medidor esr c

elektor 40

Flemming Jensen

Los medidores digitales de capaci-dad han ido reduciendo su preciohasta resultar bastante baratos en

la actualidad. La mayoría de los medi-dores comerciales de capacidad tieneun rango de medida que va desdeunos pocos picofaradios hasta los2.000 μF. Algunos pueden llegarincluso hasta los 20 mF, pero llegadosa este punto todos se detienen. Losgrandes condensadores, con valores

Medidor ESR/CUn versátil medidor para condensadores

Medidor ESR/C

Las dos características másimportantes de uncondensador son su capacidady su resistencia interna (ESR).Necesitamos conocer ambosvalores para juzgar si uncondensador es adecuadopara una aplicación enparticular. El medidor que sedescribe aquí combina dosproyectos muy conocidos deElektor para crear un nuevoinstrumento, adecuado paracualquier laboratorioelectrónico bien equipado.

de varios cientos de milifaradios, queson utilizados a menudo en fuentesde alimentación, impresoras y fotoco-piadoras, no pueden medirse conestos instrumentos. Esto significaque necesitaremos un medidor decapacidad diferente y bastante másavanzado.Existe otra importante propiedad deun condensador que no puede valo-rarse adecuadamente con un medidor

de capacidad normal: se trata de laresistencia serie equivalente (ESR).Además de la capacidad, ésta es unade las propiedades más importantesde un condensador. Un condensadorideal es un componente puramentereactivo, con un desplazamiento defase de 90º entre la tensión y lacorriente. Sin embargo, el compo-nente condensador práctico tambiéntiene una componente resistiva que

SOBRE EL TERRENO TEST Y MEDIDA

no es cero, en serie con la capacidad "ideal" (ver Figura 1). La resistenciarepresenta las pérdidas en el interiordel componente y determina en granmedida la calidad del condensador.Los condensadores electrolíticos tien-den a secarse después de un ciertotiempo, lo cual provoca que su ESR seincremente. Una reactancia pura nopuede generar ningún calor, debidoal desplazamiento de fase de exacta-mente 90º, entre la tensión y lacorriente, pero una resistencia sí quepuede generar calor. El calor disipadoen un condensador debido a su ESRse incrementan en un circuito quetrabaja en modo conmutado, lo cualhace que su calidad se deterioreincluso aún más. En los condensado-res electrolíticos antiguos es bastantecomún encontrar que, aunque lacapacidad tan sólo ha disminuido enun pequeño porcentaje, su ESR llegaa ser superior a 100 Ω. Una ESR deesta magnitud hace que un conden-sador sea completamente inútil en uncircuito en modo conmutado y ape-nas podrá utilizarse en cualquier otrotipo de aplicación.

¿Por qué un medidor combinado?Un medidor ESR y uno de capacidadmiden cosas diferentes, aunque unamedida complementa a la otra. Poreste motivo es conveniente combinarestas dos medidas en un único ins-trumento. Para este propósito elautor ha juntado el popular MedidorESR, publicado en el número de octu-bre de 2002, con el Medidor de Capa-cidad con Auto-rango, publicado enmarzo de 2003 (por el mismo autor).El resultado es un instrumento muymanejable y útil, con una funcióndoble y unas características sorpren-dentes.El nuevo instrumento también tieneun diseño considerablemente másactualizado que sus versiones origi-nales. El diseño del medidor ESR ori-ginal estaba basado en un circuitointegrado voltímetro, pero el nuevodiseño está construido alrededor delmicrocontrolador PIC 16F877. La ven-taja de todo esto es que se hanpodido añadir algunas prestacionesnuevas, al mismo tiempo que se dejaespacio para el programa y para elmedidor de capacidad.Se han añadido las siguientes nuevasprestaciones en el medidor ESR:- La resistencia AC (ESR) y la resis-tencia DC se muestran en pantalla demanera simultánea. En el viejo di-

