图文介绍1.5V(1.2V)供电的电容ESR袖珍小表制作

小鬼头

图文介绍1.5V(1.2V)供电的电容ESR袖珍小表制作

小鬼头    2018.3.21

    一、前言

    本人手头有一块MF379袖珍指针万用表，是多年前在本坛交易区买MF136万用表时，大方的卖家额外赠送的新表。该表档位少、功能弱，一直没有派上用场，已成闲置品。而本人原制作的电容ESR指针表，是利用MF500万用表改装而成，虽然好用且使用率很高，但体积大，不方便携带外出，故有了把这块袖珍表改成电容ESR表的想法。可是，该表内部空间实在是太小了，且只有一个AA电池仓位，难于实施本人当年设计的9V供电双运放电路的ESR表方案。
    及至看到矿坛网友Hotdll介绍1.5V供电的电容ESR表帖子，很受启发。于是，决定以帖子《指针表测量ESR和电感量外挂--仅用3只三极管的1.5V版本！》的电路为基础，进行试验、修改和实际制作，最终获得成功。
    本表实际制作完成于2016年7月，至今逾一年半。经实战使用操作，证明该ESR袖珍指针表完成度高，功能齐备，方便实用。

    所参考的Hotdll原帖链接如下：
    http://www.crystalradio.cn/thread-675321-1-1.html

    图1  Hotdll设计的1.5V供电ESR表电路


    二、最终完成品、电路及性能特点
    本人最终完成的1.5V(1.2V)供电指针式ESR表完整电路如下

    图2  1.5V(1.2V)供电的电容ESR袖珍指针表完整电路



    整个ESR表，尺寸略大于一包香烟，十分方便携带。最终完成的这个ESR表的主要性能和特点有：
    1、由一只AA规格的电池供电。可使用普通的1.5V五号干电池，也可以使用镍氢（Ni-MH）/镍镉(Ni-Cd)充电电池。
    2、测试频率为100kHz正弦波。
    3、测试电平为180mVp-p。（注：测压降甚小的锗二极管时指针也不会动）
    4、耗电小。静态功耗实测为12mA@1.0V(注：1.0V时仍有良好的准确度)、15mA@1.25V、17mA@1.5V。
    5、读数倍率为X2（注：原表刻度中心值为5.5Ω），测量时表笔不用区分正负。
    6、刻度ESR中值（本表测试内阻）为11Ω。
    7、利用右侧表笔插座改制成连锁式电源开关，克服了因没有电源指示灯而导致容易忘记关机的缺点。当右侧插孔插上表笔时，电源开关处于接通（ON）状态，当拨下右侧插孔上表的笔时，电源开关处于关闭（OFF）状态。这样，只要养成用完后收纳表笔的习惯，即可彻底防止因忘记关闭电源而导致电池电量跑光、以致电池漏液造成故障。
    8、面板上设有内部电池检查（Battery Check）按钮。无论是电源开关处于接通（ON）还是关闭（OFF）状态，只要按下此按钮时，表头指针均以2.5V的刻度量程显示电池电压。
    9、其余接近于本人原设计的9V版电容ESR表。比如，设有DC隔直保护电路可防止电容放电损坏本表及可直接测量电池，无需将PCB上的电容拆下来就可进行测量（即可作在路测量），测量误差相对不大，等等。

图3  电容ESR袖珍小表外观照片1（正面裸照）


图4  电容ESR袖珍小表外观照片3（正常使用配置）


图5  电容ESR袖珍小表外观照片2（底面贴纸）


图6  电容ESR袖珍小表外观照片4（正前方贴纸）


图7  电容ESR袖珍小表外观照片4（与一包香烟的对比）



    三、试验过程
    详见后面的本人笔记。

    个中要点如下：
    1、100khz正弦波振荡电路，本人是利用示波器调试完成的。也是本机最花时间的部分。
    2、本人调试时发现，电阻R1的取值，会同时影响振荡波形失真度、输出幅度、输出幅度随电源电压下降的程度以及整机静态电流。最终R1取为51Ω，是综合考虑这几项因素后的折衷值。
当R1取较小值（比如22Ω），波形开始接近于方波（即失真大），波形幅度增大，整机电流略有上升。当R1取较大值（比如68Ω），波形为良好的正弦波，幅度和整机电流略有下降；但当电源电压下降（由1.5V降至1.0V）时，其波形的幅度变动程度大了许多。
    3、本人原计划利用原表的刻度盘来直接读取ESR值（即是读数倍率设为X1），但由于正弦波振荡电路的输出内阻较高，几经试验和努力后，仍难以获得低阻输出。因此，本机只能做成11Ω的内阻，刻度读数倍率相应为X2。
    4、对表头电路，本人本次进行了一项原创性的改进。即是，通过增设一只电容C6（相对于9V版ESR表），获得了增加一倍的“放大倍数”(约提升6dB)，从而获得改善线性的好处，弥补本机因采用简单的单管放大电路而导致增益上的天生不足。


图8  电容ESR袖珍小表内部照片1（全景照）



    四、制作要点

    1、变压器T1的绕制。
    变压器采用飞利浦节能灯PCB拆下的环形磁芯，该磁芯外径约10mm，初级绕6匝，次级绕1匝。用数字电感电容表测得，初级电感L1约为40UH。
    2、自制的表笔插拔式电源开关。
    该电源开关是通过DIY而成。在PCB上焊一块簧片，与PCB上的相应电路接通。该簧片安装位置靠近右侧表笔插孔的原簧片，且并排而行，但不相互接触。当右侧插孔有表笔插入时，表笔同时与2块簧片接触，2块簧片之间就形成了连接关系，这样，就实现了与表笔插拔联动的电源开关功能。结构手绘图见本人笔记里的图7。

