직접 만드는 ESR 미터: 전자 애호가를 위한 완전 가이드

DIY ESR 미터에 대해, 모든 직업에는 고유한 도구 세트가 있습니다. 전자공학의 경우 최소한 멀티미터, 드라이버, 커터, 납땜 인두와 와이어는 있어야 합니다.

좋은 점은 이 도구들을 어떤 전자 상점에서나 저렴한 가격에 찾을 수 있다는 것입니다. 하지만 전자공학의 길을 걸어가면서 필요하게 되는 다른 중요하지만 비싼 도구들도 있습니다.

그중 하나가 ESR 미터입니다.

이 글에서는 기성 스트립/베로 보드로 시중 ESR 미터와 같은 결과를 내는 ESR 미터를 직접 만드는 법을 보여드리겠습니다.

준비되셨나요? 배워봅시다!

스트립보드

ESR이란 무엇인가?

커패시터도 열화에서 자유롭지 않습니다. 바람직하지 않은 효과가 보일 때, 이는 등가 직렬 저항(ESR) 때문입니다. 왜냐면 제조업체가 만드는 재료 때문에 커패시터는 제한된 내부 저항을 가지기 때문입니다.

또한 다양한 유형의 커패시터는 서로 다른 ESR 범위를 가집니다. 따라서 커패시터의 등가 직렬 저항을 측정하는 것이 중요합니다.

ESR 미터란 무엇인가?

커패시터 측정 시 정전 용량 미터(디지털 또는 아날로그)는 오해하게 할 수 있습니다. 이 도구로는 불량 커패시터가 양호한 것으로 보일 수 있습니다. 게다가 커패시터에서 ESR을 테스트하지 않으면 불량 커패시터를 놓치고 수리를 못 할 수 있습니다. 그래서 필요한 것이 ESR 미터입니다.

ESR 미터는 커패시터의 ESR을 측정하는 주 목적을 가진 양단자 측정 도구입니다. 보통 불량 커패시터는 일반 디지털 정전 용량 미터나 멀티미터로 측정할 수 없는 높은 ESR 읽기를 가집니다.

그게 다가 아닙니다.

ESR 미터는 커패시터를 회로에서 제거하지 않고도 사용할 수 있습니다.

여기가 가장 좋은 부분입니다.

ESR 미터는 0.33옴, 0.22옴 같은 저옴 저항 체크, 인쇄 회로 기판의 단락 회로 위치 파악, 스피커 증폭기, 일반 및 충전식 배터리 상태 확인 같은 다른 실험에도 사용할 수 있습니다.

ESR 미터는 어떻게 작동하는가?

다양한 요인이 커패시터의 전력 손실에 기여합니다. 이 요소들을 합쳐 ESR이라 부릅니다. ESR 미터 작동 원리를 완전히 이해하려면 부품들을 살펴보겠습니다:

발진기

발진기는 테스트 중인 커패시터를 통해 전류를 구동하는 데 필요한 AC 신호를 공급합니다. 발진기 회로의 좋은 예는 약 100kHz에서 작동합니다.

또한 100kHz는 ESR 측정을 위한 업계 표준입니다. 이 회로의 한 섹션은 위상 이동 발진기 역할을 합니다. 구현하기 쉽고 사인파의 훌륭한 근사치를 보여줍니다.

다른 섹션은 증폭기와 버퍼로 작동합니다. 위상 이동 발진기가 높은 출력 임피던스를 가지므로 이 섹션이 발진기 회로 과부하를 방지합니다. 또한 100kHz 신호 레벨을 게인 제어 포텐셔미터로 조정할 수 있습니다.

ESR 검출기

ESR 검출기가 대부분의 동작이 일어나는 곳입니다. 첫 번째 섹션은 발진기에서 나온 100kHz 신호를 약 7mA 피크-피크 전류로 변환하는 전압-전류 변환기입니다.

따라서 테스트 중인 커패시터(CUT)를 이 단계의 피드백 루프 안에 연결할 수 있습니다. 또한 전면 패널 바인딩 포스트 두 개로도 이 작업을 할 수 있어 CUT가 동일한 전류를 받습니다.

전력 변환 섹션

이 섹션에서 단일 전원 접근법은 ESR 미터 전체에 가상 접지 기준을 제공하도록 요구합니다. 그래서 이 단계에서 일반적인 3단자 전압 레귤레이터(입력에서)가 +5V 버스를 공급합니다.

반면 -5V 버스는 입력의 크기와 같지만 극성이 반전된 DC 전압을 내놓는 편리한 부품에서 공급을 받습니다.

작동 원리

ESR 회로도

먼저 위 다이어그램의 TR1과 고정된 NPN 트랜지스터가 단순 피드백을 만들어 블로킹 발진기를 트리거합니다. 블로킹 발진기가 고주파에서 발진을 시작합니다.

또한 발진이 2차 트랜스포머 5턴에 걸쳐 일정한 크기의 전압을 생성합니다. 또한 발진기가 유도된 고주파를 CUT 양단에 가합니다.

또한 저전압 고주파 피드와 결합된 오피앰프를 볼 수 있습니다. 거기서 전압 증폭기로 작동합니다.

ESR이 없거나 작동하는 커패시터라면 미터가 완전 편향을 제안합니다. 따라서 커패시터에 아주 작은 ESR이 표시되고, 이는 다양한 ESR 레벨을 가진 커패시터들에서 0까지 내려갑니다.

이제 낮은 ESR이 오피앰프 반전 감지 입력에 적당히 높은 전류가 쌓이게 할 수 있습니다. 또한 미터에 높은 편향도로 대응하여 표시되고 그 반대도 마찬가지입니다.

또한 높은 BC547 트랜지스터가 일반적인 전압 수집기와 레귤레이터 단계로 작동합니다. 이로 인해 트랜지스터가 최소 1.5볼트로 발진기 단계를 처리할 수 있습니다. 또한 CUT 주변의 다른 전자 장치들이 ESR 미터의 테스트 주파수로부터 스트레스를 받지 않습니다.

또한 미터 보정이 쉽습니다. 테스트 리드를 낮게 유지하면 100k 프리셋이 미터 다이얼에서 온전한 편향을 달성할 때까지 uA 미터에 가깝게 조정됩니다.

그후 높은 ESR 값을 가진 다양한 커패시터들을 미터에서 확인하고 대략적으로 더 작은 편향도를 확인할 수 있습니다.

마지막으로 트랜스포머는 페라이트 링 위에 있습니다. 또한 다이어그램에서 여러 턴의 얇은 자석을 사용합니다.

자신의 ESR 미터 만드는 법

ESR 회로도

이 섹션에서는 위 회로를 만드는 법을 배웁니다. 회로는 단일 9V 배터리에서 전력을 얻습니다. 전압이 시간이 지남에 따라 떨어질 때 최대 배터리 수명을 얻기 위해 저비용 LDO로 교체할 수 있습니다.

또한 LM2936은 그리 비싸지 않고 5.5V로 떨어져도 작동을 수행합니다. 또한 스위치 후 LED 온/오프 표시기를 추가했습니다. 위 다이어그램에는 표시하지 않았지만요.

회로 부품

• C1- 100uf
• C2 – 470PF
• C3 – 10uf
• C4 – 0.1uf
• C5 – 100nf
• C8 – 100nf
• R1 – 1K
• R2 – 10K
• R3 – 150
• R4 – 12
• R5 – 12
• R6 – 27K
• R7 – 100K
• R8 – 2.2K
• R9 – 100
• R10 – 10K 포트
• ICI – 555
• TR1 – 3904
• T1 – 2.1 트랜스포머
• D1 – IN4007
• D2- IN4007
• D3 – IN4148
• D4 – IN4148

회로 동작

이 회로가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하기 위해 몇 가지 그림을 보겠습니다. ESR 단락 리드(0)와 높은 ESR(5.6)옴에서 포인트 1, 2, 3의 파형으로 설명하겠습니다. 여기서 파형은 관련 채널과 오실로스코프 샷에 대응합니다.

또한 커패시터/저항 분배기 출력의 신호는 약 232mV 피크-피크입니다. 게다가 트랜지스터가 출력 값을 10배 이상 증폭합니다. 또한 채널 3은 필터링되고 정류된 신호(약 1.35V)를 가집니다.

ESR (0)일 때 파형

10k 포텐셔미터 조정 후 ESR (0) 완전 방전 시 미터 모습입니다.

ESR (0) 완전 방전

반면 커패시터가 높은 ESR(5.6옴)을 가지면 테스트 리드에 삽입할 수 있습니다. 그러면 포인트 2의 출력 전압이 감소하고 포인트 3의 결과 DC 레벨도 감소합니다.

ESR (5.6옴)일 때 파형

ESR = 5.6옴 방전 시 미터 모습입니다.

ESR (5.6옴) 방전 미터

회로 제작

이 회로는 퍼프 보드로 조립할 수 있을 만큼 쉽습니다. 다만 T1/E1 전송 링크용 적절한 신호 트랜스포머를 찾기 쉽지 않을 수 있지만, 부품 통에 있을 수도 있습니다.

이 문제의 훌륭한 대안과 해결책은 스위칭 파워 서플라이(PC ATX 서플라이)의 트랜스포머입니다. 또 다른 대안은 더 큰 턴 비율입니다. 하지만 함정이 있습니다. 150옴 직렬 저항을 더 높은 값으로 조정해야 합니다.

완전히 조립된 회로 모습은 다음과 같습니다:

회로 조립

회로를 조립한 후 금속 상자 안에서 최종 조립을 할 수 있습니다. 또한 오디오 잭과 차폐 오디오 케이블로 테스트 프로브를 연결할 수 있습니다. 게다가 접지(실드)를 금속 케이스에 연결해야 합니다.

최종 회로 조립

거의 모든 ESR 미터의 한계

모든 ESR 미터의 몇 가지 한계는 다음과 같습니다:

1. 내부 단락 회로가 있는 커패시터가 있으면 ESR 미터 읽기가 낮은 ESR 값을 가진 것으로 오해하게 만듭니다.

2. 30마이크로패럿 미만의 커패시터 테스트에는 최선의 선택이 아닙니다. 테스트 중인 커패시터가 너무 낮으면 측정 리액턴스 주파수가 매우 중요해집니다. 결과적으로 과도한 ESR이 발생합니다.

3. CUT의 긴 테스트 리드에서 오류가 발생할 수 있습니다. 어떻게? ESR이 저옴 옴미터이기 때문입니다.

마무리

ESR 미터 제작은 쉽고 재미있는 프로젝트입니다. 가장 좋은 점은 전자 랩에서 흔히 찾을 수 있는 부품으로 달성할 수 있다는 것입니다. ESR 미터는 전자 수리 기술자, 취미가, 설계자, 엔지니어들의 필수 도구입니다.

ESR은 1마이크로패럿 이상의 커패시터의 중요한 속성입니다. 표준 디지털 정전 용량 미터로는 불가능한 측정을 하고 싶다면 ESR 테스터가 필요합니다.

ESR 미터와 만드는 법에 대해 알아야 할 모든 것을 마칩니다. 질문이나 제안이 있으시면 언제든 연락 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.