seño, el usuario tenía que seleccionaruna de las dos presionando un con-mutador. La resistencia DC nos indicasi el condensador está cortocircuitadointernamente (y por lo tanto estabacompletamente estropeado).- El nuevo diseño pide al usuario quecortocircuite las puntas de pruebaentre sí cuando el medidor estáencendiéndose, de manera que sepueda medir el efecto del "offset". Enel viejo diseño, esto tenía que reali-zarse de manera mecánica.- Se ha añadido una función de audiopara evitar mirar constantemente almedidor. Esto es bastante útil cuandoestamos realizando medidas en con-densadores que están colocados enlugares profundos dentro de unequipo. El valor ESR redondeado seindica por medio de pequeños piti-dos. Si la ESR está dentro de rango de3,1 a 4,1 Ω, por ejemplo, se emitencuatro pitidos. El medidor tambiéngenera una señal de aviso si la resis-tencia DC es menor de 10 Ω. No seemite ningún pitido si el valor ESRmedido es mayor de 10 Ω, ya que uncondensador con este valor tan ele-vado de ESR probablemente tendráque sustituirse. Si no se emite nin-guna señal, tendremos que verificarbrevemente la pantalla del medidorpara ver que es lo que está mal.No se ha añadido ninguna funciónnueva al medidor de capacidad. Enesta parte del equipo, el mayor cam-bio consiste en volver a escribir elcódigo para el PIC 16F877.

Principio de medida del medidorde capacidadEn la Figura 2 se muestra el esquemaeléctrico completo del circuito. El cir-cuito del medidor de capacidad estábasado en una versión CMOS delconocido circuito integrado tempori-zador 555, el cual se utiliza en estaocasión como multivibrador monoes-table. El microcontrolador PIC pro-porciona la señal de reset, controla laentrada de disparo y monitoriza laseñal de salida del circuito integrado555. Cuanto más grande es el valordel condensador que tiene quemedirse, más tiempo se mantiene lasalida del 555 a nivel alto. Un conta-dor interno del PIC cuenta la cantidadde tiempo que la salida permanece anivel alto. El valor de esta cuenta selee cuando la salida pasa a nivel bajo.El microcontrolador PIC conmuta demanera automática entre en los dis-tintos rangos de medida. El medidor

dispone de tres rangos: de 1 a 9.999pF, de 10 a 9.999 nF y > 10 μF. Paraconseguir que la medida sea fácil deleer, un valor de 1.000 pF o de 1.000nF se muestra como 1,00 nF ó 1,00μF, respectivamente.El medidor de capacidad dispone deun ajuste a cero automático. Unavez que el instrumento se ha encen-dido, el microcontrolador PIC eje-cuta una rutina que mide la capaci-dad residual de las puntas deprueba o de otros elementos exter-nos al circuito. El valor que se midese resta a continuación de cada lec-tura para obtener el valor correcto,de manera que el error cometido conel uso de diferentes puntas deprueba, no afecte en la medida final.Es pues importante estar segurosde que el medidor no está conec-tado a una capacidad cuando seenciende, aunque esto normalmentesólo se aplica en el rango de medi-das de los picofaradios.Para medidas de capacidad en otrosrangos diferentes, no encontramosproblemas con el resultado si el con-densador está conectado antes deencender el medidor. Inmediata-mente después del ajuste a ceroautomático, el medidor comienza arealizar la medida en el rango de lospicofaradios. Si la capacidad esdemasiado grande, se produce undesbordamiento del contador y elmicrocontrolador PIC selecciona elrango de los nanofaradios. Se selec-ciona una resistencia de carga más

elektor 41

ESR

condensadorideal

parte reactiva XC =2f.C

1

012022 - 11

Figura 1. La propiedad más importante de uncondensador es su capacidad. La segunda

propiedad más importante es su resistenciaserie equivalente (ESR).

tencia comprendida entre 5 y 6 MΩ.Como consecuencia de esto, el medi-dor es bastante sensible a las interfe-rencias producidas por la tensión ACde red (zumbido) en el rango de lospicofaradios. Por lo tanto, tendremosque mantener al medidor lo más lejosposible de transformadores y compo-nentes similares cuando estemos rea-lizando medidas en el rango de lospicofaradios, ya que de no ser así, elvalor que se muestra en pantallapuede fluctuar.Para poder suprimir los efectos delposible zumbido, la medida se realizados veces en el rango de los picofara-dios, en intervalos de 10 ms. El valormedio de las dos medidas se calcula

y, a continuación, se muestra en pan-talla. Esto hace que el valor medidosea bastante más estable. La impe-dancia de entrada es relativamentebaja en los otros dos rangos demedida, por lo que no debemos tomarmedidas especiales al trabajar endichos rangos. Por lo tanto, las medi-das en estos rangos son medidas sen-cillas sin realizar ninguna media.

