MEDINDO ESR EM CAPACITORES PARTE I- C/ PIC 16F872 OU ATMEGA8 (REF368)

Conheça a “saúde” dos capacitores eletrolíticos – com pulso de corrente e ADC …

Um dos componentes eletrônicos mais problemáticos sem duvida alguma são os capacitores eletrolíticos. Eles tendem a se danificar com o tempo especialmente se expostos a temperaturas elevadas do interior de equipamentos eletrônicos. Alguns chegam a estufar as canecas de alumínio ou mesmo vazar . Mas uma boa aparência pode enganar: eles podem ter sua resistência interna aumentada. Isto nem sempre altera o valor da capacitância. Mas pode gerar uma série de problemas nos equipamentos eletrônicos, geralmente difíceis de diagnosticar (ex. capacitores da fonte do vídeo game XBox com esr alta fazem ela desligar do nada).

A proposta desta montagem é justamente medir a ESR (resistência equivalente série) de capacitores de forma experimental, com a ajuda de microcontroladores. Nesta montagem usaremos o método de aplicar um pulso rápido de corrente através do capacitor sob teste e medir a tensão entre seus terminais. A primeira escolha foi usar um microcontrolador PIC 16F872 de 28 pinos, bem conhecido, com bastante pinos para acionar displays de 7 seguimentos (geralmente mais acessível e preço inferior aos displays de cristal liquido). Poderá ver abaixo o esquema desta versão para display de 7 seguimentos de ânodo comum:

Para quem desejar testar com display de 7 seguimentos do tipo cátodo comum poderá usar o esquema abaixo:

A segunda escolha foi usar o mesmo esquema mas usando um microcontrolador ATMEGA 8. Também permite montar com opção de display de 7 seguimentos ânodo comum ou cátodo comum. Abaixo temos a versão ânodo comum:

E abaixo a versão para display de 7 seguimentos de cátodo comum:

Falando um pouco das características desta montagem:

  1. Tem 2 faixas de medida automáticas: de 0 a 5,99 ohms e de 6.0 a 60.0 ohms (apesar de no esquema estar escrito: 0 – 50).
  2. Permite zerar a escala mais baixa apertando botão zerar com as pontas de prova unidas.
  3. Apenas capacitores acima de 1 uF poderão ser medidos com este ESR Meter.

Importante: Apesar de existir 2 diodos 1N4007 para proteção na entrada de medição, todos os capacitores tem que ser descarregados antes de medir sua ESR. Capacitores carregados, como as de fonte de alimentação, poderão destruir o circuito de medição, começando pelos diodos de entrada.

O método de medição é baseado na seguinte sequência de eventos:

  1. O transistor BC548 entra em condução ligando o resistor de 12 ohms ao gnd. Com isto descarrega qualquer carga residual do capacitor em teste (CX ou DUT). Isto dura algumas dezenas de milissegundos.
  2. O transistor BC548 entra em corte. O BC558 ligado ao pino 15 entra em condução. Após um pequeno delay de 20 useg, começa a leitura de tensão pelo conversor analógico digital do pic no pino 23. Note que a tensão medida nos terminais de teste é primeiro amplificada pelo integrado operacional TL082 com um ganho de 10 . O resultado é obtido pela média de 16 leituras (repetindo o passo 1 e 2) . Importante: Um capacitor descarregado nos momentos iniciais de um pulso de carga é visto como um curto-circuito, sendo o que se mede neste momento é a sua resistência série equivalente (ESR) mais a reatância capacitiva que nesta frequência pode ser desprezada (em capacitores acima de 1 uF). Portanto, o método usado neste experimento é medir a tensão sobre o capacitor sob teste de um pulso breve de tensão (aprox. 20 useg ou 50 Khz).
  3. Caso a medição ultrapasse os 5.99 ohms, então inicia uma nova medição em outra escala, com o outro transistor BC558 conduzindo. É feita a medição, o display irá mostrar o valor com ajuste na posição do ponto. Nota: As medições sempre ocorre em uma escala e se a medição ultrapassar o valor máximo da escala então inicia na outra escala.
  4. Se nesta última escala mais a leitura for superior a 60 ohms , então o display irá mostrar o símbolo de um capacitor para indicar que está fora de escala.

O processo fica se repetindo indefinidamente até que o aparelho seja desligado.

O circuito integrado ICL7660 foi usado para obter a tensão negativa de – 5V necessária para o funcionamento do amplificador operacional TL082. Isto é interessante se o aparelho for alimentado com bateria de 9 volts. Caso for usar uma fonte de alimentação, poderá prever que ela já forneça estes 5 volts negativos, dispensando o ICL7660.

É importante destacar que esta montagem experimental não mede a capacitância dos eletrolíticos sob teste. Apenas a ESR (resistência séria equivalente). A capacitância deve ser medida com um capacímetro convencional. Mas na maioria dos caso, valores de ESR alteradas exigem a troca do componente. Isto indica esgotamento do componente e um bom técnico não se arriscará!

Com respeito a calibragem, basta colocar um resistor de 1 ohms 1% de precisão para ajustar a escala baixa no trimpot de 100 ohms. Ajuste até obter a leitura correta. Em seguida, use um resistor de 10 ohms e ajuste a escala alta. Ajuste o trimpot de 1K até obter o valor correto nos displays.

Valores de ESR variam conforme a capacitância, o modelo, a temperatura, o fabricante, a tensão de trabalho, etc. Apesar dos datasheets fornecerem este valor geralmente não é útil pois a medição é geralmente feita a 100 herts ou mesmo 1Khz.

Uma boa prática é fazer uma tabela de comparação de valores.

Pegue vários capacitores bons (novos), meça seus valores com esta montagem e coloque na tabela, como no exemplo abaixo:

1 uf = 34.1 / 33.4 /29.5

2.2uf = 15.5 / 15.4 / 16.7

4.7uf = 7.8 /8.7/ 6.8

10uf = 4.6 /4.3 /4.0

22uf = 2.8 /2.5 /2.1

47uf = 1.0 /0.99/1.11

100 uf= 0.87 /0.77/ 0,86

220 uf = 0.54 /0.49/ 0.51

470uf= 0.45 / 0.41/ 0.39

1000uf= 0.33 / 0.29 / 0.34

2200uf= 0.25 / 0.22/ 0.19

4700uf= 0.18 /0.16/ 0.15

Nota: tabela acima é mero exemplo.

Com esta tabela você poderá comparar os valores medidos nos componentes de uma placa com os valores dos componentes novos.

Caso decida fazer uma montagem definitiva e colocar em uma caixa plástica, esta tabela pode ser colada na parte frontal do aparelho para facilitar seu uso. Com o tempo, você se acostumará com o valor da maioria dos capacitores sem ter que recorrer a tabela.

Como regra, capacitores novos tem ESR menor e capacitores velhos se comparados com os de mesmo valor tem ESR maior. Cuidado com capacitores estufados! Troque-os sem dó!

Obs. Esta montagem é experimental, sendo de caráter didático, montada apenas em placa experimental (do tipo “Protoboard”), sujeita a “bugs” ainda não detectados. Está sendo fornecido os arquivos para que cada hobista possa alterar o programa segundo suas necessidades.

Abaixo temos uma pasta zipada para download, com os arquivos desta montagem:

ESR_METER_FILES

Manuais:

Pic 16F872 datasheet

ATMEGA8 datasheet

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Até o próximo artigo!

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