкость

Измерьте емкость каждого конденсатора с помощью Tenma 72-1020 и Extech EX330

1. Измерьте и запишите емкость

Измерьте напряжение каждого конденсатора с помощью осциллографа Siglent 1102 CML и прямоугольной волны 300 кГц

1. Измерьте и запишите напряжение холостого хода Vfg на осциллографе
2. Установите проверяемый конденсатор на место, как показано на схеме
3. Измерить и записать напряжение на конденсаторе
4. Ищите экспоненциальный рост/падение из-за заряда/разряда RC и других аномалий
Примечания к измерениям

 

Пиковая СОЭ70

Измерение с помощью ESR70 простое и понятное. Прибор калибруется, удерживая кнопку проверки нажатой до тех пор, пока не будет получен запрос на компенсацию датчика. Зажимы замыкаются друг на друга, а измеренное сопротивление затем сохраняется в приборе и автоматически вычитается из последующих измерений. На фотографии выше конденсатор емкостью 4,7 мкФ измеряется с помощью прилагаемых зажимов типа «крокодил». Для деталей SMD было обнаружено, что наконечники пробников, разработанные jw0752, обеспечивают хороший контакт и легко адаптируются к ESR70 и могут использоваться, как показано ниже:

ESR70 не обеспечивает 4-проводное измерение Кельвина, и в техническом описании указано разрешение от 0,01 до 0,02 Ом, когда ESR ниже 2 Ом. Показания варьировались от измерения к измерению во время эксперимента, и в необработанных данных записывается приблизительная медиана.

 

В комментариях к предыдущему сообщению есть ряд замечаний по поводу ограничений ESR70 и предложений по улучшению измерения конденсаторов с низким ESR, таких как в этом эксперименте. Эти ограничения будут очевидны в представленных данных. Предложения по улучшению измерений представлены в конце этого поста.

 

Измерения емкости с помощью ESR70 были приемлемыми, но, как правило, ниже, чем у настольного мультиметра Tenma 72-1020, который имеет лучшие характеристики. Другой мультиметр также дал несколько более высокие показания, чем ESR70, и больше соответствовал Tenma.

 

Осциллографический метод

 

Для использования с осциллографическим методом было разработано простое тестовое приспособление с использованием 0,1-дюймовых разъемов DuPont для сквозных конденсаторов и контактных площадок, расположенных на макетной плате от 0,1 до 0,3 дюйма с интервалом 0,1 дюйма для разъемов SMD. .

Для генерации прямоугольной волны использовались самодельный генератор частоты AD9850 BoosterPack и стартовая панель Texas Instruments MSP-EXPFR6989.

 

Было обнаружено, что для некоторых конденсаторов частота 100 кГц приводила к чрезмерному экспоненциальному поведению RC, которое улучшалось при увеличении частоты до 300 кГц. Соответственно показания с помощью осциллографа были сняты с прямоугольной волной 300 кГц. Выходное сопротивление AD9850 было измерено как 61 Ом. На фото ниже тестируется электролитический конденсатор 47 мкФ.

 

 

На фото ниже проходит испытания полимерный конденсатор емкостью 10 мкФ. Для банок они были прижаты к колодкам. Танталовые конденсаторы также были прижаты к площадкам, хотя один меньший конденсатор был припаян, чтобы посмотреть, будет ли это иметь большое значение. Никакой ошибки / разницы между пайкой и запрессовкой не наблюдалось, когда были приняты меры для обеспечения хорошего контакта.

 

 

Испытательное приспособление осциллографа испытывает сопротивление между щупом осциллографа и проверяемым конденсатором. Приспособление имело переменное сопротивление в зависимости от того, использовались ли коллектор Dupont или колодки. Дополнительное сопротивление контактных площадок оценивалось в 0,008 Ом, и оно было исключено (аналогично тому, как ESR70 компенсирует сопротивление пробника). Опять же, измерение не было полностью воспроизводимым. Приблизительная медиана была записана в таблицу данных с исключением высоко летающих.

