קבלים נראים בסדר גמור עד שמגיעים למצב בו אספקת החשמל נכשלת או מסרבת לבצע ביצועים אופטימליים. ואם הבעיה היא רעש, יש פתרון פשוט, אתה פשוט מוסיף קבלים נוספים. אבל זה לא פותר את זה. מה יכול להיות לא בסדר?
הבעיה נובעת מההנחה הנאיבית שקבלים (במידה רבה) הם מכשירים 'אידיאליים', בעוד שלמעשה הם לא. ההשפעות הלא רצויות הללו הן בגלל משהו שנקרא התנגדות פנימית או התנגדות סדרת שווי ערך (ESR). לקבלים יש עמידות פנימית סופית בגלל החומרים המשמשים לבנייתם. הסברנו ESR ו- ESL בקבלים בפרטים במאמר הקודם.
לסוגים שונים של קבלים טווחי ESR שונים. לדוגמא, בקבלים אלקטרוליטיים באופן כללי יש ESR גבוהים יותר מאשר בקבלים קרמיים. עבור יישומים רבים, חשוב להיות מודד את ההתנגדות הפנימית של הקבלים. והיום במאמר זה נבנה מד ESR ונלמד כיצד למדוד את ה- ESR של הקבל באמצעות IC 555 טיימר וטרנזיסטורים.
מדידת ESR של קבלים
בהתחלה מדידת ESR עשויה להיראות כמשימה קלה.
ניתן לקבוע התנגדות בקלות על ידי הפעלת זרם קבוע ומדידת ירידת המתח על פני המכשיר הנבדק.
מה אם נפעיל זרם קבוע על קבל? המתח עולה באופן ליניארי ומתייצב על ערך הנקבע על ידי מתח האספקה, אשר (לענייננו) חסר תועלת.
בשלב זה הגיע הזמן לחזור למשהו שלמדנו בבית הספר - " קבלים חוסמים DC ועוברים AC"
לאחר שהסקנו כמה מסקנות מפשטות, אנו מבינים שקבלים הם בעצם קצר בתדרים גבוהים והחלק הקיבולי 'קצר' מהמעגל וכל המתח נופל על פני ההתנגדות הפנימית.
היתרון בשיטה זו הוא שאנו אפילו לא צריכים לדעת את הזרם אם אנו יודעים את ההתנגדות הפנימית של מקור האות הנמצא בשימוש, מכיוון שכעת ה- ESR וההתנגדות הפנימית (של המקור) יוצרים מחלק מתח, היחס בין התנגדות היא היחס בין ירידות המתח, ובידיעה שלוש נוכל לקבוע בקלות את השני.
אוסצילוסקופ משמש למדידת צורות הגל בכניסה ובקבל.
רשימת חלקים
למתנד:
1. טיימר 555 - גם CMOS וגם דו קוטבי יעבדו בסדר, אך CMOS מומלץ לתדרים גבוהים
2. פוטנציומטר 100K - משמש לכוונון תדרים
3. קבל 1nF - תזמון
4. קבל קרמי 10uF - ניתוק
שלב הכוח:
1. טרנזיסטור דו קוטבי BC548 NPN
2. טרנזיסטור BC558 PNP דו קוטבי
הערה מהירה לגבי בחירת הטרנזיסטורים - כל טרנזיסטור אות קטן עם רווח גבוה (300 ומעלה) וזרם גדול במקצת (50mA +) יעבוד בסדר.
3. נגד בסיס 560Ω
4. נגן פלט 47Ω - זה יכול להיות בין 10Ω ל 100Ω.
תרשים מעגל
להלן תרשים המעגל למעגל בודק קבלים ESR זה -
זה מעגל מד ESR ניתן לחלק לשני חלקים, טיימר 555 ו בשלב הפלט.
1. המתנד 555:
מעגל 555 הוא רב-ויברטור אסטלי קונבנציונלי המוציא גל מרובע בתדר של כמה מאות קילו-הרץ. בתדר זה כמעט כל הקבלים מתנהגים כקצר. הסיר 100K מאפשר כיוונון תדרים כדי להשיג את המתח הנמוך ביותר האפשרי על פני הכובע.
2. שלב הכוח:
זהו פיתרון לבעיה אחרת. נוכל לחבר את הקבל ישירות לפלט טיימר 555, אך אז נצטרך לדעת את עכבת הפלט במדויק.
כדי לחסל את זה, משתמשים בשלב פלט דחיפה-משיכה עם נגד סדרתי. הנגד מספק את עכבת המוצא.
כך נראית החומרה השלמה של מעגל מד ESR זה:
חישוב ESR של קבלים
ממשוואת מחלק המתח, אנו שואבים את הנוסחה הבאה:
ESR = (V CAP • R OUTPUT) / (V OUTPUT - V CAP)
כאשר ESR הוא ההתנגדות הפנימית של הקבל, V CAP הוא האות על פני הקבל (נמדד בצומת CAP +), R OUTPUT הוא התנגדות הפלט של שלב ההספק (כאן, 47 אוהם) ו- V OUTPUT הוא מתח אות הפלט כ נמדד בנקודה A במעגל.
במהלך השימוש במעגל זה מומלץ להגדיר את בדיקת היקף ל- 1X כדי להגביר את הרגישות ולהקטין את רוחב הפס כדי להיפטר מחלק מהרעש על מנת לבצע מדידה מדויקת.
ראשית, שיא המתח לשיא נמדד בנקודה A, לפני העכבה וצוין. ואז הקבל מחובר. התקרב עד שתראה גל מרובע. סובב את הסיר עד שצורת הגל לא תהיה קטנה יותר.
תלוי בסוג הקבל, מתח השיא עד לשיא של צורת הגל המתקבלת צריך להיות בסדר גודל של כמה עשרות או מאות מיליוולט.
דוגמה: מדידת ESR לקבל אלקטרוליטי 100uf
הנה צורת גל התפוקה הגולמית של שלב ההספק:
והנה המתח בקבל. שימו לב לכל הרעש המונח על האות - היזהרו במדידה.
אם מחברים את הערכים לנוסחה, אנו מקבלים ESR של 198mΩ.
ה- ESR של הקבל הוא פרמטר חשוב בעת תכנון מעגלי הספק וכאן בנינו מכשיר מדידת ESR פשוט המבוסס על טיימר 555.