Grandes capacidadesLos condensadores con valores meno-res de 10 μF se miden de manera con-tinua. El ciclo de medida se repite deforma periódica comenzando en elrango de los picofaradios, siguiendo

elektor 42


baja para este rango (R17 a R19 y P2a P4), de manera que la corriente decarga sea más elevada. Si la capaci-dad es aún demasiado grande, elmicrocontrolador PIC cambia alrango de los microfaradios y com-pleta la medida en este rango, sintener en cuenta el tiempo de carga.El resultado se muestra en la pantallade un módulo LCD alfanumérico dedos líneas.

Interferencia de zumbidoLa impedancia de entrada es muyelevada en el rango de los picofara-dios. En este rango, el condensadorestá cargado a través de una resis-

+5V

22k

P5

X1

20MHz C4

27p

C3

22p

PIC16F84

OSC2

IC2

OSC1

MCLR

RA4

RA1

RA0

RA2

RA3

RB0

RB1

RB2

RB3

RB4

RB5

RB6

RB7

18

17

13

12

11

10

1615

14

1

3

9

8

7

6

2

4

5

C16

100nC15

100n

+5V

+5V

C7

100n

R25

10k

+5V

R27

220 Ω

BZ1

IC3.C

12

1011

IC3.B

5

34

IC3.A

1321

IC3.D

6

98

TLC555

IC5

DIS

THR

OUT

TR

CV

2

7

6

4

R

3

5

8

1

C17

100n

+5V

C2

47n

T1

BC557

200 Ω

P4

R19

120

Ω

R21

1k

1k

P3

R18

7k85

1M

P2

R17

8M2

S1

3

1

2

6

4

5

R26

10k

signal +

signal –

R3

56Ω

R4

56Ω

R5

2k2

R6

2k2

R7

2k2

R8

2k2

D5D4

sense +

R1

56Ω

sense – R2

56Ω

D2

1N4007

D3

2

3

1IC7.A

6

5

7IC7.B

R11

1M

R14

1M

R10

1k

R12

1M

R9

10k

R20

1k

R22

82k

R24

2k2

R13

1M

R23

47Ω

C1

1n

100k

P1

R15

10k

R16

10k

+5V

100k

P6

C6

220n

D1

5V6

C5

10μ16V

PIC16F877

RA4/T0CK

RA3/AN3

RA5/AN4

RA1/AN1

RA0/AN0

RA2/AN2

INT/RB0

RE0/AN5

RE1/AN6

RE2/AN7

RX/RC7

TX/RC6

MCLR

IC1

OSC2 OSC1

RC0

RB1

RB7

RB4

RB3

RB6

RB5

RB2

RC1

RC2

RC3

RD0

RD1

RD2

RD3

RC5

RC4

RD7

RD4

RD5

RD6

11

15

40

39

38

37

35

36

34

33

3112

10

32

16

17

18

19

20

21

22

26

25

24

23

30

27

28

29

14 13

1

3

2

4

6

5

7

8

9

K1

10

11

12

13

14

15

16

1

2

3

4

5

6

7

8

9

BT1

S2

+VBAT

R28

10k

R29

10k

78L05

IC6

+5V

IC3

14

7

C14

100n

+5V

C11

10μ16V

ICL7660IC4

VOUT

OSC

V+

C+ C-

LV

8 5

3

2 4

67

+5V

C1010μ

16V

C12

100n

C13

100n

IC7

8

4

+VBAT

-5V

-5V

-5V-5V

LC DISPLAY

040259 - 11

2x

1N40072x

IC7 = LF412

Cx

R30

180

Ω

IC3 = 74HC4066

C8

100n

C9

100n9V

1%

1%

1%

1%

Figura 2. Esquema eléctrico completo del medidor de capacidad y ESR.

por el rango de los nanofaradios yfinalizando con el rango de los micro-faradios. Los condensadores con valo-res mayores de 10 mF (milifaradios)no se miden de manera continua, enlugar de ello, se realiza una serie decuatro medidas y, con los resultadosobtenidos, se calcula la media.Este método asegura la descarga ycarga total del condensador paragenerar medidas altamente fiables.Esto también limita el consumo decorriente. El instrumento debe des-conectarse y, a continuación, volvera conectar para hacer las nuevasmedidas. En el resto de los rangoslas medidas se realizan de maneracontinua.

Principio de medida del medidor ESRPara medir la ESR aplicamos unaseñal de onda cuadrada de 100 kHzque suministra una corriente cons-tante al condensador que va a sercomprobado (el "condensador bajoprueba" o C.b.P). El valor de la ESRpuede determinarse midiendo la ten-sión AC en los extremos del conden-sador. Si la capacidad es suficiente-mente elevada en relación con la fre-cuencia, la caída de tensión debido ala impedancia reactiva es práctica-mente despreciable, de manera quela tensión en los extremos del con-densador es causada enteramente

por la ESR. Esta tensión se rectifica yse lleva al voltímetro.El principio de funcionamiento delmedidor ESR se muestra en la Figura3. En este caso se asume que el con-densador bajo prueba está en elrango de los 100 μF y que tiene unaESR de 10 Ω. La impedancia reactiva(XC) es igual a 0,5 πfC o, aproximada-mente, 0,0159 Ω, valor que es prácti-camente despreciable frente al valorde ESR de 10 Ω. La tensión medidaen los extremos del condensador bajoprueba es pues la tensión en losextremos de la ESR. Como los dosconmutadores electrónicos están fun-cionando de manera sincronizada, ala misma frecuencia, en la entrada del

elektor 43

1M

1M

1M

012022 - 12

2k2

2k2

2k2

2k2

1M

ES

R

XC = 0

ESR =10Ω

+5V

0

1.255V1.244V

0

1.255V1.244V

0

1.255V

0

11mV0

1.244V0

+5V

0

C.u.T. ≈ 100μF

1

18

16F84

100kHzgenerator

1M

1M

1M

012022 - 13

2k2

2k2

2k2

2k2

1M

ES

R

XC = 15

ESR =0Ω

+5V

0

0

50mV

+5V

0

0

50mV

0

50mV

0 50mVpp

0VDC

0

50mV

C.u.T. ≈ 100nF

1

18

16F84

100kHzgenerator

Figura 3. Con un condensador en el rango de los 100 μF y una ESR de 10 Ω, la impedancia reactiva es despreciable y la ESR (que es puramente resistiva) determina la tensión de salida de un amplificador operacional.

Figura 4. Situación con un condensador en el rango de los 0,1 μF y con una ESR de 0 Ω. En este caso, la tensión media de salida del amplificadoroperacional es de 0 V.

elektor 44

040259-1

BT1

BZ1

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7 C8

C9

C10

C11

C12

C13

C14

C15

C16

C17

D1

D2

D3

D4 D

5

IC1

IC2

IC3

IC4IC5

IC6

IC7

K1

P1

P2

P3

P4

P5

P6 R1

R2

R3

R4R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20

R21

R22

R23R24

R25

R26

R27

R28

R29

R30

S1

S2

T1

X1

04

02

59

-1+ -

sense+

sense-

signal+

signal-

C+

C-

+-

040259-1

040259-1

Figura 5. Diagrama de pistas y diagrama deimplantación de componentes de la placa decircuito impreso de doble cara del Medidor deCapacidad y de ESR.


LISTA DE MATERIALESResistencias:R1-R4 = 56ΩR5-R8,R24 = 2kΩ2R9,R10,R15,R16,R25,R26,R28,R29 =

10kΩR11-R14 = 1MΩ 1%R17 = 8MΩ2R18 = 7kΩ85R19 = 120ΩR20,R21 = 1kΩR22 = 82kΩR23 = 47ΩR27 = 220ΩR30 = 180ΩP1 = 100kΩ potenciómetro preset de

10 vueltasP2 = 1MΩ potenciómetro preset de

10 vueltasP3 = 1kΩ potenciómetro preset de 10

vueltasP4 = 200Ω potenciómetro preset de

10 vueltasP5 = 25kΩ potenciómetro presetP6 = 100kΩ potenciómetro preset de

10 vueltas

Condensadores:C1 = 1nFC2 = 47nFC3 = 22pFC4 = 27pFC5 = 10μF condensador electrolítico

de 16 V radialC6 = 220nFC7,C8,C9,C12-C17 = 100nF,

separación entre terminales de 5 mmC10,C11 = 10μF condensador

electrolítico de 16 V radial

Semiconductores:D1 = Diodo zéner de 5,6 V y 500 mWD2-D5 = 1N4007IC1 = PIC16F877-20/P, programado,

código de pedido 040259-41*IC2 = PIC16F84A-20/P, programado,

código de pedido 040259-42*IC3 = 74HC4066IC4 = ICL7660IC5 = TLC555IC6 = 78L05IC7 = LF412CPT1 = BC557

Varios:Bz1 = Zumbador piezoeléctrico de

AC (pasivo)S1 = Conmutador de dos contactos

de conmutaciónS2 = Conmutador de un contacto de

conmutaciónK1 = Módulo LCD de 2 x 16

caracteres (por ejemplo, Digikey #153-1078-ND)

X1 = Cristal de cuarzo de 20 MHz2 Zócalos para conectores de bananasCable para medidasCaja por ejemplo, SERPAC H75

(Digikey # SRH75-9VB-BD)Placa de Circuito Impreso con código

de pedido 040259-1*Disco con ficheros en código fuente y

en código hexadecimal, con códigode pedido nº 040259-11* o através de Descarga Gratuita

* Ver página de Tienda de Elektor

Karel Walraven

Los primeros signos de vida del circuitofueron optimistas. La pantalla del visua-lizador producía texto legible, lo queindicaba que al menos el microprocesa-dor estaba ejecutando su programa. Apartir de aquí llegaron los problemas. Lamedida de los condensadores era bas-tante problemática cuando no imposible:normalmente la pantalla permanecía blo-queada presentando un "0" de manerapermanente y no parecía que fuese posi-ble construir el medidor ESR/C. Por ellodecidimos hacer las pruebas habitualesa la placa. Siempre se debe comenzarmidiendo la tensión de alimentacióndirectamente en los terminales de los cir-cuitos integrados: tanto la línea de + 5V como la línea de masa deben inspec-cionarse. Lo siguiente es verificar la señalde reloj del microprocesador, y aquí des-cubrimos que teníamos una frecuenciade 6,66 MHz en lugar de la frecuenciadeseada de 20 MHz: el cristal decuarzo estaba resonando alegrementea su frecuencia fundamental en lugar dehacerlo en su tercer armónico. Parecíaque ésta podía ser una medida falsa, sinembargo, la capacidad de 50 pF de lapunta de prueba del osciloscopio estabaprovocando estragos en la entrada del

oscilador. Sin embargo, teníamos unvalor estable de 6,66 MHz a la salidadel oscilador y estábamos utilizando unapunta de pruebas en la posición 1:10,de manera que la capacidad adicionalde carga que estábamos añadiendo erademasiado pequeña. Esto nos dejabaotros factores de fallo a tener en consi-deración: el PIC podía haber sido pro-gramado para "un cristal estándar" enlugar de "un cristal de alta velocidad",o los dos condensadores de carga delcristal podían ser demasiado grandes.También era posible que el propio cris-tal estuviese dañado, de manera quesimplemente impidiera su conmutaciónpara que resonase en su tercer armó-nico. En nuestro caso lo que sucedió esque el PIC había sido programado demanera incorrecta y el problema se solu-cionó rápidamente... ¡Pobres de nos-otros!, el visualizador nos daba ahorala bienvenida con total formalidad. Eraextraño, pero alentador, saber que lle-gados a este punto ya no hay errores deescritura en el visualizador: después detodo esto, la pantalla comenzó a traba-jar correctamente en cuanto corregimosla frecuencia de reloj. ¿Un error de tiem-pos?. Los circuitos integrados de los

visualizadores no deben de controlarsedemasiado rápido. Por ejemplo, lashojas de características nos dicen quedebemos mantener una longitud mínimade 450 ns para el pulso de "habilitado".Internamente un PIC funciona con la fre-cuencia del cristal dividida por cuatro,de manera que, en teoría, a 20 MHz escapaz de suministrar un nuevo dato ensus terminales de E/S cada 200 ns. Estoparecía una explicación plausible delfenómeno al que nos habíamos enfren-tado. Este tipo de errores se suelen pasarpor alto en un diseño. El circuito deprueba funciona mejor a una velocidadde reloj más baja, ¡hurra! El diseñohabía sido “optimizado rápidamente”cuando se estaba dibujando el esquemaeléctrico del circuito y entonces... se nosolvidó hacer una verificación final de latemporización de los pulsos. Sinembargo, también podía ser un error nodescubierto: algunas pantallas LCD notienen problemas al trabajar con pulsosde 200 ns, mientras otras, de otras seriesdiferentes o de otros fabricantes, se que-dan colgadas.Revisamos de manera crítica la rutinadel controlador de la pantalla LCD, cre-amos un pulso "habilitado" más largo y

reprogramamos el PIC. A partir deentonces, la pantalla LCD comenzó atrabajar como deseábamos. En símisma, es decir, a pesar de que el restode los componentes funcionaban, la lec-tura continuaba sin tener sentido. Rápi-damente encontramos que los valoresmedidos eran siempre negativos enlugar de positivos, y los programas delmicroprocesador sabían que tenían quecambiar cualquier valor negativo en unvalor de cero. En teoría, podría sucederque la fase del detector de sincronismosse hubiese solapado. Después de muchotiempo de búsqueda y de debates, con-cluimos que éste no era el caso. En esemomento buscamos teorías más profun-das en nuestro laboratorio hasta que lle-gamos a encontrar el error de que laconmutación para seleccionar entremedidas de capacidad y de ESR habíasido mal cableada, produciendo unfuerte desplazamiento en el detector.¡Nadie había pensado que sólo se tra-taba de un simple intercambio de hilos!La moraleja de la historia es que siem-pre hay que verificar en primer lugarlas cosas más obvias. No tengamiedo a lo peor y no profundice másde lo necesario.

¡Sonrían por favor!Aunque tengamos problemas demayor envergadura, en nuestrolaboratorio siempre trataremos dever el lado positivo de las cosas,sólo con convencernos a nosotrosmismos de que una vida libre deproblemas sería una vida muyaburrida.El medidor ESR/C del ingenieroFlemming Jensen, desde los dere-chos del anteproyecto, hasta supublicación en imprenta, no hasido un proceso tranquilo, y con unpoco de retrospectiva, tenemosque admitir haber cometido uno odos errores cuando ensamblamosel prototipo. Nada demasiadoserio, por supuesto, pero aún así...

elektor 45

46


amplificador operacional está pre-sente una tensión diferencial cons-tante. El amplificador operacionalpasa la tensión diferencial (en estecaso de 11 mV) hacia su salida, demanera que la tensión en la salida delamplificador operacional es propor-cional al valor de la ESR.La Figura 4 muestra un ejemplo dife-rente, con un condensador a probaren el rango de los 0,1 μF y que tieneuna ESR de 0 Ω. Como ya hemosseñalado, se utiliza una frecuenciabastante más elevada para mantenerel efecto de la impedancia reactiva lomás pequeña posible, de manera queincluso los pequeños condensadoreselectrolíticos, con valores tan bajoscomo los de 0,1 μF, puedan medirse.Esto hace que sea necesario reducirmás adelante el efecto de la integra-ción inicial de la tensión de la formade onda.En este caso la ESR es cero y la impe-dancia reactiva es de 0,5 πfC o, apro-ximadamente, 16 Ω. Como podemosver, la configuración diferencial delamplificador operacional provoca queel diente de sierra en la integraciónde la forma de onda en las entradasse sume para obtener una tensión endiente de sierra en la salida, con unvalor medio de 0 V. La tensión resul-tante, después de la integración porla subsecuente red RC, es de 0 V, yeste valor es el que se aplica a laentrada del voltímetro. Si el conden-sador tiene una ESR de 10 Ω, la ten-sión en diente de sierra de la salidadebería tener la misma forma, peroestaría superpuesta sobre una com-ponente DC debido a la ESR. Una vezque el diente de sierra ha sido filtradopor la integración, la tensión que per-manece debería corresponderse a ladel valor actual de la ESR de 10 Ω,mientras que el efecto de la impe-dancia reactiva de 16 Ω tendría queeliminarse.

Múltiples PICsEl generador de frecuencia en el cir-cuito del diseño original ha sido sus-tituido por un PIC (modelo 16F84). El16F877 no pudo emplearse para estepropósito, ya que la señal no puedeinterrumpirse a menos que esté rea-lizándose una prueba DC. El micro-controlador 16F84 utiliza el mismoreloj oscilador que el 16F877. La ven-taja de utilizar un segundo PIC esque hace innecesario alinear la fre-cuencia de generador de 100 kHz.Esto también permite que el genera-

Probe 1

max. 0.5 m

012022- 15

A

B

Probe 2C

D

¡Atención!w Siempre hay que descargar el conden-sador antes de conectarlo al medidor.

w Encienda siempre el medidor antes deconectarlo al condensador que va a medir.

w Con valores de condensadores superioresa los 10 mF, el medidor realiza cuatromedidas. Después de esto, el medidormuestra en pantalla "Ready" ("Listo") ydebe ser apagado y encendido de nuevopara hacer una nueva medida.

w Tenemos que ser pacientes cuandomedimos condensadores con valores muyelevados. Se tarda aproximadamenteunos diez minutos en realizar la medidade un condensador de 370 mF.

¡Cuidado!Aunque las entradas del medidor estánprotegidas por diodos, siempre es unabuena idea descargar los condensadoresde grandes valores de capacidad antes derealizar las medidas de los mismos. Elriesgo de quemar los diodos de protecciónes particularmente alto con condensadoresde filtros y de almacenamiento, utilizadosen circuitos de fuentes de alimentación.

Figura 6. Cómo construir los dosterminales de prueba de doble

apantallamiento que conectan las puntasde prueba a nuestro instrumento.

dor pueda conmutarse fácilmenteentre medidas AC y DC. Estos modosson controlados por el PIC 16F877, elcual utiliza rutinas de interrupciónpara determinar que es lo qué tieneque hacer el 16F84.

Selección de componentesComo este circuito trabaja con fre-cuencias elevadas y niveles de señalen rango de los milivoltios, tenemosque utilizar amplificadores diferen-ciales con un bajo "offset" y con ungran ancho de banda. El amplificadordiferencial LF 412 cumple con estosrequisitos y, al mismo tiempo, no esdemasiado caro.La versión HC del ya conocido 4066,un circuito integrado conmutadorelectrónico cuádruple, proporcionaunos tiempos de conmutación rápi-dos, los cuales reducen el efecto nodeseable de la reactancia en un fac-tor de dos.Si emplea los componentes recomen-dados aquí obtendrá los mejoresresultados, sin embargo, las presta-ciones serán aceptables si utiliza uncircuito integrado 4066 normal.

Montaje compactoGracias al uso de dos microcontrolado-res, el tamaño global del circuito per-manece relativamente pequeño, demanera que la placa de circuito impresodiseñada para el circuito (ver Figura 5)tiene unas modestas dimensiones.Sólo hay que conectar unos pocoscomponentes a la placa de circuitoimpreso a través de terminales cor-tos. El módulo LCD se conecta a K1.El conmutador S1, que se utiliza paraseleccionar el modo de medida, decapacidad o de ESR, está cableado al

conector S1 sobre la placa del cir-cuito, utilizando seis terminales cor-tos. Los puntos C + y C - están conec-tados a dos terminales de medida ozócalos, localizados en la cara frontalde la caja. Los terminales marcadoscon "Signal +", "Signal -", "Sense +"y "Sense -" tienen que conectarse alos terminales de prueba ESR adicio-nales, con sus líneas sensoras sepa-radas, de manera que podamos medirun condensador aunque esté conec-tado a un circuito (ver Figura 6).La batería y el conmutador de ali-mentación S2 (BT1 y S2, respectiva-mente) también deben estar conecta-dos a la placa de circuito impreso, asícomo el zumbador (BZ1).

Las puntas de pruebaEn este medidor se utilizan medidasa cuatro hilos para compensar lacaída de tensión en los terminales deprueba. Cada uno de los terminalestiene dos conductores apantallados,que se usan como terminal de señal yterminal sensor (ver Figura 6). Estoevita que las medidas se vean altera-das por zumbidos, ruidos o interfe-rencias ESD, al mismo tiempo quepermite implementar una función decalibración a cero estable.

Calibración del medidor ESREl "offset" se selecciona a 40 mV enlugar de 0 V, porque el conversor A/Dno puede trabajar con tensiones nega-tivas. Así, cortocircuitaremos las pun-tas de prueba, una con otra, y conec-taremos el voltímetro al terminal 7 delcircuito integrado LF 412 (IC7). En esemomento, ajustaremos el potenció-metro P1 para obtener una tensión de"offset" de 40 mV. El "offset" resul-tante puede compensarse por pro-grama. Sin embargo, esto requiereque cortocircuitemos las puntas deprueba, una con otra, cuando el medi-dor está encendiéndose y estamostrabajando en el modo ESR. El con-versor A/D convierte la tensión de"offset". El valor resultante se alma-cena en una memoria EEPROM y seresta del valor ESR medido.El siguiente paso es conmutar elmedidor al modo ESR y darle alimen-tación. Podemos utilizar el potenció-metro P5 para ajustar el contraste delmódulo LCD. Cortocircuitaremos laspuntas de prueba, una con otra,cuando se nos pida en la pantalla delmódulo LCD. A continuación, conec-taremos las puntas de prueba a una

resistencia de 10 Ω y ajustaremos elpotenciómetro P6 hasta que en lapantalla del módulo LCD podamosleer un valor de 10 Ω. Seguidamente,conectaremos el medidor a varioscondensadores de prueba, uno poruno, con y sin resistencia de 10 Ω enserie, para verificar que el medidorestá trabajando de manera correcta.

Calibración del medidor de capacidad

Necesitamos un par de condensado-res de precisión para calibrar el medi-dor de capacidad. Un valor de 470 pFdel 1% sería adecuado para el rangode los picofaradios, mientras quepara el rango de los nanofaradiospodemos usar un valor de 220 nF, del1%. Ambos valores los suministrandistintos vendedores a un preciorazonable, por ejemplo, Farnell. No esaconsejable emplear valores de 1.000pF o de 1.000 nF, ya que esto provo-cará que la pantalla fluctúe entre lasmedidas de 999 pF y 1,00 nF, o 999 nFy 1,00 μF, respectivamente. Lamanera más fácil de ajustar el rangosuperior de 10 μF consiste en usar unmedidor de capacidad comercial. Unmétodo alternativo es el uso de la fór-

mula t = RC y un sencillo cronómetro.Tendremos que mantener el medidoralejado de transformadores y camposmagnéticos fuertes de 50 (o de 60)Hz. Encenderemos el medidor, loconectaremos al condensador de 470pF, y utilizaremos el potenciómetro P2para ajustar el valor en la pantalla delvisualizador hasta que tengamos elvalor nominal del condensador. Acontinuación, conectaremos el medi-dor al condensador de 220 nF y utili-zaremos el potenciómetro P3 paraconseguir en el visualizador el valormedido correcto. Por último, podemosutilizar el potenciómetro P4 paraseleccionar el valor correcto paranuestro condensador electrolítico dereferencia.Después de hacer todo esto, el medi-dor estará listo para su uso. Desdeahora, ningún condensador, nuevo oviejo, tendrá secretos para nosotros.

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elektor 64

INFORMÁTICA Y MERCADO CIRCUITOS IMPRESOS

Todos los circuitos están a tamaño real (100%) excepto indicación en contra.

Medidor ESR/C (040259-1)

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medidor esr c

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