构建一个基于555定时器的简单ESR测量装置

　　电容器似乎一切都很好，直到您到达电源出现故障或拒绝以最佳方式运行的地步。如果问题是噪音，有一个简单的解决方法，你只需添加更多的电容器。但这并不能解决问题。有什么问题？

　　问题源于一个天真的假设，即电容器（在很大程度上）是“理想的”设备，而事实上，它们不是。这些不良影响是由于称为内部电阻或等效串联电阻 （ESR）的东西。由于其构造中使用的材料，电容器具有有限的内阻。

　　不同类型的电容器具有不同的 ESR 范围。例如，电解电容器通常比陶瓷电容器具有更高的 ESR。对于许多应用，测量电容器的内阻变得很重要。今天在这篇文章中，我们将构建一个ESR 表，并学习如何 使用 555 定时器 IC 和晶体管来测量电容器的 ESR。

　　电容器 ESR 测量

　　一开始，ESR 测量似乎是一项简单的任务。

　　通过施加恒定电流并测量被测设备两端的电压降，可以轻松确定电阻。

　　如果我们向电容器施加恒定电流会怎样？电压线性上升并稳定在由电源电压确定的值上，这（对于我们的目的）是无用的。

　　在这一点上，是时候回到我们在学校学到的东西了——“电容器阻挡直流并通过交流”

　　在做出一些简化的结论后，我们了解到电容器在高频下基本上是短路的，电容部分在电路中“短路”，所有电压都下降到内阻上。

　　这种方法的优点是，如果我们知道正在使用的信号源的内阻，我们甚至不需要知道电流，因为现在 ESR 和（源的）内阻形成了一个分压器，比例为电阻是电压降的比率，知道三个我们可以很容易地确定另一个。

　　示波器用于测量输入端和电容器处的波形。

　　零件清单

　　对于振荡器：

　　1. 555定时器——CMOS和双极都可以正常工作，但建议在高频使用CMOS

　　2. 100K电位器——用于频率调谐

　　3. 1nF 电容——定时

　　4. 10uF陶瓷电容-去耦

　　功率级：

　　1. BC548 NPN双极晶体管

　　2. BC558 PNP双极晶体管

　　关于晶体管选择的快速说明 - 任何具有高增益（300 及以上）和稍大电流（50mA +）的小信号晶体管都可以正常工作。

　　3. 560Ω基极电阻

　　4. 47Ω 输出电阻——可以是 10Ω 到 100Ω 之间的任何值。

　　电路原理图

　　以下是此ESR 电容测试仪电路的电路图-

　　

　　该ESR 计电路可分为两部分，555 定时器和输出级。

　　1. 555 振荡器：

　　555电路是一种传统的非稳态多谐振荡器，它发出频率为几百千赫兹的方波。在这个频率下，几乎所有的电容器都像短路一样。100K 电位器允许频率调谐，以获得尽可能低的电容电压。

　　2. 功率级：

　　这是另一个问题的解决方法。我们可以直接将电容连接到 555 定时器的输出端，但是我们需要准确地知道输出阻抗。

　　为了消除这种情况，使用了带有串联电阻的推挽输出级。电阻器提供输出阻抗。

　　这是这个ESR Meter 电路的完整硬件的外观：

　　

　　计算电容器的 ESR

　　从分压器方程，我们得出以下公式：

　　ESR = （V CAP • R OUTPUT ） / （V OUTPUT – V CAP ）

　　其中 ESR 是电容器的内部电阻，V CAP 是电容器两端的信号（在节点 CAP+ 处测量），R OUTPUT是功率级的输出电阻（此处为 47 欧姆），V OUTPUT是输出信号电压，如在电路中的 A 点测量。

　　使用此电路时，建议将示波器探头设置为 1X 以提高灵敏度并降低带宽以消除一些噪声，以便进行准确的测量。

　　首先，在阻抗之前的 A 点测量峰峰值电压并记录下来。然后连接电容器。放大直到看到方波。旋转锅直到波形不再变小。

　　根据电容器的类型，所得波形的峰峰值电压应该在几十或几百毫伏的量级。

　　示例：测量 100uf 电解电容器的 ESR

　　这是功率级的原始输出波形：

　　

　　这是电容器上的电压。注意叠加在信号上的所有噪声——小心测量。

　　

　　将值代入公式，我们得到 198mΩ 的 ESR。

　　电容器的 ESR 是设计电源电路时的一个重要参数，这里我们构建了一个基于 555 定时器的简单 ESR 测量装置。