2017-03-08

ESR – szeregowa pozorna oporność kondensatora. Mity i fakty…

W jednym z numerów Serwisu Elektroniki znalazłem artykuł na temat wartości ESR kondensatorów elektrolitycznych. Artykuł wydaje mi się dość kontrowersyjny. Postanowiłem go zamieścić bo wiem, że na temat wartości ESR są różne zdania. A już sposobów jego pomiaru i przyrządów do tego przeznaczonych jest bez liku, od najprostszych do bardzo skomplikowanych a zatem i drogich. Sam od kilku lat używam bardzo prostego miernika, zmontowanego według schematu umieszczonego na stronie w dziale download  ESRmeter i nigdy się nie zawiodłem na jego wskazaniach. Autor tego artykułu też skonstruował miernik do pomiaru kondensatorów elektrolitycznych, którego schemat i opis znajdziesz na dole strony pod linkiem. A jakie jest Twoje zdanie na temat pomiarów tego parametru i przyrządów do tego przeznaczonych? Dobrze by było jakbyś się wypowiedział na ten temat i zostawił swój komentarz.

ESR – mity i fakty

W chwili obecnej ten popularny angielsko-brzmiący parametr jest tylko półśrodkiem służącym do określenia praktycznej przydatności kondensatora elektrolitycznego. Nie potwierdza on jednak faktycznej sprawności kondensatora.

Co to jest ESR? To tylko szeregowa pozorna oporność kondensatora dla prądu zmiennego. Praktyka podpowiada, że nie ma jednoznacznej metody pomiaru tej oporności.

Dlaczego tak się dzieje?

Otóż wynik pomiaru jest bardzo mocno uzależniony od częstotliwości próbkowania prądu zmiennego oraz co za tym idzie od wartości tego prądu. Dlaczego tak się dzieje? ESR to wynik pomiaru zachodzący przy stałej wartości pomiarowej, takiej jak częstotliwość. Z reguły nikt nie określa tej częstotliwości w sposób ścisły. Gdy tylko zmienimy wartość częstotliwości, otrzymujemy zawsze inny wynik ESR. Stąd ESR – to czysto umowna wartość.

Możemy się o tym przekonać na podstawie pomiaru samej pojemności kondensatora, gdzie częstotliwość pomiaru (próbkowania) nie przekracza 100Hz. Jest to częstotliwość wynikająca z praktyki, a nie z teorii. Przy dużej częstotliwości próbkowania, miernik pojemności kondensatorów elektrolitycznych wskazywałby absurdalne wartości, a czytelność i powtarzalność pomiarów byłyby nie do przyjęcia. Nikt nie polemizuje dlaczego tak się dzieje. Tak po prostu jest.

Pomiar ESR kondensatora

Jednak, gdy będziemy głębiej analizować tradycyjny proces pomiaru pojemności, to okaże się, że pomiar pojemności jest niczym innym, jak pomiarem ESR kondensatora przy niskiej i wyjątkowo stałej częstotliwości pomiaru, czyli częstotliwości, przy której odczyt wskaźnika staje się najbardziej czytelny dla szerokiego przedziału mierzonych pojemności. Stąd, ESR to również wskazanie wartości pojemności, tyle że przy wysokiej częstotliwości próbkowania i nic więcej.

Który z pomiarów pojemności w kondensatorach elektrolitycznych jest lepszy – ten przy wysokiej częstotliwości – czy ten przy niskiej? Praktyka podpowiada, że czytelność wskaźnika jest o wiele większa przy niskiej częstotliwości próbkowania i tak buduje się praktyczne oraz dość dokładne mierniki pojemności kondensatorów elektrolitycznych.

Ponadto pojemność kondensatora, to parametr statyczny. W impulsowych urządzeniach elektronicznych trudno szukać zdarzeń statycznych, gdzie te ostatnie akurat w tych urządzeniach odgrywają najmniejszą rolę.

Pomiar sprawności lub dobroci kondensatora elektrolitycznego, to zupełnie inny pomiar i ma niewiele wspólnego z pomiarem pojemności lub jak kto woli jego ESR. Ta wartość pomiarowa nie wynika bezpośrednio z oporności szeregowej kondensatora. Na tę wartość składa się wiele czynników fizycznych, elektrycznych i chemicznych. Kondensator elektrolityczny jest trochę innym kondensatorem i ten możemy w zupełności porównać do akumulatora kwasowego. Procesy starzeniowe kondensatora elektrolitycznego i akumulatora są zadziwiająco zbieżne. W jednym i drugim przypadku dochodzi do wyparowania z elektrolitu pewnej części wody.

Wówczas stężenie elektrolitu rośnie. Przy dużym stężeniu elektrolitu zaczynają zachodzić niepożądane reakcje chemiczne, które zmieniają właściwości fizyczne elektrolitu i samego akumulatora. W akumulatorze kwasowym mówimy o skomplikowanym procesie zasiarczenia. Mimo, że akumulator trzyma napięcie, to nie jest w stanie zakręcić rozrusznikiem Można śmiało mówić, że akumulator nie zmniejszył się. A stracił sprawność. Miernikiem sprawności akumulatora jest więc sam rozrusznik. W kondensatorze elektrolitycznym miernikiem utraty sprawności kondensatora jest również jego faktyczne i stosunkowo duże obciążenie.

Niekorzystny czynnik pogarszający sprawność kondensatora elektrolitycznego

W kondensatorze elektrolitycznym dochodzi jeszcze jeden dodatkowy i niekorzystny czynnik pogarszający zakładaną początkową sprawność. W czasie kiedy rośnie stężenie elektrolitu, a ten wchodzi w reakcje chemiczne z komponentami kondensatora, rośnie temperatura pracy kondensatora. Wyższa temperatura przyspiesza proces niekorzystnych reakcji chemicznych i lawinowe koło starzenia kondensatora zamyka się jeszcze szybciej. Kondensator bardzo szybko traci zakładane parametry techniczne i zwykle powoduje katastrofalne skutki w urządzeniu. gdzie impulsowe prądy i częstotliwości pracy są skrajnie wysokie.

Wydawałoby się, że im wyższa pojemność i im wyższa częstotliwość pracy, tym niższą wartość ESR powinien posiadać kondensator – tym kondensator powinien być lepszy. Nie dotyczy to jednak kondensatorów elektrolitycznych, pracujących przy bardzo wysokich częstotliwościach. W nich mała wartość ESR absolutnie nie odzwierciedla stanu jakościowego kondensatora. Teoretycznie zakłada tylko wyjątkową długotrwałość takiego kondensatora i nic więcej

Tylko efektywny pomiar sprawności kondensatora elektrolitycznego – podkreślam jeszcze raz – sprawności kondensatora, jest więc jedynym i bardzo ważnym parametrem, który to parametr jest czymś pośrednim między pojemnością (ESR), czasem akcji i reakcji (ładowania i rozładowania) kondensatora elektrolitycznego i wyraża się stosunkiem ładunku pobranego do oddanego. Pomiar kojarzy się z odbiciem zwrotnym cewki. Każdy szanujący się elektryk zna tę metodę sprawdzania cewek indukcyjnych. Takie odbicie energii posiada także każdy kondensator, w tym również elektrolityczny. Jest ono co prawda inaczej obserwowane. Wystarczy tylko zmierzyć wartość napięciowo-prądową tego odbicia i mamy dość czytelną sprawność kondensatora. Ta wartość naprawdę daje się przejrzyście mierzyć.

Gorąco apeluję by nie nadużywać skrótu ESR do określania praktycznej przydatności kondensatora elektrolitycznego. Jest to parametr, który z serwisowego punktu widzenia nie odgrywa większej roli, o czym w dość krótkim czasie przekonają się sami entuzjaści tego skrótu.

Jak zbudowałem przyrząd do pomiaru sprawności kondensatorów elektrolitycznych?

Zanim zbudowałem praktyczny i rewelacyjny przyrząd do pomiaru sprawności kondensatorów elektrolitycznych (opis znajdziesz pod linkiem na dole strony – admin) długo eksperymentowałem z opornością szeregową, (czyli inaczej z ESR). Wyniki były mierne, niepowtarzalne oraz niezrozumiałe, więc zrezygnowałem z tej metody pomiarowej. Już wtedy wyraźnie podkreślałem, ze elektronika nie operuje pojęciem tego nowego parametru w kondensatorach elektrolitycznych. Jest to zupełnie nowy, niepopularny i nieznany parametr. Pozostawiłem jego nazwę pod postacią Zx, sądząc że ktoś wymyśli bardziej prawidłową rodzimą nazwę.

Być może zasugerowałem w ten sposób pojęcie ESR –  co było absolutnie niezamierzone z mojej strony. Stało się to z wielką szkodą dla praktyki serwisowej. W ten sposób tak doniosłe spostrzeżenie w elektronice zostało mocno okaleczone. Może wynika to z nielogicznej budowy tego przyrządu pomiarowego, ale do chwili obecnej nie znalazłem innej, lepszej konstrukcji. Nie można się temu dziwić on mierzy wyjątkowo nietypowy parametr kondensatorów elektrolitycznych pod pełnym obciążeniem i zapewniam, że nie jest to parametr ESR. Różnice wskazań są nieporównywalnie większe i co najważniejsze bardzo powtarzalne dla różnej pojemności kondensatorów – czego nie można było w żadnym przypadku uzyskać przy metodzie pomiaru ESR.

Ponadto metoda ESR pozwalała jedynie zakwalifikować kondensator do złych, tylko w przypadku, gdy jego pojemność drastycznie spadła poniżej normy, a do tego w zasadzie wystarcza zwykły pomiar pojemności. Pomiar sprawności pozwala wykryć początkowe stany pośrednie, gdy pojemność kondensatora jest jeszcze bliska nominałowi, a kondensator już się nie nadaje do pracy w układach impulsowych.

Pomiar takich kondensatorów tradycyjną metodą ESR, powala uznać je za sprawne. Niestety odbiorniki z tak zmierzonymi i uznanymi za sprawne kondensatorami, to bardzo szybka reklamacja. Wystarczy tylko, że temperatura otoczenia spadnie o kilka stopni Celsjusza. Moja wieloletnia praktyka, potwierdza to na każdym kroku. Co prawda używając miernika sprawności mam mniej napraw typu reklamacyjnego na długim dystansie, ale za to dość silnie ugruntowaną pozycję na rynku usługowym.

Co się zmieniło w tym mierniku przez ponad dziesięć lat nieprzerwanej eksploatacji?

W sensie wskazań nic. Jedynie diody detekcyjne AAP155 zostały zmienione na BAV20 i do wejścia pomiarowego należało na stałe włączyć kondensator 220nF – 330nF. Nie piszę porad, by się komuś przypodobać, czy też odwrotnie. Ja je przekazuje tylko po to, by pomóc w tym trudnym zawodzie, gdzie teoria tak bardzo mocno rozmija się z prawdą. Pracuję bardzo długo w elektronice i już nie jestem w stanie zliczyć ile razy „przewiozłem się” na poradach i instrukcjach teoretycznych. Radzę osobiście korzystać w jak najszerszym stopniu tylko z porad praktycznych – tych warsztatowych, sprawdzonych. Przypomniała mi się anegdota z początku lat siedemdziesiątych ubiegłego tysiąclecia. Zespół wziętych inżynierów elektroników opracowuje zgodnie z teorią głowicę zintegrowaną.

Projekt i konstrukcja jak na tamte czasy, była wspaniała. Jedyny problem – głowica nie wystartowała. Wielka afera, tyle zmarnowanych środków i nakładów czasowych. Zwykły pracownik, który z teorią miał niewiele wspólnego, deklaruje że usprawni głowicę i zrobił to. Głowica jeszcze w latach dziewięćdziesiątych była rewelacyjna, a odbiorniki wyposażone w te głowice pracują do dnia dzisiejszego. W tym miejscu chciałoby się zacytować naszego wieszcza „Serwisanci nie gęsi też swój język mają”.

Nie starajmy się być bardziej teoretyczni od samej teorii i nie wstydźmy się własnych prostych osiągnięć, nawet gdy z pozoru wydają się być dziwaczne i sprzeczne z teorią. Lepiej jest stać na twardym gruncie wynikającym z praktyki, niż bujać w obłokach wokół niepewnej teorii ESR.

W chwili obecnej 80% uszkodzeń odbiorników TV wynika z utraty sprawności kondensatorów elektrolitycznych. Już w kolejce czeka na nas era odbiorników plazmowych oraz LCD. a w nich ten sprawnościowy parametr kondensatorów elektrolitycznych, będzie odgrywać jeszcze większą rolę niż w chwili obecnej, tym bardziej że częstotliwości pracy w tych odbiornikach jeszcze bardziej idą w górę.

Samo życie rozstrzygnie więc co jest ważniejsze: ESR czy sprawność kondensatora. Osobiście zawsze stawiałem i stawiać będę na sprawność.

PS. Dla laika nie ma różnicy między ESR i sprawnością kondensatora. Dla elektronika to istotna różnica.

ESR – szeregowa pozorna oporność kondensatora. Mity i fakty…
3.9 (77.14%) 35 votes

Porównywarka cen sprzętu RTV

1 komentarz - ESR – szeregowa pozorna oporność kondensatora. Mity i fakty…

  1. Lustrator pisze:

    sluszne wnioski mam te same doswiadczenia

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *