Об измерении ESR и доработке NM8032

Логическое продолжение поста "Об измерении ESR подручными средствами, доработке NM8032 и сравнении его с серийным ESR-метром Е7-22"
http://asptv.livejournal.com/3535.html

Рассматривается серийное устройство NM8032 от MasterKit, его несложная доработка с целью улучшить параметры до приемлемых в радиолюбительской практике и дальнейшая модернизация устройства путем изготовления новой печатной платы с улучшенной топологией и несколько измененной схемой питания, позволяющей значительно увеличить чувствительность прибора. Для радиолюбителей, имеющих затруднение в приобретении отечественной микросхемы К157ДА1, снятой с производства в 90-х годах, предлагается измененная схема на широкодоступной импортной микросхеме LM358.


Оригинальная конструкция

Фотографии в этом разделе и рис.1 - 8 взяты с сайта производителя набора.

Рис.1 Внешний вид оригинального прибора


Рис.3 Принципиальная схема прибора:


(на клик откроется в отдельном окне)
Рис.2. Вид оригинального прибора
(со снятой крышкой)


Рис.4. Монтаж светодиодов выполнен необычно - на дополнительных стойках со стороны печати, см. рисунок:


Рис.5 Оригинальная печатная плата
(вид со стороны печати)
 Рис.6  Оригинальная печатная плата
(вид со стороны деталей)
 Рис.7 Оригинальная печатная плата
 Рис.8 Оригинальная монтажная схема

Принцип работы

Прибор содержит в себе генератор прямоугольных импульсов (микросхема DA1 HEF4049UBP), выпрямитель и усилитель сигнала (микросхема DA2 К157ДА1) и светодиодную шкалу с шагом 3 дБ и полным диапазоном 30дБ (микросхема DA3 LM3915, светодиоды HL1-HL10).
Прямоугольные мпульсы частотой около 70 кГц (определяются номиналами R1 и C1) с выхода DA1 (выходы инверторов DA1; выводы 2, 4, 6, 11, 15) через защитный разделительный конденсатор C3 попадают на исследуемый конденсатор. Конденсатор в силу своих неидеальных свойств исследуемый конденсатор Cx имеет некоторое внутренее сопротивление, на котором будет формироваться напряжение, тем большее, чем больше это внутреннее сопротивление.
Остаточное напряжение, пропорциональное внутреннему сопротивлению испытуемого конденсатора Cx, через разделительный конденсатор C4, блокирующий возможное постоянное напряжение на Cx, попадает на вход детектора-усилителя DA2, проходя последовательно через  детектор (входы   выход) и дополнительный каскад усиления (входы выход) и попадает на вход измерительной схемы, собранной на DA3 в виде светодиодной шкалы с шагом 3дБ в стандартном включении. Перемычной J1 выбирается режим "светящийся столб"  (перемычка установлена) или "бегающая точка" (перемычка снята).

Конструкция щупов

Особое внимание следует уделить конструкции щупов. Для лучшего понимания конструкция изображена максимально детально на рисунке:

Рис.9а  Конструкция щупов измерителя (упрощенный вариант №1)

Рис.9а  Конструкция щупов измерителя (упрощенный вариант №2)

Рис.9в  Конструкция щупов измерителя (полный вариант)

Кабель по упрощенной схеме (рис.9а и б) состоит из 2-х перевитых вместе провода с равномерным шагом 1-1.5 см (важно выдержать именно равномерность шага по всей длине кабеля), заключенных в общую трбку, а лучше в индивидуальный экран для каждой пары. Два таких кабеля для удобства помещены в гибкую изоляционную трубку. Первая витая пара идет от генератора к исследуемому конденсатору (точки подключения по схеме - 1 и 2, экран подключается к точке 2), второй такой кабель - от конденсатора ко входу детектора (точки подключения по схеме - 3 и 4).
Длина кабеля Ах-Вх может быть 30-50 см и даже до 1 метра; длина отрезков Вх-Сх должна быть как можно короче, 5-6 см.
Если каждый провод взять экранированным, например, МГШВЭ-0,07, то кабель можно выполнить по более сложной схеме рис.9в; тогда требования по минимально короткому участку Вх-Сх можно смягчить. Надо помнить, что кабель измерителя, выполненный экранированный проводом по рис.9б., будет значительно жестче, чем по рис.9а.
Следует помнить главное:  экраны подключаются только со стороны печатной платы. Со стороны "крокодилов" земляные проводники объединяются в точках B и C, но с проводниками общего контакта не имеют.

Недостатки

Недостатки оригинальной схемы - применение снятой с производства и недоступной для заказа микросхемы советского производства К157ДА1 и неудачная разводка цепей питания в оригинальной печатной плате, что приводит к высокой паразитной наводке на измерительные цепи DA2 и DA3 и делает невозможным измерение ESR менее 0,2-0,5 Ома. Учитывая, что современные конденсаторы имеют параметр ESR около 0,1Ом, а высококачественные конденсаторы для материнских плат - 0,02...0,04 Ома, поэтому применение прибора становится бессмысленным, так как он не может отличить хороший конденсатор от некондиционного.

Улучшение работы оригинальной схемы.

Повысить разрешающую способность оригинального прибора до 0,1-0.05 Ома очень просто.

Простой способ (переделка штатного набора)

Рис.10  Доработка оригинальной платы MasterKit NM8032 (вид со стороны деталей)

Рис.11  Доработка оригинальной платы MasterKit NM8032 (вид со стороны пайки)

Основные моменты: необходимо "отвязать" питание шумного генератора от цепей чувствительной к помехам измерительной части. Для этого в разрыв цепи питания генератора необходимо включить индуктивность номиналом 47-100 мкГн на ток не ниже 100мА (например, EC24-101K, на фото - голубая индуктивность-"капелька"); также зашунтировать питание каскада генератора высококачественным конденсатором для цифровых цепей (на фото - танталовый К53-1 золотистого цвета) номиналом 100-470мкФ на 6,3-16В, установить в цепи питания измерительной части электролитический конденсатор максимальной емкости (на фото - черный низкопрофильный 220мк на 16В); зашунтировать питание микросхем DA1, DA2, DA3, припаяв непосредственно на ножки керамические конденсаторы C104, C105, C106 номиналом 0,22-0,33 мкф (керамический желтый импортный КМ-6 с маркировкой "224"). Дополнительно, следует изъять из штатного места и/или переключить верхний вывод (по схеме) диода D1 как показано на фото (импульсы через него создают помехи для DA2, поэтому катод диода, отмеченный на схеме красной точкой, следует подключить к ножке 1 микросхемы DA1 а ещё лучше на плюс вышеупомянутого танталового конденсатора, но в любом случае ПОСЛЕ дросселя); заменить C2 на что-то побольше, например 100х16В. В общем, творите, пробуйте, не повторяйте ошибок разработчиков.

Схема оригинального набора с изменениями

Продвинутый способ (новая плата, детали старые)

Следующий этап доработки для тех, кто ещё не успел собрать свой кит или собирается сделать устройство сам с максимальным количеством оригинальных деталей, заключается в изготовлении новой печатной платы, лишенной указанных недостатков в трассировке. Несмотря на трудоемкость в изготовлении новой печатной платы, результат себя оправдает с лихвой. В новой печатной плате введены все вышеперечисленные меры, кроме того, возможно использовать smd светодиоды (для поверхностного монтажа) типоразмера 1206, что гораздо удобнее  в случае их монтажа непосредственно на печатных проводниках для организации линейной шкалы.

 Рис.11  Доработанная печатная плата набора

(печатная плата в формате Sprint Layout 5 доступна в конце статьи ссылка)
 Дополнительно введены индуктивности L1, L2, L3 100мкГн (EC24-101K) и конденсаторы C9, C10, C11, C12, C13
Номиналы всех элементов подписаны на печатной плате; сборка не должна вызвать каких-либо затруднений.
Дополнительно введены терминалы для подключения осциллографа "Oscilloscope", на котором визуально очень удобно наблюдать не только размах, но и форму сигнала на выводах испытуемого конденсатора. По форме этого сигнала можно сделать некоторые важные выводы; например, по форме завала или наоборот, выбросе на фронтах сигнала можно судить о частотных свойствах либо  непригодности конденсатора к работе в высокочастотных (единицы-десятки килогерц) цепях, например, импульсных блоков питания.

Внимание: На скриншотах платы есть ошибка: 8 ножка DA1 не подключена на землю. В файле Sprint Layout 5 это уже исправлено.

Рис.12  Вид со стороны деталей
 Рис.13  Вид со стороны монтажа

Вместо послесловия

Существенный плюс этого типа измерителя, на линейке светодиодов - мгновенная визуальная оценка без выпайки радиоэлементов и соответствующего термоудара; столбик светодиодов гораздо информативнее цифр. Подключив к клеммам конденсатора (входу детектора на DA2) осциллограф, можно узнать об исследуемом конденсаторе наглядным образом гораздо больше, чем с помощью любого цифрового измерителя.


Обсуждение темы на РадиоКоте
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=624153#p624153

Обсуждение темы на Датагоре
http://forum.datagor.ru/index.php?showtopic=1312&view=findpost&p=25198


ċ
ESR-meter-HEF4049BP-K157DA1-LM3915.lay-1
(137k)
администратор портала,
29 янв. 2012 г., 16:59
Comments