ESR Meter van Jay_Diddy_B

blackdog

Golden Member

Hi,

Deze keer geen ontwerp van mij maar van Jay_Diddy_B

Op EEVBLog zijn er verschillende topics geweest van ESR meters, net als hier op CO.
Van Jay_Diddy_B heb ik gisteren zijn ESR metertje gebouwd.
Waarom Bram... je hebt toch mooie RCL meetinstrumenten...

Nou, omdat het een galant ontwerp is, simpel van opbouw met goede specificaties en altijd leuk om er een zelfgebouwd testinstrumentje er bij te hebben.
Het schema van de besproken ESR meter: www.bramcam.nl/Diversen/ESR-JDB.pdf
Kijk op EEVBLog voor de complete uitleg van de werking, ik doe het hier compact voor de gene die moeite hebben met de Engelse taal.
Kijk hier voor het orginale topic op EEVBlog: http://www.eevblog.com/forum/projects/5-transistor-esr-meter-design/

Open het schema :-)
De hele schakeling werkt op een 5V voeding die uit een TO92 regelaar komt, in het schema staat een 78L05, welke ik heb vervangen voor een TSTS2950-50.
Dat is een low drop regelaar die tot net onder de 5,5V ingangs spanning werkt, hierdoor haal je de maximale energie uit de 9V batterij.

Q1 en Q2 vormen een emittor gekoppelde oscilator die door Q3 een PNP transistor gebuffert/versterkt wordt.
Uiteindelijk staat op de collector van Q3 een vrij goede blokgolf en bij mij is dat 92,6KHZ.
Dit vind ik verder geen probleem dat de frequentie wat lager is, het is toch geen precisie instrument, de ESR van verschillende condensatoren zwabbert toch alle kanten op :-)
Dit is een instrument dat je een indruk geeft van de ESR rond de 100KHz.

Dan komen we bij wat onderdelen die ook de aflees nauwkeurigheid bepalen, en dat zijn de twee weerstand delers R8+R10 en R11+R12.
Jay_Diddy_B heeft via Spice bepaald welke waarde van R10 volgens hem de mooiste schaal geeft voor het aflezen, in het schema staat dus 3Ω voor deze weerstanden.
Ook R12 heeft geen "normale" waarde deze is 30Ω.
De oplettende kijker heeft gezien dat de verhoudingen tussen de twee delers een factor 10 is.
Jay_Diddy_B heeft er voor gekozen een lage waarde te nemen voor R8 en R3 om de aanstuur impedantie van de te meten condensator laag te houden, wat de goede beslissing is.
Het knopppunt van R11 en R12 heeft het zelfde signaal niveau als de R8 en R10 deler, t.o.v. massa staat hier ongeveer 110mVPP. zie plaatje hieronder.
http://www.bramcam.nl/Diversen/ESR-JDB-6.png

Over de testaansluitingen staan ook nog wat snelle Schottky dioden ter bescherming van de schakeling.
het signaal dat op de testklemmen staat wordt AC uitgekoppeld door C3 van 10nF naar de linker zijde van de verschil versterker.
De versterker aan de rechter zijde van het schema wordt gevoed uit de spanningsdeler R11 en R12.
Als er nu geen component zit aangesloten op de testklemmen dan zal de AC spanning over R10 niet zakken en valt er voor Q4 en Q5 geen verschil spanning te versterken.

Nog even naar Q4 en Q5, met de "normale" componenten rond deze trapjes versterken deze de collector weerstand (1K2) gedeeld door de emittor weerstand(0,33K) is ongeveer 3,6x.
Er is echter meer versterking nodig voor een goede werking en dat is opgelost door de emittor weerstaden R15 en R19 te ontkoppelen voor AC met 1uF en een 33Ω weerstand.
De totale versterking per trapje wordt hierdoor een kleine 40x, dit is afhankelijk natuurlijk van de belastingen die de twee collecter zien door de belasting die de meter vormt.
In serie met de meter en de "0" potmeter staat ook R24, met een 50uA metertje is deze rond de 12K.

Als de spanningsdelers in gelijke verhouding zijn gekozen en men 1% weerstanden hiervoor neemt net als voor R16 en R20, dan is de uitslag van het metertje nihil bij geen aangesloten component.
Het hele systeem is dus een oscilator met een verschil versterker die de verschil spanning meer tussen twee in verhouding gelijke spannings delers.

