Miernik wartości ESR kondensatorów elektrolitycznych

Witam Kolegów.

Do zaprezentowania mojej wersji tego urządzenia zbierałem się już od jakiegoś czasu. Teraz, kiedy sama elektroda.pl zaprasza do przedstawiania swoich prac, znalazłem trochę czasu, aby opisać, jak to urządzenie powstało i jaki jest z niego pożyteczny przyrząd. Na opis tego urządzenie natknąłem się tutaj:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic904845.html
ale zaprojektowałem swoją płytkę drukowaną do posiadanego wyświetlacza. Można ją znaleźć w załączniku. Zacznijmy jednak od początku.
Nagminnie uszkadzające się kondensatory elektrolityczne (dalej będę używał słowa "elektrolity") powodowały, że wiele sprzętów zaczęło chorować na dziwne do wytłumaczenia objawy. Zazwyczaj remedium była wymiana wszystkich elektrolitów, co też ma swoje zalety, ale dla mnie była to metoda "mało elegancka", gdyż zawsze lubię znaleźć konkretnego winowajcę

Na początku na podstawie znalezionego schematu powstał prototyp (hybryda płytki uniwersalnej i montażu typu "pająk"), jednak po uruchomieniu i skalibrowaniu urządzenie okazało się tak skuteczne w diagnostyce, a przez to tak pomocne, że przez dłuuugi czas służyło we wspomnianej formie. Niestety nie posiadam zdjęć z tamtego czasu, więc wygląd urządzenia pozostawiam wyobraźni czytających. Stwierdziłem, że skoro przyrząd działa tak dobrze, to wypadałoby, żeby równie dobrze wyglądał. Tak to zrodził się pomysł obudowania i zaprojektowania własnej płytki. Z elementów potrzebnych do budowy nie miałem w zasadzie tylko mikrokontrolera, więc koszt, jaki poniosłem to jakieś 30 zł za PIC 16F873A (w czasie, gdy robiłem prototyp). Ciężko mi oszacować na dzień dzisiejszy koszt wykonania całości, ale na pewno najdroższe będą mikrokontroler i wyświetlacz LCD. Swój wyświetlacz (o symbolu WM-C1602Q) miałem z jakiejś kasy fiskalnej i pod jego wyprowadzenia zaprojektowałem płytkę. Akurat wyprowadzenia zgadzały się z numeracją na schemacie. Podobne wyświetlacze można dostać w firmie Artronic, np. taki:
http://www.artronic.pl/o_produkcie.php?id=610?

Jednak w przypadku innej kolejności wyprowadzeń, połączenia z zaprojektowaną przeze mnie płytką trzeba zrobić inaczej niż na goldpinach. Oczywiście rodzaj wyświetlacza LCD może być dowolny, tylko musi mieć dwie linie po 16 znaków i sterownik zgodny z HD4478.
Jednym z założeń było, aby płytka miernika miała te same rozmiary co płytka wyświetlacza, dlatego finalnie nie wykorzystałem części schematu, gdzie powstaje -5 V (ICL7660), tylko zdecydowałem się na zasilacz symetryczny +5 V i -5 V. Zasilacz to typowa aplikacja układów 7805 i 7905 dlatego nie ma schematu zasilacza, ale jest wzór płytki. Ważną rzeczą jest, aby w torach pomiarowych zastosować rezystory precyzyjne, przez co zwiększa się stabilność przyrządu. Podobnie potencjomter oznaczony na schemacie jako R4 należy zastosować, tzw. "helitrim". W swoim urządzeniu zastosowałem rezystory o tolerancji 1%, a na płytce zrobiłem miejsce pod właściwy potencjometr R4. W przypadku trudności w zdobyciu kondensatorów 4,3 nF można dać 4,7 nF. Osobiście zastosowałem właśnie 4,7 nF i urządzenie działa poprawnie. Kolejną rzeczą do omówienia jest podświetlanie wyświetlacza LCD. Jak wspomniałem wcześniej - zastosowałem zasilacz symetryczny, jednak z gałęzi dodatniej pobierany jest większy prąd niż z ujemnej. Dlatego zdecydowałem, aby podświetlanie LCD zrealizować z napięcia -5 V. Pojawił się mały problem, bo katoda podświetlania jest połączona z masą układów wyświetlacza, dlatego gdy podłączyłem podświetlenie pod ujemną gałąź, to robiłem zwarcie linii -5 V. Ostatecznie przeciąłem ścieżkę katody od podświetlania na płytce wyświetlacza i problem się rozwiązał Widać to na poniższym zdjęciu zaznaczone czerwonym kółkiem.


Prąd podświetlania ustaliłem na około 70 mA, co daje wystarczające nie za jasne światło. Gdyby ktoś wykorzystywał wzory moich płytek, to na płytce zasilacza jest miejsce pod rezystor ustalający prąd podświetlania. Pamiętać należy, że napięcie pracy podświetlacza wynosi 4,3 V i znając prąd - rezystor możemy łatwo wyliczyć.

Płytkę wykonałem metodą fotochemiczną, a po zalutowaniu ścieżki zabezpieczyłem roztworem kalafonii w acetonie. Całość trafiła do obudowy ze starego przełącznika drukarek, która wcześniej została pomalowana proszkowo na kolor czarny matowy. Na zamieszczonych zdjęciach widać obudowę przed malowaniem, a jak wygląda pomalowana pokazują zdjęcia gotowego przyrządu. Na tylnej ściance znajduje się krótka instrukcja kalibracji przyrządu oraz gniazdo DB25 (wykorzystałem jeden z istniejących otworów), do którego podłączam sondy pomiarowe w postaci krokodylków. Pomiar odbywa się 4-przewodowo, więc kabelki pomiarowe łączą się na krokodylkach. Cała procedura kalibracji znajduje się w załączniku.
To tyle uwag i wskazówek odnośnie budowy miernika, a teraz przedstawię jego możliwości.

Urządzenie uruchomiło się bez najmniejszych zgrzytów, a jedyne, co wymagało to kalibracji (w załączniku). Na wyświetlaczu w górnym wierszu wyświetlana jest pojemność kondensatora, natomiast w dolnym wartość parametru ESR. Gdy nie ma podłączonego kondensatora do pomiaru, to w górnym wierszu wyświetlane są kreski, a w dolnym wartość ESR większa od jakiejś dowolnej wartości. W moim egzemplarzu wyświetla się "ESR > 12.005". W przypadku sprawnego kondensatora wyświetlana jest jego pojemność odpowiadająca jego pojemności nominalnej oraz wartość ESR zbliżona do zera. W przypadku utraty pojemności przez kondensator bądź też zwiększania rezystancji ESR będzie to odpowiednio widoczne na wyświetlaczu. W ten sposób można wykryć uszkodzony elektrolit w naprawianym urządzeniu.
Uwaga!!! Zarówno kondensatory o małych pojemnościach, jak również na wysokie napięcia pracy mają ESR wyższy niż inne i wtedy o uszkodzeniu decyduje doświadczenie użytkującego; podobnie wyższy ESR mają kondensatory o miniaturowych rozmiarach.

Kilka zdjęć pokazuje pomiar sprawnych oraz uszkodzonych elektrolitów. Niestety jak na złość do zdjęcia nie udało mi się znaleźć kondensatora, który miałby poprawną pojemność, ale zawyżony parametr ESR. W większości przypadków urządzenie umożliwia sprawdzanie elktrolitów w układzie bez konieczności wylutowywania ich. Gdy pomiar w układzie daje "podejrzane" wyniki, należy
mierzony kondensator wylutować i zmierzyć ponownie poza układem. Na pewno takim urządzeniem, z którego trzeba kondensatory wylutować, są płyty główne komputerów, ponieważ tam elektrolity łączone są równolegle w dość licznych grupach i wystarczy jeden elektrolit o niskim współczynniku ESR i już fałszuje on pomiar. Jest to skutek równoległego łączenia rezystancji.

Moje wskazówki są wynikiem używania tego urządzenia przez około 2 lata. Należy pamiętać, że nie mamy tu do czynienia z przyrządem laboratoryjnym, ale z urządzeniem, które określa nam pewne wartości, a to od użytkownika zależy, czy dobrze zinterpretuje wskazanie. Jednym słowem trzeba tego trochę poużywać, żeby nabrać wprawy w interpretowaniu wyników pomiaru.
Zachęcam wszystkich, którzy rzadziej lub częściej coś naprawiają, do wykonania takiego urządzenia, a zobaczycie, jak dużo czasu można zaoszczędzić podczas poszukiwań przyczyny usterki. Na koniec kilka zdjęć wnętrza urządzenia oraz fotografii wykonanych podczas przykładowych pomiarów. Niestety nie mam zdjęć z czasu, jak je budowałem (tylko zdjęcia niepomalowanej obudowy). W załączniku dałem: schemat, opis procedury kalibracji, wsad do PIC-a, opis wyprowadzeń wyświetlacza oraz wzory płytek. Dla ułatwienia na wzory płytek naniosłem orientacyjny rozkład elementów, jednak polecam składać całość ze schematem w ręku.




Pozdrawiam, a wszystkim chętnym do wykonania przyrządu życzę powodzenia i zadowolenia z użytkowania. Jestem otwarty na wszelkie uwagi, a w przypadku pytań postaram się udzielić odpowiedzi. Zachęcam do przeczytania wątku wskazanego przeze mnie na samym początku.