 

На приведенном ниже снимке экрана осциллографа показан тестируемый алюминиевый электролитический конденсатор емкостью 220 мкФ , который указывает на очень низкое ESR. Поскольку перепад напряжения настолько мал, эта точка данных не была записана в таблицу.

 

 

Недорогой “MTester”

 

При проведении эксперимента я также получил среди прочего недорогой ESR и его ёмкость Atmelac 8 на основе китайского “MTester”2. Здесь измеряется полимерный гибридный конденсатор емкостью 33 мкФ:

 

Обратите внимание, что он не смог измерить ESR, который составил около 0,04 Ом с помощью ESR70 и метода осциллографа. Измеренная емкость 35,1 мкФ близка к показаниям других приборов.

 

Видеодемонстрация метода осциллографа

 

На видео ниже показано, как использовать метод осциллографа для измерения ESR.

 

У вас недостаточно прав для редактирования метаданных этого видео.

Редактировать носитель

Размеры Икс SmallMediumLargeCustom

Тема (обязательно) Краткое описаниеТеги (через запятую)Видимость видео в результатах поискаVisibleHidden

Родительский контент

Глубокое погружение в ESR, Тестирование

Плакат

Загрузить Предварительный просмотр

 

Необработанные данные

 

Данные были записаны в следующую электронную таблицу, которая автоматически рассчитывала ESR методом осциллографа по мере ввода данных. Все полимерные конденсаторы Panasonic были проверены, и там, где были доступны MLCC или электролитические конденсаторы с аналогичными значениями, они также были протестированы. Полученные необработанные данные сведены в таблицу ниже.

Обратите внимание, что ESR не регистрировалось для тех конденсаторов, где ESR было равно или ниже 0,03 Ом или около того. ESR70 показывал 0,00 на этих конденсаторах, и метод осциллографа не считался надежным при таких низких уровнях, как отмечалось выше. Емкость измерялась с помощью ESR70 и двух цифровых мультиметров. В даташите ESR указано максимальное значение.

 

Анализ протестированных конденсаторов

 

Все полимерные конденсаторы Panasonic хорошо соответствуют спецификациям, указанным в техническом паспорте. Измерение проводилось при комнатной температуре, и конденсаторы не поднимались слишком сильно выше комнатной температуры.

 

Измерения емкости между ESR 70 и настольным мультиметром Tenma 72-1020 хорошо согласовывались, хотя ESR70 последовательно измерял меньше, чем Tenma 72-1020.

 

 

Измеренное ESR полимерных конденсаторов Panasonic во всех случаях было на уровне или ниже максимального значения, указанного в техническом описании. Максимальные значения, перечисленные в таблице и приведенные выше для электролитических конденсаторов, на самом деле являются «типичными» значениями из руководства ESR70, и во всех случаях измеренное ESR было ниже этих значений. Однако из-за неточности методов тестирования при очень низких значениях СОЭ результаты, вероятно, следует рассматривать скорее как хорошо или плохо как для ESR70, так и для метода осциллографа. Конденсаторы все вроде хорошие .

 

Были проведены некоторые эксперименты с частотой. Увеличение частоты со 100 кГц до 300 кГц уменьшило емкостную составляющую.

 

Изучение таблицы необработанных данных показывает, что ESR электролитических конденсаторов намного выше, чем у полимерных конденсаторов, как и ожидалось. Неожиданностью стал относительно высокий ESR одного многослойного керамического конденсатора SMD (MLCC) неизвестного производства, взятого из китайской книги образцов. Этот конденсатор также был на краю спецификации емкости +/- 20 %.

 

Заключение

 

Все первоначальные цели, представленные во введении, были достигнуты:

• Описать СОЭ и способы ее измерения
• Получить экспериментальное значение ESR для конденсаторов различных типов и номиналов
• Получение экспериментальных значений емкости для различных типов и номиналов конденсаторов
• Сравнить и обобщить результаты

 

По результатам экспериментов были сделаны следующие выводы:

• Полимерные конденсаторы Panasonic соответствуют техническим характеристикам для исследованных условий
• Необходимо соблюдать осторожность при размещении электрода и контакте при измерении СОЭ
• Peak ESR70 оказался простым в использовании, но не обладает достаточной точностью и прецизионностью для измерения ESR ниже примерно 0,04 Ом.
• Метод осциллографа, хотя его сложнее настроить и использовать медленнее, дал результаты, аналогичные ESR70, при измерении ESR
• Недорогой “MTester” не смог измерить ESR ни для одного из полимерных конденсаторов

 

Существует несколько областей для улучшения и дальнейшего изучения:

• Увеличение напряжения функционального генератора и, следовательно, тока на проверяемом конденсаторе увеличит падение напряжения и, таким образом, улучшит измерение ESR с помощью осциллографического метода
• Синусоидальная волна вместо прямоугольной (и немного математики) может позволить исследовать емкостные и индуктивные компоненты
• Можно изготовить улучшенную испытательную оснастку осциллографа с более низким сопротивлением и лучшим контактом для компонентов SMD
• Лучшее измерение с помощью измерителя ESR можно получить с помощью 4-проводных датчиков Кельвина
• Было бы интересно измерить ESR при более высоких температурах и в диапазоне частот

 

Спасибо за интерес – ваши комментарии, предложения и исправления всегда приветствуются.

 

Исправления и изменения

 

26 мая 2019 г .: Исправлено описание тестируемого конденсатора на снимке экрана осциллографа с низким ESR – добавлено слово полимер

6 июня 2019 г.: Незначительные уточняющие правки

 

Ссылки

• Подробное описание СОЭ, введение
• Подробное изучение СОЭ, Приложение
• Усилитель генератора частоты AD9850

Набор испытанных электролитических конденсаторов

(Опубликовано 05.05.2020)

После резисторов и полиэфирных конденсаторов электролитические конденсаторы являются наиболее часто используемыми деталями в повседневной практике хобби-лаборатории. К счастью, вы также можете купить эти детали очень дешево в китайских интернет-магазинах. Мы исследовали качество такого предложения.

Знакомство с пакетом электролитических конденсаторов 25 x 25 = 625

625 электролитических конденсаторов по цене € 22,21 менее 25 евро. Это означает среднюю цену в четыре цента за конденсатор! Если учесть, что за самый дешевый тип в упаковке (1 мкФ ~ 50 В) вы платите в Conrad восемь центов, а за самый дорогой тип (2200 мкФ ~ 25 В) — 0,9 евро.4, то понятно, что это невероятно дешевое предложение.

Фейерверк или электролитические конденсаторы?

Китайские электролитические конденсаторы подвергаются критике на различных форумах электроники и на YouTube. Эти детали считаются совершенно ненадежными, они могут взорваться в любой момент и поэтому лучше рекламируются как фейерверк, чем как электронные детали. Мы купили один из этих наборов у Banggood и тщательно протестировали 90 из 625 поставленных единиц. Из 90, только один был неисправен и имел такой высокий ток утечки, что компонент взорвался через десять секунд. Не случайно слово « взорвать » взято в кавычки, так как произошло лишь то, что алюминиевый корпус лопнул в предназначенном для этого месте, а именно в верхней части компонента.

Единственный электролитический конденсатор, который не выдержал наших испытаний. (© 2021 Йос Верстратен)


Что входит в комплект поставки

Вы можете найти ассортимент на Banggood или AliExpress, выполнив поиск « Geekcreit 1 мкФ-2200 мкФ 625 шт. 25 значений электролитический конденсатор ». Этот пакет содержит следующие электролитические конденсаторы:

– 25 штук 1 мкф ~ 50 В

– 25 части 3,3 мкл ~ 50 В

– 25 штук 4,7 мкф ~ 50 В

– 25 штук 6,8 мкф ~ 50 В

       – 25 шт. по 10 мкФ ~ 25 В

– 25 штук 10 мкф ~ 50 В

– 25 штук 33 мкл ~ 50 В

– 25 штук 47 мкф ~ 16 В

– 25 штук 47 мкф ~ 25 В

– 25 кусков 47 мкф ~ 50 В

– 25 штук 100 мкл ~ 16 В

– 25 штук 100 мкл ~ 25 В

– 25 штук 100 мкф ~ 50 В

– 25 частей 330 мкл ~ 25 В

       – 25 шт. 330 мкФ ~ 50 В

       – 25 шт. 470 мкФ ~ 16 В

– 25 штук 470 мкф ~ 25 В

– 25 штук 470 мкф ~ 50 В

– 25 кусочков 220 мкф ~ 16 В

– 25 кусоч 220 мкф ~ 50 В

– 25 штук 1000 мкф ~ 16 В

– 25 штук 1000 мкФ ~ 25 В

– 25 штук 1000 мкф ~ 50 В

– 25 штук 2200 мкф ~ 25 В

Электролитические конденсаторы поставляются в 25 пластиковых пакетах без дополнительной идентификации типов. С таким количеством и этими типами электролитических конденсаторов вы сможете заниматься хобби в течение следующих нескольких лет!

Внешний вид электролитических конденсаторов

Все поставляемые конденсаторы радиального исполнения. Это означает, что они представляют собой вертикальные цилиндры, в которых соединительные провода выходят снизу. Самый маленький тип (1 мкФ ~ 50 В) имеет диаметр 4 мм и высоту 8 мм. Самый большой тип (2200 мкФ ~ 25 В) имеет диаметр 13 мм и высоту 20 мм.

Конденсаторы заключены в алюминиевый корпус. Электролитический конденсатор содержит полужидкое вещество, которое при нагревании выделяет газы. Если электролитический конденсатор станет слишком горячим, эти газы окажут такое давление на корпус, что он может взорваться. Чтобы предотвратить это, в верхней части этого корпуса сделаны две выемки, которые гарантируют, что электролитический конденсатор не взорвется, а только лопнет.

На алюминиевую оболочку обжата черная пластиковая крышка, на которой напечатаны данные компонента. Отрицательный соединительный провод четко обозначен белой полосой. Этот вывод также явно короче, чем положительный вывод. Поэтому неправильное подключение конденсаторов практически невозможно!

Внешний вид поставляемых электролитических конденсаторов. (© Banggood)




Производители
Хотя все типы выглядят одинаково и поэтому кажется, что все они произведены одним и тем же производителем, это не так. Мы сталкиваемся с следующими производителями:

– PH-EMG

– Huahong

– United

– Fencon

– Nichicon

– Chanxing

.0194

Если вы покупаете резистор на 1 кОм, вы ожидаете, что он будет иметь это значение. С электролитическими конденсаторами все не так просто. Допуски ±20 % вполне нормальны для таких компонентов. Это означает, что на практике электролитический конденсатор, напечатанный как 100 мкФ, может иметь емкость где-то между 80 мкФ и 120 мкФ.


Цифровые мультиметры совершенно ненадежны

Все современные цифровые мультиметры позволяют измерять конденсаторы. Для неэлектролитических конденсаторов это измерение может быть достаточно точным. Однако для определения емкости электролитических конденсаторов эти измерители совершенно не годятся, что бы ни утверждали характеристики измерителя. Это связано с тем, как цифровые мультиметры определяют емкость конденсатора. Этот метод измерения показан на рисунке ниже.

Электролитический конденсатор Cx, подлежащий измерению, подключается к электронному переключателю S1. В нарисованном положении 1 конденсатор разряжается через резистор R1 разрядным током Iразряд до полной разрядки. Через мгновение измеритель переключает S1 в положение 2, и теперь конденсатор заряжается очень постоянным током Icharge, питаемым очень стабильным источником тока. Эта зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не поднимется до определенного значения Vref. В этот момент измерительная схема переключает электронный переключатель обратно в положение 1. Время, необходимое для зарядки конденсатора от 0 В до эталонного значения Vref, прямо пропорционально номиналу конденсатора. Ведь из теории электричества вы знаете:

Q = V • C

Заряд конденсатора равен произведению емкости конденсатора на напряжение на компоненте.

Но также:

Q = I • t

Заряд конденсатора равен протекающему через конденсатор току, умноженному на время протекания этого тока.

Таким образом, это:

V • C = I • t

Или:

C = [I • t] / V = ​​[I / V] • t = cte • t

Для рассматриваемой схемы зарядный ток Icharge и опорное напряжение Vref постоянны. Следовательно, действительно существует пропорциональная зависимость между значением C конденсатора и временем зарядки t, которое необходимо для зарядки полностью разряженного конденсатора до опорного напряжения Vref. Измеряя это время t, процессор вашего мультиметра может вычислить значение конденсатора и отобразить его на дисплее.
 

Принцип, по которому ваш мультиметр измеряет конденсаторы. (© 2021 Jos Verstraten)

Эта система отлично и очень точно работает при измерении неэлектролитических конденсаторов. Они имеют совершенно незначительные токи утечки. В электролитах этого нет, и вы можете представить этот большой ток утечки с помощью паразитного резистора Rleakage, который подключен параллельно конденсатору Cx (см. схему выше). Через этот резистор будет протекать ток, ток утечки конденсатора. Поскольку источник тока обеспечивает постоянный ток, этот ток утечки вычитается из тока, протекающего через идеальный конденсатор Cx. Таким образом, время зарядки конденсатора зависит от величины тока утечки. Если вы измеряете два электролитических конденсатора с одинаковой емкостью, но разными токами утечки, ваш цифровой мультиметр покажет два очень разных значения емкости.

Доказательство этой теории

Мы проверили эту теорию с помощью собственного цифрового мультиметра VC650BT от Voltcraft. Мы измерили конденсатор емкостью 10 мкФ и один конденсатор емкостью 1000 мкФ и отобразили напряжения на этих компонентах на экране нашего осциллографа. На осциллограммах ниже видно, как напряжение на конденсаторах линейно возрастает от нуля до того же опорного напряжения, а затем конденсаторы снова разряжаются.

Напряжения на конденсаторах при измерении цифровым мультиметром. (© 2021 Jos Verstraten)


Как точно измерить емкость электролитических конденсаторов

Для точного измерения электролитических конденсаторов необходимо использовать совершенно другой принцип измерения. Этот принцип называется « измерение CV », и он не включен ни в один мультиметр, но он есть в измерителях RLC лучшего типа. Узнать такие измерительные приборы можно по четырем стандартным для них разъемам BNC. В таких счетчиках конденсаторы измеряются путем подачи на конденсатор синусоидального напряжения частотой 120 Гц со значением 1,0 В. Это переменное напряжение накладывается на небольшое постоянное напряжение смещения 1,5 В, так что конденсатор остается хорошо поляризованным. Эта комбинация двух напряжений вызывает протекание измерительного тока частотой 150 Гц через электролитический конденсатор.

Такой измеритель RLC имеет четыре разъема BNC со следующими стандартными обозначениями:

       – Hcur: обеспечивает измерение напряжения для электролитического конденсатора.

       – Hpot: измеряет напряжение на конденсаторе.

       – Lcur: подает измерительный ток в измерительную цепь.

       – Lpot: установите отрицательную сторону электролитического конденсатора на виртуальную землю.

В конце концов, неинвертирующий вход операционного усилителя находится на потенциале земли, и операционный усилитель также попытается поставить свой инвертирующий вход на потенциал земли.

Измеритель RLC содержит две электронные измерительные цепи, условно обозначенные на схеме M1 и M2. Однако это не обычные вольтметры, а схемы, измеряющие не только величину, но и фазу напряжений. Процессор в измерителе может получить множество свойств конденсатора из этих двух измерений, таких как емкость C, импеданс X, ESR (подробнее), фазовый сдвиг Φ и добротность Q.