Voor ik verder ga met wat plaatjes en nog wat andere uitleg, 100uA is wel mogelijk om te gebruiken, maar een 1mA meetinstrumentje trekken de verschil versterkers niet.
Ik had geen moeite op de laatste beurs waar ik was voor weinig geld meerdere 50uA metertjes te kopen, dus maak het je zelf niet moeilijk, ebay heeft verschillende typen metertje te koop.

Voor het bouwen heb ik een afdruk gemaakt van het schema, waarbij ik dan aankruis wat ik reeds gesoldeerd en getest heb.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-05.png

Ik vind het makkelijk als je een goed opgebouwd schema hebt wat dit trouwens is, om te componenten dan ook op deze manier op de print te monteren.
Je kan bijna het schema aflezen van de print. :-)
Linksboven zit de 5V LDO regelaar die de +5V maakt, in het miden onder zijn de twee aansluitpinnen te zien waar de condensator op aangesloten wordt.
Een stukje rechts naar boven zijn de twee laatste aansluit pinen te zien deze zijn voor het 50uA metertje, de + is de bovenste aansluiting.
In de blauwe cirkel bevind zich de weerstand R24 en deze is bij een 50uA metertje ongeveer 12K.
Ik had geen rekening gehouden met de 5V ontkoppel condensator(plekje), maar door hem schuin te plaatsen kon ik hem toch op een goede plek aanbrengen, zie de gele cirkel.
De 10K potmeter komt op het front, deze steld de meter op "0" bij kortgesloten aansluitklemmen.
De twee beschermings diodes D1 en D2 komen achter op de aansluitklemmen en zitten dus niet op dit printje.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-04.png

De verplichte onderzijde, ook nu weer geen spaghetty bedrading.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-03.png

Bij de eerste keer aanzetten wees het metertje dit aan met een 1Ω weerstand op de klemmen, 35uA stroom.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-01.png

De gene die ondetussen de EEVBlog topics hebben gelezen zien dat mijn stroom een beetje anders is dan welke anderen meten bij deze weerstands waarde.
Dat komt dus door de kleine aanpassing van de 3Ω naar 3,3OΩ en de 30Ω naar de 33Ω waarde.
Teken je zelf het schaaltje dan is dit geen probleem, wil je een van de schaaltjes die Jay_Diddy_B ter beschikking steld of anderen,
neem dan 2x1,5Ω in serie en voor de 30Ω 2x 15Ω in serie.

Dan nog wat metingen meting aan een 1Ω weerstand, hier direct op de print gemeten met korte aansluitingen.
De 1Ω weerstand heeft aansluitdraden van 25mm.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-07.png

En nu gemeten met zo kort mogelijke aansluitdraden, er is nu geen overshoot meer zichtbaar.
Voor de gemeten waarde maakt dit erg weinig uit, maar als je over de meetklemmen een scoop zet, krijg je een aardige indicatie van de inductie (ESL) van je te meten component.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-08.png

Vragen? schiet maar :-)

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Mooi en overzichtelijk !

Klopt het dat je hebt ervoor gekozen de beveiliging diodes D1 en D2 alsmede de 0-Pot R24 niet op de print, maar direct op de aansluitbussen te solderen ?

Misschien nog een link toevoegen naar de discussie op EEVBlog ?

LetterHenk

Golden Member

Mooi Blackdog,
Deze had ik ook op mijn lijstje staan. Ik had hem gezien op het youtube kanaal van W2aew Ook met een goede uitleg over de werking van het schema.
Weer super strak gaatjesprint werk :) Dat is weer genieten (kijk graag met je topics mee)
Gaat het geheel nog in een handzaam kastje?

Action expresses priorities LH
blackdog

Golden Member

Hi,

Letterhenk en flash2b dank. :-)

Ik heb de eerste post aangepast en er staan nu ook twee cirkels in het plaatje van het printje met de positie van R24 en de ontkoppel condensator van de 5V voeding.
De dioden D1 en D2 komen zoals flash2b het al aangaf achter op de aansluitklemmen, dit zijn trouwens redelijk dikke SMD dioden die ik op een stukje print monteer
achter op de stekkerbussen.

Voor het kastje had ik al even gekeken, ik heb er aardig wat maar b.v. niet waar het metertje netjes in past.
Ik kijk daar morgen nog even verder naar.
Ook ga ik in de potmeterbak kijken of ik een 10K potmeter kan vinden met een schakelaar, zoniet dan een kleine thumbler er bij.

Ook wil ik een power LED hebben, deze kan b.v. in serie met R2 komen als deze waarde wordt verlaagd zodat de DC instelling van de oscilator bewaard blijft.
Maar eigenlijk is dit onzin, ik kan net zo goed een LED op de 9V aansluiten via een zener en een weerstand,
die extra mA maakt ook niets meer uit op de ongeveeer 24mA dat deze schakeling trekt.

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Op 25 maart 2018 19:05:38 schreef blackdog:

Maar eigenlijk is dit onzin, ik kan net zo goed een LED op de 9V aansluiten via een zener en een weerstand,
die extra mA maakt ook niets meer uit op de ongeveeer 24mA dat deze schakeling trekt.

Ga je de schakeling voeden met een klassiek 9V batterijtje? Dat zijn hele dure milliampères, dus iedere mA telt :-)

Wat ik op deze en vele andere ESR meters mis is een kortsluitingsdetectie. Ja, deze tester is zeer handig voor "in circuit" testen, maar als je per ongeluk op een stuk 0 Ohm zit te meten meet het ook goed. Via een kortsluitdetector is dat te voorkomen.
Dat gaat eenvoudig door een kleine DC offset toe te voegen en die te monitoren. Bij meten op een elco blijft die offset aanwezig, bij meting op een kortsluiting kan er bvb een "non valid measurement" gaan branden.

't is maar een idee. (maar eentje dat later veel tijd kan besparen)

groeten

Kris

blackdog

Golden Member

Hi Kris, :-)

Wat ik met het LEDje ga doen, weet ik nog niet zeker.
Wat de dure mA betreft, daar maak ik mij niet druk om, een goede 9V batterij kost mij ongeveer 2-Euro.
Dat is dan een Ikea of een Varta industrieel model die ik via de groothandel aanschaf in een 20 stuks verpakking.

Als jij dit soort instrumenten veel gebruikt, kan een ingebouwde mini voeding ook handig zijn.
Of een 5V stekker adapter, 12V kan ook en dan met een extra relais er bij,
die de ingebouwde 9V batterij uitschakeld als je de externe voeding gebruikt.
Zodoende blijft hij dan nog steeds portable, zoveel mogelijkheden...

Er staat ongeveer 50mV DC op de uitgang, wat let je om een comparator aan te sluiten,
die bij zeg minder dan 5mV DC op de klemmen een signaal afgeeft, het is jouw feestje :-)

Ik ga er verder weinig meer aan doen, ik meet bijna nooit "In Circuit" ben te veel door andere componenten in de maling genomen.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
blackdog

Golden Member

Hi,

Ik heb besloten hoe ik het power ledje ga gebruiken.
Het schema hieronder is alleen geschikt als er een Low Drop regelaar wordt gebruikt.
Bij het door mij voorgestelde type regelaar gaat de uitgansspanning zakken rond de beneden de 400mV.
Deze waarde is dan goed te gebruiken om een PNP transistor aan te sturen.
Wil je een iets groter bereik dat je kan zien dat de batterij praktisch leeg is,
plaats dan de extra weerstand van 47K over de basis en de emittor zoals in het schema staat aangegeven.

Dezeschakeling heeft mijn voorkeur boven een extra wissel schakelaar waarmee je dan de batterij meet, maar het is jullie feestje, doe wat je leuk vind.
Dit is alleen het stukje van het schema rond de 5V regelaar.
http://www.bramcam.nl/Diversen/JPD-ESR-10.png

Voorwaarde goede werking
De 5V regelaar moet een LDO zijn, minder dan 400mV dropout spanning bij 25mA
Q6 moet een HFE hebben van meer dan 200, al mijn 3906 en 3904 transitoren voldoen hieraan, een BC560C is ook goed te gebruiken.
De LED mag en rode of groene LED zijn, maakt mij niet uit, meer wel een Low Current LED, dus een die bij 1mA al goed licht geeft.
LED die 10 of 20mA gebruiken zijn zo 1970... *grin*

Dit zijn de niveau's van de batterij spanning
Bij 5.5V uit, en bij 6V bijna volledig aan.

Bij gebruik van de extra 47K weerstand
6.2V uit en bij 7V bijna volledig aan.

Ik hoop dat jullie dit een leuke toevoeging vinden.

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Erg leuk & slim schakelingetje voor een aan/uit LED met low battery indicatie! Elegant gebruik van de spanningsval over de regelaar, zodat de LED uitgaat, een paar tiende Volt voor die regelaar door z'n knieën gaat. Die had ik nog niet eerder gezien, en zal ik onthouden :-)

groet, Gertjan.

Paul50

Golden Member

Hey Blackdog,

Korte vraag.
Welke transistors heb je gebruikt bij het nabouwen?

Groet Paul

Een onuitgesproken verwachting leidt tot een teleurstelling
blackdog

Golden Member

Hi Paul,

De transistor die de ontwerper aangeeft, alleen dan de TO92 uitvoering en dat is dan 4x de NPN 2N3904 en 1x de PNP 2N3906.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Paul50

Golden Member

Ik heb inmiddels de ESR meter ook gebouwd en ook gebruikt gemaakt van 2N3904 en 2N3906.
Alleen krijgt de osc (Q1 en Q2) Q3 niet voldoende aangestuurd.
Op het knooppunt van R11 en R12 t.o.v. massa staat bij mij ongeveer 25mVPP. frequentie is 94 KHz

Een onuitgesproken verwachting leidt tot een teleurstelling
blackdog

Golden Member

Hi Paul,

Op het punt R11, R12 moet het zelfde signaal staan als op het punt R8, R10 en dat is dan 100mVTT

Heb je de scopeprobe goed afgeregeld?

Op de collector van Q3 staat 5VTT

Op het knooppunt van R11, R12 en R8, R10 staat dus het zelfde signaal als je niets aansluit op de tester.
Heb je de schakeling goed ontkoppeld? ik vind de bovenzijde van jouw blok er niet goed uitzien.

Groet,
Bram

[Bericht gewijzigd door blackdog op 27 april 2018 18:52:11 (13%)]

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Paul50

Golden Member

Hey Blackdog,

vergroten van C9 blijft hetzelfde resultaat.
voor de zekerheid nogmaals gecontroleerd, scopeprobe staat goed afgeregeld middels de testaansluiting op de scoop.
Het vervangen van Q3 door een andere 2N3906 gaf geen verbetering.
Ik heb voor Q3 nu een BC559c (hogere Hfe)geplaatst en dit geeft wel de gewenste werking.
De meter werkt nu voor zover ik kan zien naar behoren.
Dit is nu de meting op R11, R12, netjes 100mv.

De dutycycle is niet exact 50% en de blokgolf is aan de onder en bovenzijde niet geheel strak, wat dit voor een invloed heeft op de meting weet ik zo niet.
Misschien nog wat aan finetunen.

Thanks :-)

Groet Paul

Een onuitgesproken verwachting leidt tot een teleurstelling
blackdog

Golden Member

Hi Paul,

Heb je wel goede 2N3906 en 2N3904?
Bijna alle transistoren die ik heb testen boven de 250 wat HFE betreft.
Ik koop deze transistoren bij grote leveranciers zodat ik zeker weet dat in Fairchild, ON-Semi, NXP heb.
China modelletjes is een grote NONO voor mij.

Maar in ieder geval mooi dat het nu werkt.
Misschien ook de andere transistoren vervangen?
Mijn duty cycle is ook niet precies 50%
Ook de frequentie was een flink stuk bij de 100KHz vandaan, ik heb de condensator vervangen zodat ik binnen 5% op 100KHz zat.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

door de huidige componentenkeuze van de oscillator kan de duty-cycle ook niet op 50% exact uitkomen. het ontladen/opladen van C1 gebeurt niet met dezelfde "last", maar exact 50%, das niet zo belangrijk.

voor T1, T2 lijkt me de Hfe van ondergeschikt belang, gezien de weerstanden en E en C circuit. T3 daarentegen heeft best een zo groot mogelijke Hfe, door de laagohmige belasting.

groeten

Kris

Jochem

Golden Member

Bram, in je startpost is een plaatje stuk (404).
Gaat om http://www.bramcam.nl/Diversen/ESR-JDB-7.png

Heb geduld: alle dingen zijn moeilijk voordat ze gemakkelijk worden.
blackdog

Golden Member

Hi die Jochem, :-)

Dat is een goede!
En ik kan het plaatje niet meer vinden...
Waarschijnlijk overschreven met een ander plaatje, sorry voor het ongemak.
Ik heb geen idee of de Master van dat plaatje nog bestaat.

Ik heb de link en de bijbehorende tekst verwijderd om de 404 kwijt te raken.

Dank voor het melden.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Jochem

Golden Member

Er is wat te zeggen voor het zelf hosten van plaatjes, maar er is ook veel te zeggen voor het hosten op circuitsonline. Dan weet je zeker dat het bij de post blijft bestaan zoals het bedoeld was. En als CO ooit ophoudt te bestaan.. tja, dan is de post zelf ook weg dus dan is het met dat plaatje ook om het even ;)

Heb geduld: alle dingen zijn moeilijk voordat ze gemakkelijk worden.