Un medidor de ESR es un instrumento de medición electrónico de dos terminales diseñado y utilizado principalmente para medir la resistencia en serie equivalente (ESR) de capacitores reales ; generalmente sin la necesidad de desconectar el capacitor del circuito al que está conectado. Otros tipos de medidores utilizados para el mantenimiento de rutina, incluidos los medidores de capacitancia normales , no se pueden utilizar para medir la ESR de un capacitor, aunque hay medidores combinados disponibles que miden tanto la ESR como la capacitancia fuera de circuito. Un miliohmímetro o multímetro estándar ( DC ) no se puede utilizar para medir la ESR, porque no se puede pasar una corriente continua constante a través del capacitor. La mayoría de los medidores de ESR también se pueden utilizar para medir resistencias no inductivas de bajo valor, ya sea asociadas o no con un capacitor; esto conduce a varias aplicaciones adicionales descritas a continuación.
Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una ESR relativamente alta que aumenta con el tiempo, el calor y la corriente de rizado ; esto puede provocar que el equipo que los utiliza funcione mal. En equipos más antiguos, esto tendía a causar zumbidos y un funcionamiento degradado; los equipos modernos, en particular las fuentes de alimentación de modo conmutado , son muy sensibles a la ESR, y un condensador con una ESR alta puede provocar que el equipo funcione mal o causar daños permanentes que requieran reparación, generalmente al hacer que los voltajes de la fuente de alimentación se vuelvan excesivamente altos. [1] Sin embargo, los condensadores electrolíticos se utilizan muy a menudo porque son económicos y tienen una capacitancia muy alta por unidad de volumen o peso; típicamente, estos condensadores tienen una capacitancia de aproximadamente un microfaradio a decenas de miles de microfaradios.
Los capacitores con fallas que generan un ESR alto a menudo se sobrecalientan y luego se abultan y tienen fugas a medida que los químicos del electrolito se descomponen en gases, lo que los hace relativamente fáciles de identificar visualmente; sin embargo, los capacitores que parecen visualmente perfectos aún pueden tener un ESR alto, detectable solo por medición.
La medición precisa de la ESR rara vez es necesaria y cualquier medidor que se pueda utilizar es adecuado para la resolución de problemas. Cuando se requiere precisión, las mediciones deben realizarse en condiciones apropiadas y específicas, ya que la ESR varía con la frecuencia, el voltaje aplicado y la temperatura. Un medidor de ESR de uso general que funcione con una frecuencia y una forma de onda fijas normalmente no será adecuado para mediciones precisas en el laboratorio.
La medición de la ESR se puede realizar aplicando un voltaje alterno a una frecuencia en la que la reactancia del capacitor sea despreciable, en una configuración de divisor de voltaje . Es fácil verificar la ESR lo suficientemente bien como para solucionar problemas utilizando un medidor de ESR improvisado que comprende un generador de onda cuadrada simple y un osciloscopio , o un generador de onda sinusoidal de algunas decenas de kilohercios y un voltímetro de CA , utilizando un capacitor que se sepa que funciona bien para comparar, o utilizando un poco de matemáticas. [2]
Un medidor de ESR profesional es más conveniente para verificar rápidamente varios capacitores. Un puente de medición estándar y muchos medidores LCR y Q también pueden medir la ESR con precisión, además de muchos otros parámetros del circuito. El medidor de ESR dedicado es un instrumento de propósito especial relativamente económico de precisión moderada, que se usa principalmente para identificar capacitores con una ESR inaceptablemente grande y, a veces, para medir otras resistencias bajas; no se pueden realizar mediciones de otros parámetros.
La mayoría de los medidores de ESR funcionan descargando un condensador electrolítico real (más o menos equivalente a un condensador ideal en serie con una resistencia no deseada, la ESR) y haciendo pasar una corriente eléctrica a través de él durante un breve período de tiempo, demasiado corto para que se cargue de forma apreciable. Esto producirá un voltaje a través del dispositivo igual al producto de la corriente por la ESR más una contribución insignificante de una pequeña carga en el condensador; este voltaje se mide y su valor se divide por la corriente (es decir, la ESR) que se muestra en ohmios o miliohmios en una pantalla digital o por la posición de un puntero en una escala. El proceso se repite decenas o cientos de miles de veces por segundo .