Принцип измерения CV. (© 2021 Jos Verstraten)

Мы провели измерения с помощью RLC-метра ET4401 производства East Tester. Переключенный на функцию измерения « elco », этот измеритель подает показанный ниже сигнал на электролитический конденсатор. Положение левой желтой стрелки указывает на нулевой уровень. Вы можете видеть, что комбинация сигнала 120 Гц и смещения действительно гарантирует, что напряжение на электролитическом конденсаторе никогда не изменит полярность.

Сигнал на электролитическом конденсаторе при измерении CV. (© 2021 Jos Verstraten)


Как и что мы измеряли

Из общего ассортимента 625 электролитических конденсаторов мы выбрали девять значений и измерили десять значений каждого значения. В таблице ниже вы можете увидеть среднее значение этих десяти измерений, среднее процентное отклонение, а также минимальное и максимальное значения, измеренные нами в серии. Таким образом, вы получаете представление не только о средних значениях, но и об экстремальных значениях.

Результаты наших измерений емкости сведены в одну таблицу. (© 2021 Jos Verstraten)

Интерпретация данных измерений

В этих измерениях не учитывалось так называемое « форматирование » электролитических конденсаторов. Слой диэлектрической изоляции, чрезвычайно тонкий слой, разделяющий две пластины, частично наращивается, если конденсатор находится или находился под напряжением. Результаты измерений в таблице выше измерены на электролитических конденсаторах, поскольку они были поставлены Banggood, поэтому без дополнительного форматирования.

Из этих результатов можно сделать вывод, что эти дешевые конденсаторы могут быть одобрены в отношении их допуска. Средний допуск для всех измеряемых типов даже ниже ±20 %, который считается нормальным для электролитических конденсаторов. Конечно, есть большие отклонения, такие как один пример 220 мкФ, который, как оказалось, имеет значение 403 мкФ. Но, как видно из таблицы, это действительно исключение.

Измерение тока утечки

Введение

Как уже упоминалось, электролитические конденсаторы не являются абсолютными изоляторами для постоянного напряжения. Если вы приложите постоянное напряжение к электролитическому конденсатору, через компонент будет протекать небольшой ток. Это называется «ток утечки », и очевидно, что этот ток должен быть как можно меньше. Однако проблема в том, что этот ток утечки не является постоянным. Если вы вдруг подключите новый электролитический конденсатор к источнику напряжения, через конденсатор потечет большой ток утечки. Этот ток сначала будет падать быстро, а затем медленно, что связано с форматированием электролитического конденсатора. Снижение тока утечки происходит все медленнее и медленнее, но даже через десять минут процесс не стабилизировался.

Мы проиллюстрировали для вас это явление, подключив электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ последовательно с миллиамперметром к напряжению 25 В и записав ток через компонент. Вы можете увидеть результаты на графике ниже.

Ток утечки через электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ в зависимости от времени. (© 2021 Jos Verstraten)

Результаты измерений

Большой вопрос, когда можно измерить ток утечки через электролитический конденсатор. Конечно, считывание тока через каждый образец только через десять минут заняло бы слишком много времени. Вот почему мы приняли стандартное время в двадцать секунд. Из приведенного выше графика можно сделать вывод, что реальный ток утечки будет меньше в два-три раза. Второй вопрос заключается в том, при каком напряжении измеряется ток утечки. Не рекомендуется использовать электронный компонент в максимально установленных пределах. Это, безусловно, относится к электролитическим конденсаторам. Мы приложили напряжение 90 % от максимального рабочего напряжения, указанного на конденсаторе. Таким образом, конденсатор с максимальным напряжением 50 В был измерен при напряжении 45 В.

Результаты измерения тока утечки тех же 90 элементов из предыдущего измерения приведены в таблице ниже. Опять же, мы отметили не только средний ток утечки, но и индивидуально измеренные минимальные и максимальные значения.

