超级ESR表

北极兵

       我参赛作品《超级ESR表》发贴以来，得到不少坛友的赞同，有一部分人正在仿制，有的已经仿制成功。长期以来很多坛友都想做一只，但以前的性能都还达不到实用的要求。我参赛后发现在参赛区内，看到的人不是很多，应该还有大部分想做些表的坛友没有看到。在征求版主的同意后，把它重新发在这里，重要内容稍作整理。
       声明：发此贴的目的并无商业因素，因为此作品中的技术已经全面公开 ，并无保留，也没有特殊元件，线路简单，制作无难度。如果有人需要帮助或套件，我不拒绝，毕竟是对需要的人也是一种帮助的方式，但我还是鼓励自己动手做，才能体现矿坛精神！
       这里只讨论技术问题， 严禁跟帖谈交易的问题！其它问题站内短信联系！致谢！

       ESR表是检测电解电容好坏的利器，爱好者DIY的简易ESR表，原理上是仿直流欧姆表设计，直接利用直流欧姆表刻度，一般采用“交流信号源+中值测量电阻+晶体管阻容电压放大器”的结构，实际上目前的电路远远偏离了欧姆表原理，导致刻度盘吻合不好，测量值不准确，失去了实用价值。（采用集成电路的ESR表，较为合理的设计是把电容接入运放的负反馈回路中，对固定幅度的交流信号进行放大，不同的ESR值的放大量不同，从而指示出ESR值。这种电路对运放的性能要求较高，还需要配套的电源电路，使用9V叠层电池，电量消耗较大，给制作和使用带来不便。）具体表现在几个方面：
       1. 交流信号源：大多以方波做为测试信号。方波是极为复杂的，包含丰富的谐波，简单的电压放大电路无法准确测量。若按傅立叶级数展开，电路将变得十分复杂。另外方波通过被测电容和中值测量电阻的串联电路时，微分作用或充放电特性变得十分突出，因此用方波做测试信号是个错误。
       2. 为了能方便在线测量，测试信号的幅度一般不高于0.25Vpp，对于晶体管阻容电压放大器必然会导致三级管饱和，测量结果毫无意义。
       3. 最重要的一点，直流电阻测量电路中，电池的电动势不变，内阻小，才使得不同的被测电阻接入电路后，在中值取样电阻上的分压按照一定的规律变化。简易ESR表的交流信号源内阻大，交流电动势随外接电阻变化，幅度不稳，测量时中值取样电阻上的分压变化规律与直流欧姆表相去甚远，在欧姆刻度上读出的测量值毫无意义。
       直流欧姆表原理十分简单，那么按照其原理设计的ESR表的电路也应该是简单的。六七十年代的精密仪表，结构都非常简单，所以我相信简单的原理一定能用简单的电路实现。因此，依据直流欧姆表原理设计的ESR表，应具备以下特点：
       1. 采用正弦波做为测试信号，才能保证电路设计更为简单。
       2. 交流信号源必须稳压输出，这仿直流欧姆表原理的根本前提。
       3. 交流电压放大器相当于直流欧姆表的表头，必须是线性的，否则无法直接使用直流欧姆表刻度。
       本着这三点原则，我花了春节前近一个月的业余时间，终于设计和实验成功了这只超级ESR表。之所以称做超级，是因为具有以下特点：
       性能——采用交流稳压源，小中值电阻，分辨率可达0.01Ω以下，测量超级稳定可靠；
       电源——电压超级低，1.1V即可正常工作；
       电路——超级合理、简洁，设计新颖，使用分立元件；
       制作——难度超级低，调试简单，校正方便，不需要专门仪器；
       刻度——与直流欧姆表超级吻合；
       实际测试见图：

北极兵

         电容实测图，大电容两档实测值非常接近。在0~15欧姆参考值范围内准确可靠，达到实用目的。  

北极兵

       制作这只超级ESR表，大部分的功夫都用在反复地设计、修改参数的实验上。 电路中各元件参数和调试都已经完成，最终的制作一气呵成。不多说了看电路图。
       电路可分为交流信号源和交流毫伏表两部分。
       交流信号源由正弦波发生器和交流稳压电路组成。T2、T3、B1、C2、W1等组成集基耦合振荡器，C2并非谐振电容，而是起到稳定振荡频率的作用。W1用来降低B1的Q值，调整振荡波形。此振荡器的特点是输出交流电压随电源电压变化，从而给稳压创造了必要条件。T5、T6组成射级跟随推挽功率放大器，降低信号源内阻，提高信号源的输出负载能力。T1、T4、D1、D2等组成交流稳压控制电路，B2输出的交流信号经D1、D2、C5整流滤波，给T4提供偏流，并以T4发射结导通电压为基准，控制T1的导通程度，改变振荡器的工作电压，使B2测试输出端的正弦波幅度稳定在70mV。
       中值取样电阻取值较低，有1Ω和3Ω两档，以提高测量的分辨力，适应电解电容ESR值的参考值范围，保证了ESR表的实用性。
       T7等组成线性毫伏表，因电源电压太低，采用了电感负载，构成甲类线放大器，D5、D6、C9、C10组成全波整流器，与R9、W2构成深度负反馈，消除二级管的非线性，W2同时用做调零。T7的放大倍数应足够大，有利于提高放大器的线性。


补充内容 (2015-3-14 14:46):
        此表测试端不可以加阻容保护电路，会严重影响测试精度！具体原因详见《ESR表保护电路的探讨》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889


补充内容 (2015-3-14 14:51):
《ESR表保护电路的探讨》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889

北极兵

            制作过程：
       元件实际参数均标在图中，制作时可根据实际情况取值。B1、B2、L需要自制，用节能灯中的小磁环，先用纸胶带做好绝缘，再绕线。
       ESR表功能单一，制作袖珍型使用方便，用一只指针式钳形表表壳（以前DIY用过），原表上有欧姆表，电位器还在，还有三级管测试座，正好做测试插座。
       线路板：根据表内尺寸裁一块履铜板。先在相同大小的纸上排兵布阵图， 再用透明胶固定在履铜板上，直接钻孔 ，线路简单就不用牛刀了（热转印），还用修正液直接手绘，吹风机烘干片刻，三氯化铁处理，焊接元件，先大后小，最后焊好引线。线路板安装完成，通电试机工作正常。（这部分的图片用于说明制作过程，其中错误之处我制作时已经修改过，坛友已经指出，不做为仿制依据，请大家自行设计线路板）  
       面板和表盘处理：
       面板上贴ESR参考值表，打印表格，黑底白字显眼，切一块磁带盒有机玻璃，开孔后把表格压在下面。扫描500表表盘，其欧姆刻度中值为10Ω,点个小数点就变成1Ω，重新修改数字，无穷大附近的数字用不到，去掉。保留一个线性刻度做参考，其它刻度也去掉。打印，裁下用双面胶贴在原表盘上。

北极兵

       调试：前面说过，调试过程都在实验中完成了，制作过程基本上是组装。现在把调试过程说明一下。
       可调电源调1.1V，短路T1的e、c极，示波器观察T2或T3的c极波形，调W1使波形为正弦波且失真最小，幅度约为2.0Vpp。
       K1置×1档，示波器接B2测试输出端，调R5使小型最好，失真最小，再细调W1至波形最好，此时幅度约为0.24Vpp。测量R5值，取固定电阻焊好。K1置×3档，调R4到波形最好，测量R4值，取固定电阻焊好。
       断开T1的e、c短路，调R3使B2测试输出端正弦波幅度为0.2Vpp，交流有效值为70mV。
短路测试端，两档输出正弦波幅度不应变化。
       毫伏表的调试：K1置×1档，W2调到中间值，测试端接1Ω（1%）电阻，调R9使表针指中值1.0Ω，短路测试端，调W2至零位，再调中值，反复调整至短路指零，测1Ω电阻指中值为止，测量R9，用固定电阻代替。
       至此调整（也是校正）完毕，可以使用。因为电路的原理是仿直流欧姆表，所以用电阻校正后，无需再用专门仪器校正。
      
       如果没有示波器，可以这样调试：
       先把W1调到中间，短路T1的e、c极，接1.1V电源，电源串电流表，调整R5使电流表为35到40毫安。再用一只2AP9串入指针表直流电压最低档，接入测试信号输出端，调W1使电压最高。
        解除T1短路，电压应有所下降，约30mV。短路测试表笔，电压基本不变即是正常。
        毫伏表调试同前。
        实测工作频率：105KHz
        使用时要注意，表笔的总长度不要超过25厘米，越短越好。否则表笔线电感会严重影响测量结果。一根20厘米的焊接线的影响就很大。
       表笔过短使用又不方便，为此我把ESR表加了腕带，方便多了。但必须检查表头平衡，仔细调整，尽量把不平衡引起的误差降到最低。另外还自制了表笔夹，使用时手执表笔轻松多了。根据表笔直径，用电脑机箱挡板按图裁剪2块铁片，在螺丝刀上整形，钻孔，拆一只鱼夹的弹簧和销钉，安装好，再把弹簧端部向表笔的方向90度弯折2、3毫米，插入表笔后，把它用烙铁烫入笔杆中。

北极兵

qhdszq 发表于 2022-2-11 19:35
楼主能详细解释一下毫伏表部分工作原理吗？

它其实就是一个负反馈反向放大器，表头整流电路和电位器是反馈电阻，三极管基极为虚地。使用9014C，可以去掉R9、R10、C11。

laslmt

口水，批量制作就好了，可以分1个

侧卫者

好表好手艺好人 顶

1004739260

好表支持DIY

北极兵

laslmt 发表于 2015-3-6 14:14
口水，批量制作就好了，可以分1个

        过段时间大家把它完善了，更完美时再批量制作不迟，到时一定送老友一只。

laslmt

北极兵 发表于 2015-3-6 15:43
过段时间大家把它完善了，更完美时再批量制作不迟，到时一定送老友一只。

太感谢了，顺祝老友DIY大赛中魁

我爱万能表

厉害！！！能送的话也算我一个吧，先谢谢啦！

luckyangman

确实是个超级表，点赞了！

值得拥有

电路板真漂亮，磁环的线小点也行吧

北极兵

值得拥有 发表于 2015-3-6 17:26
电路板真漂亮，磁环的线小点也行吧

       没有问题，只要线径强度满足安装要求就可以，B2最好不要太细。