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Misuratore di ESR

Progettazione collaborativa: dall'idea alla formazione del gruppo di lavoro per la realizzazione di un prodotto finito.

Moderatore: Foto Utentebrabus

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[1] Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utentebrabus » 27 gen 2021, 8:32

A seguito della discussione avviata in questo thread, ci poniamo l'obbiettivo di realizzare uno strumento atto a misurare la capacità e la resistenza serie parassita (ESR) di un condensatore.

Le specifiche dello strumento sono le seguenti:

1) Capacimetro per componente libero
- Misura di capacità: 10pF ... 40mF
- Misura della corrente di perdita con tensione di prova 1V
- Misura della capacità al variare della tensione continua applicata al DUT, fra 1V e 10V

2) Misuratore di ESR
- Campo di misura: 2m\Omega - 100 \Omega
- Frequenza di misura: selezionabile fra 1kHz, 10kHz e 100kHz
- Il segnale di misura non deve superare i 300 mVpp per non interferire con il resto del circuito.

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[2] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utenteelektronik » 27 gen 2021, 9:48

Aspetto con ansia nel vedere cosa ne scappa fuori, finalmente una cosa molto interessante
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[3] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utentesetteali » 27 gen 2021, 10:17

:ok: =D> a tutti, seguo con interesse gli sviluppi del progetto!!!!!
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[4] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 27 gen 2021, 16:37

Io come dicevo nel thread da cui è partito il tutto, partecipo volentieri, posso dedicare del tempo tra un due/tre settimane.

Riassumendo un po', come si è già detto, anni fa avevo messo a punto questo accrocchio per fare una misura a quattro punte:

http://davbucci.chez-alice.fr/index.php ... _meter.inc

Ribadisco che è un accrocchio e ci sono cose di cui oggi non sono fiero. Se mi è concesso citarmi:

Il circuito ha un vero e proprio errore perché ho usato un operazionale con una tensione di alimentazione troppo bassa. Un'altra cosa che non mi piace è che la tensione sinusoidale non è molto ben controllata in ampiezza, il che va a far derivare la calibrazione dello strumento.


Per la misura di ESR bisognerebbe decidere come procedere. Il mio circuito prevedeva di misurare la tensione su un partitore in cui la parte capacitiva era considerata sostanzialmente un cortocircuito perché la misura viene fatta ad una frequenza elevata. Il circuito di NE utilizzava un ponte. Entrambi i circuiti utilizzavano una tensione di prova molto piccola, di modo da poter fare delle prove in-circuit. Ci sono tanti schemi in giro di misuratori di ESR, quindici anni fa avevo cercato un po' ed erano più o meno tutte idee del genere.

La letteratura sulle misure RL è molto vasta... Io avevo trovato questo documento:

https://wiki.epfl.ch/carplat/documents/rcl_agilent.pdf

Ma è piuttosto generico e non l'ho ancora studiato abbastanza per vedere quanto di utile si può ottenere su una misura ESR in-circuit. C'è comunque un riassunto interessante delle tecniche di misura a pagina 2-3 e seguenti, io ad istinto ho subito adocchiato la misura mostrata in figura 2-3, magari accoppiando una misura di zero-crossing per sapere di quanto la corrente è sfasata rispetto alla tensione.

Un aspetto interessante del mio circuito è la misura a 4 contatti che è indispensabile per avere letture su resistenze piccole o molto piccole. Avevo tentato di utilizzare un amplificatore logaritmico per aumentare un po' la scala di misura, ma con poco o pochissimo successo. Dopo la calibrazione (che si sballava dopo un po'), riuscivo a misurare tra 20 mΩ e diciamo un 3 Ω su una scala di uno strumentino analogico.

Riflettendoci oggi, ritengo sarebbe stato meglio adottare due o tre "range" di corrente per l'eccitazione con un minimo di intelligenza di controllo che scelga quella adatta di modo da mantenere sempre la tensione sul dispositivo sotto test sotto ai 200 mV picco/picco.
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[5] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 27 gen 2021, 19:18

Al capacimetro per componente libero aggiungerei una richiesta: possibilita` di misurare la capacita` con una tensione continua applicata.

L'uso diffuso di condensatori ceramici multistrato fa saltare fuori problemi che la prima volta che un progettista li incontra sono dei misteri. A me e` capitato un buck con uscita 5V che oscillava che era un piacere. Condensatore di uscita ceramico da 10µF 6.3V, quando era polarizzato a 5V aveva una capacita` di 2µF!
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[6] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteEnChamade » 27 gen 2021, 21:29

IsidoroKZ ha scritto:Condensatore di uscita ceramico da 10µF 6.3V, quando era polarizzato a 5V aveva una capacita` di 2µF!

E il motivo di questo? Cioè, hai capito perché succedeva?

Stavo leggendo il pdf indicato da Davide. Qualcuno ha già un'idea del metodo di misura che conviene usare?
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[7] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 28 gen 2021, 0:19

EnChamade ha scritto:
IsidoroKZ ha scritto:Condensatore di uscita ceramico da 10µF 6.3V, quando era polarizzato a 5V aveva una capacita` di 2µF!

E il motivo di questo? Cioè, hai capito perché succedeva?


E` una caratteristica nota dei condensatori che usano ceramiche ad alto \epsilon_r. In presenza di campo elettrico nel dielettrico la capacita` scende anche drasticamente, ed e` riportato nei data sheet, basta dimenticarsene :(

Un materialista mi aveva spiegato una volta il perche': nel titanato di bario, tipico dielettrico dei ceramici ad alta capacita`, ci sono molti elettroni che si possono spostare facilmente all'interno delle celle del cristallo, e questo fa si` che la costante dielettrica sia elevata. Pero` gli elettroni sono confinati ciascuno dentro la cella e quando arrivano verso i bordi della cella vengono fermati e come cariche fisse non contribuiscono piu` alla capacita`.

In questo documento ci sono le curve di comportamento

Anche gli stress meccanici e la temperatura contribuiscono a cambiare la capacita`. Ricordo una demo di un condensatore ceramico messo sul capacimetro e schiacciato con le pinze (e un po' di cotone per non romperlo): la capacita` variava di un fattore 3 o 4! In pratica i ceramici sono dei condensatori che funzionano anche da voltmetri, termometri ed estensimetri :-)

Relata refero, di mio ho solo aggiunto un po' di incomprensioni originali, dimenticanze ed errori vari!
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[8] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteChris1414 » 28 gen 2021, 1:11

Non è tutto ciò che sappiamo frutto diretto o indiretto di conoscenze ed esperienze altrui? Qualcuno più di altri sa poi a sua volta lasciare il proprio contributo, ed è proprio questo che permette alla scienza di esistere..
..e questo solo per poter seguire la discussione! :)
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[9] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utentestefanopc » 28 gen 2021, 9:48

DarwinNE ha scritto:
La letteratura sulle misure RL è molto vasta... Io avevo trovato questo documento:

https://wiki.epfl.ch/carplat/documents/rcl_agilent.pdf


Anche in questo documento molto interessante si parla della variazione della capacità nei ceramici sia al variare della polarizzazione in Ac che in Dc alla pagina 1-7.
Ciao
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[10] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 28 gen 2021, 11:17

A me effettivamente occorrono dei condensatori da qualche centinaio di picoFarad che siano stabili e non so come fare, in giro trovo soltanto i ceramici per quelle capacità. Suggerimenti?
Recentemente ho trovato in negozio dei ceramici multistrato fino a 2,2 microFarad, C'è scritto soltanto 225, vengono venduti come 63V e sono piccoli come una capocchia di fiammifero.
Sarei curioso di testare anche questi, seguo il thread con interesse.
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