Como alternativa, se puede utilizar una corriente alterna a una frecuencia lo suficientemente alta como para que la reactancia del condensador sea mucho menor que la ESR. Los parámetros del circuito suelen elegirse para obtener resultados significativos para la capacitancia a partir de aproximadamente un microfaradio, un rango que cubre los condensadores de aluminio típicos cuya ESR tiende a volverse inaceptablemente alta.
Un valor de ESR aceptable depende de la capacitancia (los capacitores más grandes generalmente tienen un ESR más bajo) y se puede leer en una tabla de valores "típicos" o comparar con un componente nuevo. En principio, la especificación del límite superior del fabricante del capacitor para ESR se puede buscar en una hoja de datos, pero esto generalmente no es necesario. Cuando un capacitor cuya ESR es crítica se degrada, la disipación de potencia a medida que aumenta la ESR generalmente causa un aumento descontrolado rápido y grande, por lo que la medición pasa/no pasa generalmente es suficiente ya que la ESR a menudo pasa rápidamente de un nivel claramente aceptable a uno claramente inaceptable; una ESR de más de unos pocos ohmios (menos para un capacitor grande) es inaceptable.
En un circuito práctico, la ESR será mucho menor que cualquier otra resistencia en paralelo con el capacitor, por lo que no es necesario desconectar el componente y se puede realizar una medición en el circuito. Los medidores de ESR prácticos utilizan un voltaje demasiado bajo para activar cualquier unión de semiconductores que pueda estar presente en el circuito; esto podría presentar una impedancia de "encendido" baja que interferiría con las mediciones.
Un medidor de ESR se describe con mayor precisión como un miliohmímetro de CA pulsado o de alta frecuencia (según el tipo), y se puede utilizar para medir cualquier resistencia baja. Un medidor de ESR sin diodos protectores consecutivos en su entrada puede medir la resistencia interna de las baterías (muchas baterías terminan su vida útil en gran medida debido al aumento de la resistencia interna, en lugar de un bajo EMF ). Dependiendo del circuito exacto utilizado, un medidor de ESR también se puede utilizar para medir la resistencia de contacto de los interruptores , la resistencia de las secciones de la pista de un circuito impreso (PCB), etc.
Si bien existen instrumentos especializados para detectar cortocircuitos entre pistas de PCB adyacentes, un medidor de ESR es útil porque puede medir resistencias bajas mientras inyecta un voltaje demasiado bajo para confundir las lecturas al encender las uniones de semiconductores en el circuito. Un medidor de ESR se puede utilizar para encontrar cortocircuitos, incluso para encontrar cuál de un grupo de capacitores o transistores conectados en paralelo por pistas o cables de circuito impreso está en cortocircuito. Muchos ohmímetros y multímetros convencionales no se pueden utilizar para resistencias muy bajas, y aquellos capaces de medir resistencias bajas generalmente usan un voltaje lo suficientemente alto como para encender las uniones de semiconductores, [3] falsificando las lecturas de resistencia.
Las sondas de pinza son útiles cuando los puntos de prueba están muy espaciados, como en los equipos fabricados con tecnología de montaje superficial . Las sondas de pinza se pueden sostener con una mano, dejando la otra libre para estabilizar o manipular el equipo que se está probando.
El primer dispositivo importante para medir la ESR en circuito se basó en la "Patente de EE. UU. N.° 4216424: Método y aparato para probar capacitores electrolíticos" de Carl W. Vette de 1978.[4] bajo la marca Creative Electronics. El medidor de ESR de Creative Electronics fue el dispositivo principal que muchos usaron mientras duró la patente. La patente expiró en 1998 cuando muchas otras empresas ingresaron al mercado.
Patentes adicionales ampliaron el trabajo original, incluida la "Patente estadounidense n.° 6677764: Sistema para proteger equipos de prueba electrónicos de capacitores cargados" de John G. Bachman de 2001. [5]