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强力的新型检修工具——电容ESR表的设计制作(一)
发表日期:2010-11-15 12:07:33 来源:《无线电》杂志 作者:薛国雄 【 】 浏览:80704次 评论:8

 

    这个专题起源于笔者偶然得到的信息。在完成所译《音频功率放大器设计手册》一书的勘误工作后,笔者因需在网上查阅美国Tektronix公司的示波器资料,看到外国论坛有位网友在介绍维修经验时,大力推荐电容ESR表,称其为电子爱好者的强力工具,对检测电器帮助极大,故而引发了笔者的兴趣。经过一段时间的揣摩、研究、设计、制作及试用,结合本人以往的经验,确认此君所言非虚。这种电容ESR表确实是检修电子设备、排除电路故障的强力工具和十分有用的好帮手。独乐乐不如众乐乐,根据本人掌握的知识和实际设计制作,在此对电容ESR表作全面介绍,以期能给广大电子爱好者提供有益的帮助,推动这一新型工具的普及应用。

1 电容ESR表的特点

    可能不少人都没听说过这种表。笔者以前也仅知道,专业仪器的LCR电桥可以测量电容的ESR。何为ESR?测量电容的ESR有什么用?相信很多读者心中会有这样的疑问。为此,先进行简单的背景知识介绍。

一、背景知识介绍

1.电容的ESR


    ESR是英语Equivalent Series Resistance的缩写,意为等效串联电阻。自身不会产生任何能量损耗的完美电容只存在于理论,实际的电容总是存在着一些缺陷。这个损耗,在外部的表现就像一个电阻跟电容串联在一起。另一方面,由于引线、卷绕等物理结构因素,电容内部还存在着电感成分。因此,实际电容的等效模型可以表示为图1所示的模式。其中电容C为理想电容,R为等效串联电阻,即ESR,L为等效串联电感,即ESL。引入ESR和ESL,使得模型更接近于电容在电路中的实际表现。

   图1  实际电容的等效模型    

                            

              图2  实际电容与理想电容的差别。斜直线为理想电容的阻抗曲线,呈V字形的是实际电容的阻抗曲线。

                      

                                    图3  不同容量电容的阻抗特性曲线

    ESR的存在,令电容的行为表现背离其原来的定义。比如说,理论上“电容两端的电压不能突变”,但实际上,ESR上会产生一定的压降,与突然施加的电流大小有关,令 电容不再遵循理论规律。又如,电容会因ESR上的功耗而产生内部发热。笔者曾将两只早期生产的10μF/ 16V高ESR电解电容,正常地接到微型计算机开关电源的5V输出两端。由于此处高频脉动电压较大,电容内部损耗产生的热量加热内部气体,发出“吱吱”之声,竟在几秒内导致电容炸开,前后两次均是如此。

 

    图2、图3显示了电容的实际阻抗特性。由于ESR以及ESL带来的影响,当频率上升到一定程度,即到了高频区,电容的阻抗不再遵从理论上的规律随频率的升高而降低。在图2中的低频段,电容的容抗在起主要作用,基本上还遵从理想电容的规律。在中间频率段,本应是ESL与C共同谐振而呈现阻抗深谷,但有ESR的存在,改变了曲线的走向,换言之,ESR在这里起主要作用。在高频区,则是ESL在起主要作用。

 

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