【参赛】超级ESR表

北极兵

       谨以此作品献给为矿坛辛勤工作的各位版主和坛友，并祝羊年幸福安康，在矿坛里尽情享受DIY的快乐和喜悦！
   
       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。  

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，最终的制作没有遇到任何问题，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 (2015-3-8 16:58):
       感谢“不悔”坛友提出的建议，保护电路不全，在测试端串入一只1微法400V CBB电容，再并一只100K放电电阻！
      再次表示感谢！

补充内容 (2015-3-14 14:43):
      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 14:50):
《ESR表保护电路的探讨》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889


补充内容 (2015-3-21 18:05):
      T2和T3也可用高倍数的，增大偏流电阻即可。感谢qfming-tmb坛友实验通过，并提供PCB图样，详见172楼和176楼。

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。  
       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。
      


补充内容 (2015-2-25 12:15):
ESR刻度盘和参考值表打印文件在67楼

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。


补充内容 (2015-2-19 20:28):
实测工作频率：105KHz

补充内容 (2015-2-23 15:40):
使用注意事项及改进方法在51楼。

补充内容 (2015-3-3 20:07):
不用示波器的调试方法在155楼

北极兵

wanyongbiao2020 发表于 2022-1-21 08:45
我的意思是这个测量出来的值和网上卖的那种数字电桥测出得数值是否一致，还是跟论坛薛老师做的那个一样的 ...

ESR表只测电容ESR值，电桥除了主参数ESR之外还测其他副参数。我的ESR表，测量原理采用通用的100KHz正弦波，串联电阻分压，与直流欧姆表相同原理图。它实际上是一部交流低阻欧姆表，后来买了200KHz电桥对比，实测电解电容ESR值与100KHz电桥一致。

无行风

电路有新意。
制作很精巧。
点赞！

北极兵

三元 发表于 2015-2-21 17:22
还是老矿功夫深，学习！作品上可体现出矿坛精神。

        不敢当不敢当！要说矿坛精神，还差得远呢。时间仓促，经验不足，水平所限，很难做得完美。
       借大赛的机会，贴出来，抛砖引玉， 大家共同来完善，而不是个人单打独斗。   知识共享，经验共享，发贴做到知无不言，言无不尽，无所保留才是正道！坛友们才能快速提高技术水平，人生几何，大部分人岁数都不小了，真心的爱好，就把它做到极致吧，不但真正体现矿坛精神，也在这个过程中享受了，真到了玩不动的那天，也不后悔。
     现实这个高速发展的社会，收藏藏品还好，收藏技术经验没准明天就过时了，还不如及时共同分享。

qie

做的很好，使用1.5V电池更简单。

北极兵

qie 发表于 2015-2-19 15:54
做的很好，使用1.5V电池更简单。

因为手上有很多镍氢充电电池，所以才把电源设计得低一点。这表就用1节5号电池。实际上3.7V锂电池也可以直接使用，电流要大一些。

自然音色

做的不错，我也想做一台，还有  断开T1的e、c短路。是把t的e脚断开，把c脚接地是吧。

北极兵

自然音色 发表于 2015-2-19 19:37
做的不错，我也想做一台，还有  断开T1的e、c短路。是把t的e脚断开，把c脚接地是吧。

上一步调试，把T1的e、c短路，现在是解除短路，把短路线拆掉。

laslmt

呕心沥血，终于完成大作，独特的中国盘锦ESR表，赞一个。

yuanzen

这个不错，简单实用。赞一个!

看世界的我

有新意的电路，支持

wdmcxkjy

做的真不错~~~~~赞

北极兵

laslmt 发表于 2015-2-19 20:48
呕心沥血，终于完成大作，独特的中国盘锦ESR表，赞一个。

多谢老友加分，新春快乐！

北极兵

yuanzen 发表于 2015-2-19 21:09
这个不错，简单实用。赞一个!

十分感谢您的加分，羊年吉祥！