【参赛】超级ESR表_haoDIY_音响电子电脑科技DIY小制作发明

谨以此作品献给为矿坛辛勤工作的各位版主和坛友，并祝羊年幸福安康，在矿坛里尽情享受DIY的快乐和喜悦！

   ESR表是检测电解电容好坏的利器，爱好者DIY的简易ESR表，原理上是仿直流欧姆表设计，直接利用直流欧姆表刻度，一般采用“交流信号源+中值测量电阻+晶体管阻容电压放大器”的结构，实际上目前的电路远远偏离了欧姆表原理，导致刻度盘吻合不好，测量值不准确，失去了实用价值。（采用集成电路的ESR表，较为合理的设计是把电容接入运放的负反馈回路中，对固定幅度的交流信号进行放大，不同的ESR值的放大量不同，从而指示出ESR值。这种电路对运放的性能要求较高，还需要配套的电源电路，使用9V叠层电池，电量消耗较大，给制作和使用带来不便。）具体表现在几个方面：
   1. 交流信号源：大多以方波做为测试信号。方波是极为复杂的，包含丰富的谐波，简单的电压放大电路无法准确测量。若按傅立叶级数展开，电路将变得十分复杂。另外方波通过被测电容和中值测量电阻的串联电路时，微分作用或充放电特性变得十分突出，因此用方波做测试信号是个错误。
   2. 为了能方便在线测量，测试信号的幅度一般不高于0.25Vpp，对于晶体管阻容电压放大器必然会导致三级管饱和，测量结果毫无意义。
   3. 最重要的一点，直流电阻测量电路中，电池的电动势不变，内阻小，才使得不同的被测电阻接入电路后，在中值取样电阻上的分压按照一定的规律变化。简易ESR表的交流信号源内阻大，交流电动势随外接电阻变化，幅度不稳，测量时中值取样电阻上的分压变化规律与直流欧姆表相去甚远，在欧姆刻度上读出的测量值毫无意义。
   直流欧姆表原理十分简单，那么按照其原理设计的ESR表的电路也应该是简单的。六七十年代的精密仪表，结构都非常简单，所以我相信简单的原理一定能用简单的电路实现。因此，依据直流欧姆表原理设计的ESR表，应具备以下特点：
   1. 采用正弦波做为测试信号，才能保证电路设计更为简单。
   2. 交流信号源必须稳压输出，这仿直流欧姆表原理的根本前提。
   3. 交流电压放大器相当于直流欧姆表的表头，必须是线性的，否则无法直接使用直流欧姆表刻度。
   本着这三点原则，我花了春节前近一个月的业余时间，终于设计和实验成功了这只超级ESR表。之所以称做超级，是因为具有以下特点：
   性能——采用交流稳压源，小中值电阻，分辨率可达0.01Ω以下，测量超级稳定可靠；
   电源——电压超级低，1.1V即可正常工作；
   电路——超级合理、简洁，设计新颖，使用分立元件；
   制作——难度超级低，调试简单，校正方便，不需要专门仪器；
   刻度——与直流欧姆表超级吻合；
   实际测试见图：

×1档1Ω中值.JPG (306.5 KB, 下载次数: 110)

×1档2Ω.JPG (319.56 KB, 下载次数: 96)

×1档3Ω.JPG (312.47 KB, 下载次数: 97)

×3档1Ω.JPG (318.44 KB, 下载次数: 96)

×3档2Ω.JPG (326.69 KB, 下载次数: 104)

×3档3Ω中值.JPG (319.09 KB, 下载次数: 93)

×3档6Ω.JPG (311.42 KB, 下载次数: 101)

电容实测图，大电容两档实测值非常接近。

×1档再测2200μ50V0.028Ω.JPG (294.62 KB, 下载次数: 190)

×3档2200μ50V0.02几Ω.JPG (298.38 KB, 下载次数: 99)

×3档100μ16V0.4Ω.JPG (290.66 KB, 下载次数: 93)

×1档再测100μ16V0.37Ω.JPG (292.43 KB, 下载次数: 95)

×3档10μ250V2.55Ω.JPG (289.23 KB, 下载次数: 99)

×1档22μ25V1.3Ω还能用.JPG (293.91 KB, 下载次数: 98)

×1档47μ10V9Ω坏的.JPG (288.85 KB, 下载次数: 89)

×1档470μ10V50Ω坏的.JPG (297.46 KB, 下载次数: 96)

×1档10μ15V2.6Ω坏的.JPG (287.01 KB, 下载次数: 93)

制作这只超级ESR表，大部分的功夫都用在反复地设计、修改参数的实验上。电路中各元件参数和调试都已经完成，最终的制作没有遇到任何问题，一气呵成。不多说了看电路图。
   电路可分为交流信号源和交流毫伏表两部分。
交流信号源由正弦波发生器和交流稳压电路组成。T2、T3、B1、C2、W1等组成集基耦合振荡器，C2并非谐振电容，而是起到稳定振荡频率的作用。W1用来降低B1的Q值，调整振荡波形。此振荡器的特点是输出交流电压随电源电压变化，从而给稳压创造了必要条件。T5、T6组成射级跟随推挽功率放大器，降低信号源内阻，提高信号源的输出负载能力。T1、T4、D1、D2等组成交流稳压控制电路，B2输出的交流信号经D1、D2、C5整流滤波，给T4提供偏流，并以T4发射结导通电压为基准，控制T1的导通程度，改变振荡器的工作电压，使B2测试输出端的正弦波幅度稳定在70mV。
   中值取样电阻取值较低，有1Ω和3Ω两档，以提高测量的分辨力，适应电解电容ESR值的参考值范围，保证了ESR表的实用性。
   T7等组成线性毫伏表，因电源电压太低，采用了电感负载，构成甲类线放大器，D5、D6、C9、C10组成全波整流器，与R9、W2构成深度负反馈，消除二级管的非线性，W2同时用做调零。T7的放大倍数应足够大，有利于提高放大器的线性。

补充内容 (2015-3-8 16:58):
   感谢“不悔”坛友提出的建议，保护电路不全，在测试端串入一只1微法400V CBB电容，再并一只100K放电电阻！
   再次表示感谢！

补充内容 (2015-3-14 14:43):
   此表测试端不可以加阻容保护电路，会严重影响测试精度！具体原因详见《ESR表保护电路的探讨》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889

补充内容 (2015-3-14 14:50):
《ESR表保护电路的探讨》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889

补充内容 (2015-3-21 18:05):
   T2和T3也可用高倍数的，增大偏流电阻即可。感谢qfming-tmb坛友实验通过，并提供PCB图样，详见172楼和176楼。

超级ESR表电路图.jpg (78.8 KB, 下载次数: 295)

制作过程：
   元件实际参数均标在图中，制作时可根据实际情况取值。B1、B2、L需要自制，用节能灯中的小磁环磁环先用纸胶带做好绝缘，再绕线。
   ESR表功能单一，制作袖珍型使用方便，用一只指针式钳形表表壳（以前DIY用过），原表上有欧姆表，电位器还在，还有三级管测试座，正好做测试插座。
   线路板：根据表内尺寸裁一块履铜板。先在相同大小的纸上排兵布阵图，再用透明胶固定在履铜板上，直接钻孔，线路简单就不用牛刀了（热转印），还用修正液直接手绘，，吹风机烘干片刻，三氯化铁处理，焊接元件，先大后小，最后焊好引线。线路板安装完成，通电试机工作正常。
   面板和表盘处理：
   面板上贴ESR参考值表，打印表格，黑底白字显眼，切一块磁带盒有机玻璃，开孔后把表格压在下面。扫描500表表盘，其欧姆刻度中值为10Ω,点个小数点就变成1Ω，重新修改数字，无穷大附近的数字用不到，去掉。保留一个线性刻度做参考，其它刻度也去掉。打印，裁下用双面胶贴在原表盘上。


补充内容 (2015-2-25 12:15):
ESR刻度盘和参考值表打印文件在67楼

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PIC_1517.JPG (31.58 KB, 下载次数: 69)

小磁环

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缠纸胶带并剪口

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向内包裹

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绕好的

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钳表壳

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钳表壳

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1：1纸上布阵

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粘在履铜板上直接钻孔

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修正液描板

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三氯化铁腐蚀完成

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擦去修正液

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元件焊接完成

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焊点

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安装

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ESR参考值表加有机玻璃面板

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打印裁剪刻度盘

调试：前面说过，调试过程都在实验中完成了，制作过程基本上是组装。现在把调试过程说明一下。
   可调电源调1.1V，短路T1的e、c极，示波器观察T2或T3的c极波形，调W1使波形为正弦波且失真最小，幅度约为2.0Vpp。
   K1置×1档，示波器接B2测试输出端，调R5使小型最好，失真最小，再细调W1至波形最好，此时幅度约为0.24Vpp。测量R5值，取固定电阻焊好。K1置×3档，调R4到波形最好，测量R4值，取固定电阻焊好。
   断开T1的e、c短路，调R3使B2测试输出端正弦波幅度为0.2Vpp，交流有效值为70mV。
短路测试端，两档输出正弦波幅度不应变化。
   毫伏表的调试：K1置×1档，W2调到中间值，测试端接1Ω（1%）电阻，调R9使表针指中值1.0Ω，短路测试端，调W2至零位，再调中值，反复调整至短路指零，测1Ω电阻指中值为止，测量R9，用固定电阻代替。
   至此调整（也是校正）完毕，可以使用。因为电路的原理是仿直流欧姆表，所以用电阻校正后，无需再用专门仪器校正。

补充内容 (2015-2-19 20:28):
实测工作频率：105KHz

补充内容 (2015-2-23 15:40):
使用注意事项及改进方法在51楼。

补充内容 (2015-3-3 20:07):
不用示波器的调试方法在155楼

输出波形.JPG (124.42 KB, 下载次数: 18)