图9  电容ESR袖珍小表内部照片2（可看到自制的电源开关结构）



    3、制作时，需通过调试确定三只电阻（R3、R4、R5）的阻值。
    详细的调试方法见本人笔记。


    五、与原9V版电容ESR表使用上的区别
    该表的精度比9V版电容ESR表差一些，但基本功能是一样的，可用于测量电解电容的好坏，还可用于测量薄膜电容的好坏，甚至可用于检查开关变压器、电池内阻等。
    使用方法与9V版电容ESR表相同，但在测量薄膜电容时（实际是测量容抗），仍存在一些差异，需配专门的表格（该表格通过实测正常的薄膜电容而得到，本人已将此表格贴纸粘在仪表的后盖上）。据简单分析，主要是由于两个ESR表的测试输出内阻特性不同而导致。两者在测量薄膜电容上的差异，详见本人笔记。


    六、附：本人的实际使用对比——指针式电容ESR表 VS 真正测ESR值的数字电容ESR表

    实际使用表明，对于本人日常进行的检查维修来说，指针式ESR表（实际测量容抗）要优于那些真正测量ESR值的数字表，这主要体现在检查薄膜电容上。数字ESR表完全测不出那些已失去部分容量的薄膜电容。以这种方式失效的电容，虽然可以用电容表（包括有些数字表的电容测量功能）检查出来，但指针式ESR表仍具有优势，因为不需拆下来（即通过在路测量）就能测出。
    指针ESR表的低阻分辨率有限，对于那些低ESR的大电容、mΩ级的蓄电池内阻来说，由于测量上的精度要求甚高，完全无法应付。但在进行这种测量时，那些没有采用四线开尔文测量接法的数字电容ESR表，也好不到那里去。若真有较多的这种测量需要时，建议另行配备四线开尔文测量接法的电池内阻测量仪表（本人就购置了一台YR1030电池内阻测试仪）。

（全文完）

图10  本人的电子笔记P1


图11  本人的电子笔记P2


图12  本人的电子笔记P3


图13  本人的电子笔记P4


图14  本人的电子笔记P5


图15  本人的电子笔记P6


图16  本人的电子笔记P7


图17  本人的电子笔记P8


图18  本人的电子笔记P9


图19  本人的电子笔记P10


图20  本人的电子笔记P11


图21  本人的电子笔记P12


图22  本人的电子笔记P13


图23  本人的电子笔记P14


图24  本人的电子笔记P15]

电工张

刚刚上了500B型表头（中值10欧）试试，用1欧，10欧的精确电阻测试，都能正确指向准确位置上，

xinyukeji

谢谢大师倾心打造又一ESR表力作! 辛苦了！

BH4LGL

老师，做点成品吧，期待中

sandan

谢谢分享！很实用的工具。

puff

厉害啊。。。
坚持手写的人现在不多了

依然很拽

又出新版了呀，只有第一版做完了。
后来Hotdll和北极兵大师那两个版本都半途而废，再后来因为使用量少，普通的电容表就能应付，又买了个手持电桥，半成品就一直搁置了

爱你矿坛

支持DIY！不错的作品！

往事已去

好酒不贱，又来大作。给你个用互感器的esr表做参考，后续的正弦波版不太好，http://www.crystalradio.cn/thread-636145-1-1.html

worldly_guest

好文好技术，认真学习中！

往事已去

这本书是你翻译的吧?不错，不知道是不是按照书中思路做出来的功放能出来好声音？小音量的，家里听。

小鬼头

往事已去 发表于 2018-3-22 08:54
好酒不贱，又来大作。给你个用互感器的esr表做参考，后续的正弦波版不太好，http://www.crystalradio.cn/th ...

你这个表够复杂的，而且刻度不好弄

小鬼头

往事已去 发表于 2018-3-23 09:54
这本书是你翻译的吧?不错，不知道是不是按照书中思路做出来的功放能出来好声音？小音量的，家里听。

是我当年翻译的。

声音小，估计是整体的增益不足（标准功放电路的增益通常设在26~33dB之间）。处理方法有二：

1、增加一级前置放大电路。
2、修改功放电路的负反馈电阻配比，令功放电路的放大倍数（增益量）提升(至约40dB)，但这样做，功放本身的失真率会有相应的上升。

小鬼头

往事已去 发表于 2018-3-23 09:54
这本书是你翻译的吧?不错，不知道是不是按照书中思路做出来的功放能出来好声音？小音量的，家里听。

噢。不是说音量过小。。。

你这个问题很难回答，属于见仁见智的主观问题。但已有朋友向我反馈说，按书中电路做出来的功放，加上他的细心调整，出来的声音品质是非常高的。

往事已去

那个表加了一些辅助电路就复杂了一些，基本电路非常简单。
刻度用对比刻度，反正要查表的，打印到一张纸上就得了。
功放不是嫌音量小，而是我需要的音量不大，小功率的机器即可，估计几瓦就行了。“加上他的细心调整”这个不知道他怎么调了，那本书感觉不错，说的中肯实在，如果按照作者的路线走的话，这个可操作，没准儿什么时候试试看。

zzs09

好精致啊，看来是真爱啊