Результаты наших измерений тока утечки сведены в одну таблицу. (© 2021 Йос Верстратен)

Интерпретация данных измерений
При переводе этой таблицы в качество испытанных электролитических конденсаторов возникает вопрос ‘ что такое допустимый ток утечки электролитического конденсатора? ‘ необходимо ответить. Формула, найденная через Google, гласит, что ток утечки электролитического конденсатора после одного часа форматирования должен быть равен:

Ileakage = 0,002 • C • V

, где Ileakage выражается в мкА, если C вводится в мкФ, а V в вольт в этой формуле.

Конденсатор емкостью 2200 мкФ с рабочим напряжением 25 В должен поэтому иметь ток утечки:

Ileakage = 0,002 • 2200 • 25 = 110 мкА

Согласно этой формуле, поставляемые конденсаторы будут иметь слишком большой ток утечки. Тем не менее, мы не можем себе представить, что измеренные значения вызовут какие-либо проблемы. Даже самый худший электролитический конденсатор в этой области, конденсатор емкостью 2200 мкФ, потребляющий ток утечки 9,726 мА через двадцать секунд при 22,5 В, рассеивает мощность всего 0,219В. Из того, что этот конденсатор действительно не выродится!

Но, конечно же, конденсатор с таким большим током утечки не очень полезен в качестве разделителя постоянного тока между двумя каскадами усилителя.




Измерение ESR


Что такое ESR электролитического конденсатора?

СОЭ является аббревиатурой от « E эквивалент S серии R сопротивление ». Электролитический конденсатор определяется его емкостью, выраженной в мкФ, и максимальным напряжением, которое вы можете подать на компонент, выраженным в В. Эти две величины четко указаны на компоненте. Тем не менее, параметр, который так же важен, но который вы никогда не увидите в компоненте, — это ‘ Эквивалентное последовательное сопротивление ‘. Как следует из названия, это резистор, включенный последовательно с емкостью электролитического конденсатора. ESR является следствием конструкции конденсатора. Особенно сильно от этого сопротивления страдают электролитические конденсаторы. Нормальное значение ESR зависит от емкости и от максимального напряжения.


ESR представляет собой резистор, который внутренне включен последовательно с идеальным конденсатором. (© 2021 Jos Verstraten)

ESR поглощает мощность и вызывает нагрев
Два тока протекают через электролитический конденсатор в сглаживающей цепи источника питания. С одной стороны, ток зарядки течет от выпрямителя к электролитическому конденсатору, а с другой стороны, ток разряда течет от электролитического конденсатора к подключенной электронной схеме. Эти два тока также протекают через ESR, и это имеет два неприятных последствия. Ток, протекающий через резистор, создает напряжение на резисторе в соответствии с формулой V = I ● R. Будет ясно, что напряжение, генерируемое на ESR, недоступно для питаемой цепи. Чем больше ESR, тем больше теряется напряжение. Ток, протекающий через резистор, также генерирует мощность в соответствии с формулой P = V ● I. Эта мощность вызывает нагревание ESR и, следовательно, конденсатора. Этот нагрев приводит к увеличению тока утечки электролитического конденсатора. Качество электролитического конденсатора будет медленно, но верно ухудшаться и в определенный момент ток утечки станет настолько большим, что электролитический конденсатор выйдет из строя.



Измерение ESR
Этот важный параметр электролитического конденсатора нельзя измерить мультиметром. Наш измеритель RLC ET4401 делает это полностью автоматически как второе измерение на дисплее при измерении емкости. Итак, при определении емкости и допуска девяноста выбранных электролитических конденсаторов мы также записали ESR. В приведенной ниже таблице вы можете снова увидеть данные измерений, удобно суммированные с наименьшим измеренным значением, средним расчетным значением и максимальным измеренным значением в серии из десяти идентичных электролитических конденсаторов.

Измеренные ESR девяноста выбранных электролитических конденсаторов. (© 2021 Jos Verstraten)

Интерпретация данных измерений
Вопрос: какое допустимое значение для ESR электролитического конденсатора? ‘. Производитель ESR70, прибора, специально предназначенного для измерения ESR электролитических конденсаторов, приводит в инструкции к этому прибору таблицу с типовыми значениями ESR всех видов номиналов и напряжений электролитических конденсаторов. Если мы используем эту таблицу в качестве справочной информации, оказывается, что эти дешевые электролитические конденсаторы из Китая отлично справляются со своей задачей. Измеренные значения ESR ниже, чем то, что указано как типичное в руководстве ESR70.

Измерение влияния температуры

Введение

Как и все электронные компоненты, параметры электролитического конденсатора зависят от температуры. Чтобы проверить это, мы построили следующую измерительную установку. У нас есть реостат, проволочный регулируемый резистор. Провод резистора намотан на полую керамическую трубку. Пусть конденсаторы 1000 мкФ ~ 25 В точно поместятся в этой полой трубке! Мы удлинили соединительные провода одного такого компонента и сдвинули часть к середине трубки (справа на фото ниже). С другой стороны (слева на фото) мы максимально впихнули в трубку термопару. Резистор реостата был подключен к лабораторному источнику питания (желтый и синий щупы) и напряжение регулировалось таким образом, чтобы температура внутри керамической трубки медленно возрастала. Таким образом, электролитический конденсатор медленно нагревается до температуры, измеренной термопарой, и можно измерить тепловое влияние на различные параметры.

Измерительная установка для определения влияния температуры на характеристики электролитического конденсатора. (© 2021 Jos Verstraten)

Результаты измерения
Поскольку это измерение занимает довольно много времени, мы измерили влияние температуры на свойства только одного электролитического конденсатора. Результаты обобщены в таблице ниже.

Подведены итоги замеров температуры. (© 2021 Jos Verstraten)

Интерпретация данных измерений
Очевидно, что электролитические конденсаторы имеют положительный температурный коэффициент относительно их емкости. В диапазоне температур 70 °C емкость увеличивается на 123,5 мкФ. Это соответствует температуре 1,76 мкФ/°C. То, что ESR уменьшается с повышением температуры, понятно каждому инженеру-электронщику. Ход тока утечки впечатляет, чего и следовало ожидать. Как ни странно, этот параметр сначала незначительно уменьшается, а затем очень быстро увеличивается.
Для большей наглядности данные измерений представлены на графике на рисунке ниже. Вертикальные оси не откалиброваны, этот график предназначен только для того, чтобы быстро увидеть, как температура влияет на свойства этих электролитов.

Результаты измерений температуры собраны в один четкий график. (© 2021 Jos Verstraten)

Попытка испытания на выносливость

Введение

Как сказано во введении к этой статье, в Интернете есть довольно много источников, которые полностью отвергают эти конденсаторы. Однако проведенные нами тесты не дают оснований поддерживать это мнение. Конечно, каждый электронный компонент зарекомендовал себя только в долгосрочной перспективе при практическом применении. Мы попытались смоделировать такую ​​практическую ситуацию, проведя своего рода испытание на выносливость. Мы расположили десять электролитических конденсаторов емкостью 2200 мкФ ~ 25 В параллельно и подключили их либо к источнику постоянного напряжения 24 В, либо к резистору 8 Ом через переключающий контакт реле. Катушка реле питается напряжением прямоугольной формы с частотой примерно 0,27 Гц.

Настройка нашего теста на выносливость. (© 2021 Jos Verstraten). разряжаются несколько медленнее, с пиковым током 3,0 А. Напряжение на электролитических конденсаторах показано на осциллограмме ниже. Мы проводили этот тест в течение десяти часов без перерыва. Это означает, что было выполнено около 10 000 циклов зарядки и разрядки. Все конденсаторы выдержали это испытание и в конце этого эксперимента оказались в хорошем состоянии, как выяснилось после измерения их емкости, ESR и тока утечки. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт