Измерение и измерители ESR

balmer

Goodefine писал(а): ЗЫ. В схеме 1мкф 20 Ом и есть расхождение, причем огромное, Вы списываете на гармоники и приводите пример с керамикой. Все правильно - в первом случае виноват большой еср - из-за него и выбранного метода ошибка. А с керамикой еср низкий и он не вносит погрешность. 1 мкф 20 Ом измеряется на ура с источниками тока, как в реале так и в модели проблем там нет вообще по двум точкам, тем более теоретических

Еще раз - знаю математику, знаю ее достаточно хорошо, чтобы учесть изменение тока в зависимости от напряжения при резисторе. Но вот учесть нелинейные эффекты от TL431 в составе источника тока на высоких частотах - это затруднительно.

Кстати с того времени прикупил LCR Meter DE-5000.
И вот результаты измерения того-же конденсатора 1 мкФ 160 Вольт, что использовался в статье.

1 КГц - 974 нФ ESR 25.6 Ом
10 КГц - 820 нФ ESR 15.3 Ом
100 КГц - 544 нФ ESR 13.5 Ом

Прибор производит измерение синусоидальным сигналом, и точности прибора достаточно, чтобы доверять ему в указанных диапазонах.

Реклама

Видите как всё хорошо получилось - опять пришли к синусу на 100 кГц и я считаю это самым правильным ...

Да, а конденсатор 1мкф, 160в - электролит или керамика\бумага?

Реклама

Goodefine

balmer писал(а): Еще раз - я знаю математику, знаю ее достаточно хорошо, чтобы учесть изменение тока в зависимости от напряжения при резисторе. Но вот учесть нелинейные эффекты от TL431 в составе источника тока на высоких частотах - это затруднительно.

С маленькой поправкой - при неизвестном резисторе(!). Если знаете, то гуд, я не знаю например

balmer писал(а): Нелинейные эффекты от TL431 в составе источника тока на высоких частотах - это затруднительно.

Там проблемы (и то, часто надуманные) только при старте.

balmer писал(а): Кстати с того времени я прикупил LCR Meter DE-500.
И вот результаты измерения того-же конденсатора 1 мкФ 160 Вольт, что использовался в статье.

1 КГц - 974 нФ ESR 25.6 Ом
10 КГц - 820 нФ ESR 15.3 Ом
100 КГц - 544 нФ ESR 13.5 Ом

Прибор производит измерение синусоидальным сигналом, и точности прибора достаточно, чтобы доверять ему в указанных диапазонах.

Т.е. Вы хотите сказать что Вы делали измерения при 100 кГц. )))
А если серьезно, как Вы объясните тот факт, что все измерители по двум точкам прекрасно измеряют электролиты 1мкф, ни о какой 50% погрешности там речь не идет. Даже 0,1мкф. Их даже легче измерять - дельта U большая. Этот факт и доказывать не надо, живой пример - измеритель от miron68. И разрешение у него милиом. И тот же фронт, те же гармоники. Хотя нет, фронт более мягкий - работает источник тока, при резисторе все гораздо резвее. Так что погрешность все таки методологическая

rl55

Столько рассуждений по точности измерений прозвучало, но я вновь хочу заострить - что же мы пытаемся измерить при этом?
Пересчитанное последовательное Rs (от всех потерь, зависимое, кстати, от частоты) или же реальное (физическое) последовательное сопротивление, проявляющееся в виде скачка напряжения в предлагаемом методе (здесь и о конкретной рабочей частоте уже нельзя говорить - измерение производится в удобной точке осциллограммы).
Вот мы с bob1 как раз и пришли к консенсусу здесь http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 2#p1870842
А сам осциллографический метод (визуальный) достаточно информативен в плане реакции исследуемого конденсатора, только вот выбросы мешают (даже не выбросы, а затухающие паразитные колебания на фронтах импульсов за счет паразитной индуктивности измерительных проводов, поэтому трудно и сказать, какая индуктивность является их причиной). Да и ВЧ помехи накладываются при исследовании в схеме (замечал в ночное время, связываю с хорошим прохождение радиоволн КВ диапазона).

Реклама

TIGR

Подкину немного практики.Еще один хороший транс для уже упоминавшегося Манфредметра-миллиомметра.Не трогая схему имеет аналогичные результаты.Транс аккуратно извлечен из UPS MUSTEK
Трансформатор
http://img.radiokot.ru/files/58840/8hqlm9ezj.JPG
Плата UPS
http://img.radiokot.ru/files/58840/8hkh1965v.JPG
Протестируем с новым трансформатором конденсатор SAMXON,который все пинают.
http://img.radiokot.ru/files/58840/8hqkghbje.JPG

Реклама

Что-то две последние фотки не открываются ...

Реклама

balmer

Borodach писал(а): Да, а конденсатор 1мкф, 160в - электролит или керамика\бумага?

Электролит.

Goodefine писал(а):С маленькой поправкой - при неизвестном резисторе(!). Если знаете, то гуд, я не знаю например

Зато мы знаем напряжение на конденсаторе в этот момент. Поэтому ток I = (Uпитания-Uна_конденсаторе)/R

Goodefine писал(а): А если серьезно, как Вы объясните тот факт, что все измерители по двум точкам прекрасно измеряют электролиты 1мкф, ни о какой 50% погрешности там речь не идет.

Для измерения емкости важно только dU/dT - поэтому этим методом емкость можно довольно точно измерять. Отсупаем от начала подачи тока, чтобы переходные процессы завершились и измеряем. Но вот при измерении ESR - чем мы дальше отступаем от начала - тем дальше приходится экстраполировать. Точность естественно теряется, особенно если таки 2 точки, а не N точек и метод наименьших квадратов. В моем случае практически чистая методологическая погрешность, а по двум точкам - это еще и шумы сильно очень влияют.

rl55 писал(а):Да и ВЧ помехи накладываются при исследовании в схеме (замечал в ночное время, связываю с хорошим прохождение радиоволн КВ диапазона).

У меня тоже ВЧ помехи сильно влияют. Но так как в последней разработке снимаю осциллограмму и на частоте 3 MSps, то могу детально рассмотреть помехи

А если учесть, что уже ездил со своим прибором на дачу, к матери в деревню и в городе его тестировал, то могу сказать, что было в моем случае - это разные помехи по сети.

На даче идеальный вариант - электричества нет, все тихонько и спокойненько. У матери в деревне была импульсная помеха на 40 КГц примерно, но я вычислил этот китайский блок питания и включал/выключал его. В городе все значительно печальнее, там просто ворох разных помех, самая мощная - это синусоидальный сигнал на частоте 1 МГц.

Goodefine

balmer писал(а): Зато мы знаем напряжение на конденсаторе в этот момент. Поэтому ток I = (Uпитания-Uна_конденсаторе)/R

Пожалуй я соглашусь, уравнение с двумя неизвестными и два условия, только меняется форма кривой на конденсаторе. А большим числом точек Вы пытаетесь улучшить приближение аппроксимирующей прямой к линейному участку за счет уменьшения шума и увеличения битности. Это видно хорошо на примере с резистором. Но у аппроксимации с резисторами есть границы, и они на единицах мкф и десятках омах уже показывают себя, да еще и схемотехника вмешивается - заряд через сотни кОм... не айс.

balmer писал(а): Для измерения емкости важно только dU/dT - поэтому этим методом емкость можно довольно точно измерять. Отсупаем от начала подачи тока, чтобы переходные процессы завершились и измеряем. Но вот при измерении ESR - чем мы дальше отступаем от начала - тем дальше приходится экстраполировать. Точность естественно теряется, особенно если таки 2 точки, а не N точек и метод наименьших квадратов. В моем случае практически чистая методологическая погрешность, а по двум точкам - это еще и шумы сильно очень влияют.

Разве 16/32 мкс это много? Точность весьма хорошая. Кстати экстраполяция при постоянном токе - это экстраполяция прямая - прямая (кривая может стать только от несовершенства элем. базы). А у Вас заведомо экстраполяция прямая-кривая (хоть и на прямом участке). Поэтому утверждение

чем мы дальше отступаем от начала - тем дальше приходится экстраполировать. Точность естественно теряется

Справедливо для заряда через резисторы, это там чем дальше тем кривее. При источниках тока нелинейность тоже есть, но гораздо дальше - по утверждению автора после сотен мкс, и природа этой нелинейности не очевидна.
Также, Вы забываете что шумы компенсируются при 2 точках тем же усреднением -результат по множеству наборов двух точек, а не тупо по двум точкам. То же самое уменьшение шума и повышение битности. Только в профиль. Даже на 10 битах ацп меги достигают разрешения в мОм. Ограничения по току заряда наступят куда дальше вниз. Я же говорю, даже десятые доли мкф при еср под 50 Ом (его тоже) - специально проверял, это же граничные условия на характеристике прибора - измеряет отлично, даже лучше чем большие емкости и малые еср.

ЗЫ. Я и сам некоторое время размышлял над отказом от источника тока в пользу резисторов. Но выбрал источник несколько из других побуждений, как оказалось не совсем точных. Тем не менее, сейчас тоже считаю что источники тока лучше. С Вашим подходом тоже есть определенные плюсы, но имхо они не перевешивают.

balmer писал(а):
Goodefine писал(а): ЗЫ. В схеме 1мкф 20 Ом и есть расхождение, причем огромное, Вы списываете на гармоники и приводите пример с керамикой. Все правильно - в первом случае виноват большой еср - из-за него и выбранного метода ошибка. А с керамикой еср низкий и он не вносит погрешность. 1 мкф 20 Ом измеряется на ура с источниками тока, как в реале так и в модели проблем там нет вообще по двум точкам, тем более теоретических
Еще раз - знаю математику, знаю ее достаточно хорошо, чтобы учесть изменение тока в зависимости от напряжения при резисторе. Но вот учесть нелинейные эффекты от TL431 в составе источника тока на высоких частотах - это затруднительно.

Кстати с того времени прикупил LCR Meter DE-5000.
И вот результаты измерения того-же конденсатора 1 мкФ 160 Вольт, что использовался в статье.

1 КГц - 974 нФ ESR 25.6 Ом
10 КГц - 820 нФ ESR 15.3 Ом
100 КГц - 544 нФ ESR 13.5 Ом

Прибор производит измерение синусоидальным сигналом, и точности прибора достаточно, чтобы доверять ему в указанных диапазонах.

У меня на 100 кГц получилось в районе одного Ома, а керамика 0,043 ...
100Гц - 32 Ома, керамика - 1,9
На 1 КГц - 8 Ом, керамика 0,6
10КГц - 2 Ома, керамика - 0,15

Измерял пинцетом НВ-11

TIGR

Господа
Осциллограмки внутрисхемного измерения конденсаторов не стесняемся выкладывать

balmer

Goodefine писал(а): Разве 16/32 мкс это много? Точность весьма хорошая.

Это не много и не мало. Но дело в том, что на электролитических конденсаторах у вас будут получаться сильно разные результаты емкости при взятии точек 16/32 мкс и 32/64 мкс

Goodefine писал(а): Кстати экстраполяция при постоянном токе - это экстраполяция прямая - прямая (кривая может стать только от несовершенства элем. базы). А у Вас заведомо экстраполяция прямая-кривая (хоть и на прямом участке).

Опять вы прицепились к тому, что кривая получается. Не хотите пользоваться математикой за пределами четырех простейших действий, и не надо. Но утверждать, что "График кривой" - значит будет маленькая точность, причем не приводя математических аргументов - это какбы глупо. На неэлектролитических конденсаторах, и на электролитических конденсаторах после того как отступили далеко по времени от включения тока - аппроксимация очень точная. Там аппроксимируется не прямой, а функцией вида V(t) = Resr+Vcc*exp(1-1/(R*C))

Goodefine писал(а): Справедливо для заряда через резисторы, это там чем дальше тем кривее. При источниках тока нелинейность тоже есть, но гораздо дальше - по утверждению автора после сотен мкс, и природа этой нелинейности не очевидна.

Специально же выше привел изменение емкости с частотой для конденсатора. Причем измеренного прибором, дающим точность лучше 0.5% в этом диапазоне.

Goodefine писал(а): Также, Вы забываете что шумы компенсируются при 2 точках тем же усреднением -результат по множеству наборов двух точек, а не тупо по двум точкам.

Лично я не смог завести АЦП от STM32, чтобы оно стартовало точно-точно. А ошибки в 1 такт ADC равной примерно 0.1 мкс вполне достаточно, чтобы точность не могла повыситься выше некоторого предела. Так как в STM8 аналогичный ADC то и проблемы аналогичные.

При многократном измерении надо довольно долго разряжать конденсаторы, иначе остаточный заряд тоже портит картину. Но это уже к быстродействию прибора, а не к точности имеет отношение.

Goodefine

balmer писал(а): Это не много и не мало. Но дело в том, что на электролитических конденсаторах у вас будут получаться сильно разные результаты емкости при взятии точек 16/32 мкс и 32/64 мкс

ИМХО, это совершенно голословное утверждение, даже не знаю почему Вы так считаете, и в модели и на практике эти времена дают абсолютно одинаковые результаты, равно как и времена 10/20, 64/128. Поясните плиз...

balmer писал(а): и на электролитических конденсаторах после того как отступили далеко по времени от включения тока - аппроксимация очень точная. Там аппроксимируется не прямой, а функцией вида V(t) = Resr+Vcc*exp(1-1/(R*C))

Какая там аппроксимация у Вас получается, не буду спорить, но видимо не всегда хорошая, раз есть проблемы. Про частоту даже не говорите...

balmer писал(а): Специально же выше привел изменение емкости с частотой для конденсатора. Причем измеренного прибором, дающим точность лучше 0.5% в этом диапазоне.

Да какая частота, Вы о чем - при измерении зарядом можно считать что частота вообще нулевая. То что у Вас совпало со 100 кГц еще ничего не говорит, если я намеряю косо и криво 700нФ то это не значит что я на 50кГц меряю. Я не утверждаю что Вы меряете косо/криво, просто показываю логику сравнения с прибором совершенно другого принципа
И почему в двух точках нет этого влияния "частоты" - ведь методы очень похожи. Но я не видел ни одного прибора на двух точка который бы привирал на 50% в заявленном диапазоне измерений и это объясняли "частотой"

balmer писал(а): Лично я не смог завести АЦП от STM32, чтобы оно стартовало точно-точно. А ошибки в 1 такт ADC равной примерно 0.1 мкс вполне достаточно, чтобы точность не могла повыситься выше некоторого предела. Так как в STM8 аналогичный ADC то и проблемы аналогичные.
При многократном измерении надо довольно долго разряжать конденсаторы, иначе остаточный заряд тоже портит картину. Но это уже к быстродействию прибора, а не к точности имеет отношение.

Ну какая количественная оценка погрешности от неточночти запуска? Это мизер, разрешающей способности не хватит чтоб увидеть это влияние на большинстве диапазонов. На авр можно запустить с точностью в один такт ядра, а в stm оказывается в такт АЦП... Но спорить не буду - пока stm столь пристально не рассматривал.
Остаточный разряд тоже компенсируется в расчетах, путем замера уровня перед стартом. Когда в авр идет измерение двух точек в разных импульсах он вообще остается разным, что приводит к изменению емкости при добавке резистора, но замер остаточных напряжений позволяет полностью этого учесть, на эти грабли я уже наступил и могу сказать что это не проблема

rl55

Все ваши споры о точности измерения сигнала уместны, конечно. Сам я в МК не разбираюсь, поэтому не комментирую.
Но я еще раз по поводу этой самой точности в смысле конечного результата.
Я вот тоже поддерживаю мнение Goodefine:

Goodefine писал(а):Да какая частота, Вы о чем - при измерении зарядом можно считать что частота вообще нулевая.

Ранее тоже об этом упоминал.
В чем я вижу трудность оценки качества электролитического конденсатора? Поясню.
Допустим мы имеем конденсатор в виде "черного ящика".
Какие параметры мы можем реально снять? Реально, пропустив через него ток определенной частоты, можем измерить сдвиг фаз между этим током и напряжением на нем. Это и будет тангенс угла потерь (заметьте - всех потерь на данной частоте).
Далее мы можем представить этот "ящик" в виде последовательной схемы резистора и чистой емкости, либо в параллельной схеме (справедливо только для частоты измерения).
Допустим, мы выбрали последовательную схему и вычислили на основании полного сопротивления и тангенса угла потерь последовательное сопротивление Rs, которое и является, как я понял, ESR.
И, как я понял, оно будет разным на разных частотах, т.к. разные потери у конденсатора.
Кроме того, в нем заключены все пересчитанные потери, а не только реально существующее последовательное сопротивление материалов, которое и является основной причиной пульсаций (важный параметр в имп. БП).
Т.е., я хочу сказать, на какой же частоте мы должны измерять параметры конденсатора (и что), чтобы иметь представление о его работе в конкретной схеме?
Ответ, думаю, будет неоднозначным.
Тогда напрашивается вывод - к чему такая погоня за сверхточностью, если эта точность не в достаточной мере отражает поведение конденсатора в реальной схеме.
Может на практике все же имеет смысл в простых пробниках, фиксирующих факт пульсаций и измеряющий, по сути, их. По крайней мере для больших емкостей - с малыми там проблемы возникают.
Такая вот мысль у меня постоянно сидит при чтении темы...

Goodefine

rl55 писал(а): Тогда напрашивается вывод - к чему такая погоня за сверхточностью, если эта точность не в достаточной мере отражает поведение конденсатора в реальной схеме.

Совершенно справедливый вывод. Наверное основной аргумент - надо стремится сделать как можно лучше, а плохо само получится. Часто можно видеть сравнение приборов, когда их показания отличаются почти в разы (0,05 против 0,09 к примеру), и ведь сразу не поймешь, вроде и хороший, а вроде и нет. А добавили к каждому по 0.1 Ом - учитывают )) И ноль держат что характерно. Самый цирк когда приборы одинаковые. Вот и разберись поди. Тут эмпирика с самообучением поможет только, когда испытав сотни конденсаторов, станем узнавать плохие - зная как показывает параметры хороших конкретный измеритель. Поменяли прибор - начинай сначала - таблица Боба-Паркера у каждого прибора своя )). Чтоб этого не было, даже ради повторяемости и стоит затеять весь сыр бор. Вот будет к примеру в схеме всего один калибровочный элемент - резистор 1Ом 1%. И остальные элементы с разбросом в 5%. Буду считать успехом, если разница в показаниях между двумя приборами будет менее 10% - без внесения в программу уточненного значения калибровочной цепи, т.е. сразу после сборки без наладки. Хотя даже и с ней. Это мечты, но кто знает...
Мое мнение, вполне достаточно знать емкость и esr по скачку, чтоб оценить пригодность в большинстве случаем - тут порою схемы со вспухшими емкостями работают, с параметрами безнадежно уплывшими, куда уж тут учитывать поляризационные эффекты или подобную экзотику. Если ширпотребная схема к ней (экзотике) чувствительна, то в топку ее. А выброс поможет (в некоторых случаях конечно же) в плате, выпаивать то никому не хочется, к тому же при этом и параметры уплывают - был плохой, выпаяли, прогрели а он уже как хороший. Ненадолго только

rl55

Goodefine, согласен

TIGR

Господа
Выкладываем фото реальных измерений
Не стесняемся

rl55

Кому они нах нужны?

Andrew Martin

rl55 писал(а): А сам осциллографический метод (визуальный) достаточно информативен в плане реакции исследуемого конденсатора, только вот выбросы мешают (даже не выбросы, а затухающие паразитные колебания на фронтах импульсов за счет паразитной индуктивности измерительных проводов, поэтому трудно и сказать, какая индуктивность является их причиной)

А для уменьшения паразитных выбросов нужно использовать только четырёхпроводную схему подключения. Тогда выброс будет существовать в основном на входе подводящих проводников.

rl55

Я и спользовал четырехпроводную. Применял отдельный генератор. Это для изучения проблемы.

В любом случае, осциллографическим методом не удобно проверять конденсаторы без выпаивания ...