Un medidor ESR es un instrumento de medición electrónico de dos terminales diseñado y utilizado principalmente para medir la resistencia en serie equivalente (ESR) de condensadores reales ; normalmente sin necesidad de desconectar el condensador 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 usar para medir la ESR de un capacitor, aunque hay medidores combinados disponibles que miden tanto la ESR como la capacitancia fuera del circuito. No se puede utilizar un miliohmímetro o multímetro estándar ( CC ) para medir la ESR porque no se puede pasar una corriente continua constante a través del condensador. La mayoría de los medidores ESR también se pueden utilizar para medir resistencias no inductivas de bajo valor, asociadas o no con un condensador; esto conduce a varias aplicaciones adicionales que se describen a continuación.
Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una ESR relativamente alta que aumenta con el tiempo, el calor y la corriente ondulada ; esto puede provocar un mal funcionamiento del equipo que los utiliza. En equipos más antiguos, esto tendía a provocar 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 un mal funcionamiento del equipo 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 con mucha frecuencia porque son económicos y tienen una capacitancia muy alta por unidad de volumen o peso; Normalmente, estos condensadores tienen una capacitancia que va desde aproximadamente un microfaradio hasta decenas de miles de microfaradios.
Los condensadores con fallas que conducen a una ESR alta 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 algo fáciles de identificar visualmente; sin embargo, los condensadores que parecen perfectos visualmente aún pueden tener una ESR alta, detectable sólo mediante medición.
Rara vez es necesaria una medición precisa de la ESR y cualquier medidor utilizable es adecuado para solucionar problemas. Cuando se requiere precisión, las mediciones deben tomarse en condiciones apropiadamente especificadas, porque 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 forma de onda fijas generalmente no será adecuado para mediciones precisas en el laboratorio.
La medición de la ESR se puede realizar aplicando un voltaje alterno a una frecuencia a la que la reactancia del capacitor sea insignificante, en una configuración de divisor de voltaje . Es fácil verificar la ESR lo suficientemente bien como para solucionar problemas usando un medidor de ESR improvisado que comprende un simple generador de onda cuadrada y un osciloscopio , o un generador de onda sinusoidal de unas pocas decenas de kilohercios y un voltímetro de CA , usando un capacitor en buen estado para comparar, o usando un poco de matemáticas. [2]
Un medidor de ESR profesional es más conveniente para comprobar rápidamente varios condensadores. 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 y de precisión modesta, que se utiliza principalmente para identificar capacitores con 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 capacitor electrolítico real (más o menos equivalente a un capacitor ideal en serie con una resistencia no deseada, el ESR) y haciendo pasar una corriente eléctrica a través de él durante un tiempo corto, demasiado corto para que se cargue de manera apreciable. Esto producirá un voltaje a través del dispositivo igual al producto de la corriente y la ESR más una contribución insignificante de una pequeña carga en el capacitor; este voltaje se mide y su valor se divide por la corriente (es decir, el 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 .
Alternativamente, se puede usar una corriente alterna a una frecuencia lo suficientemente alta como para que la reactancia del capacitor sea mucho menor que la ESR. Los parámetros del circuito generalmente se eligen para brindar resultados significativos para la capacitancia desde aproximadamente un microfaradio hacia arriba, un rango que cubre los capacitores de aluminio típicos cuya ESR tiende a volverse inaceptablemente alta.
Un valor de ESR aceptable depende de la capacitancia (los condensadores más grandes generalmente tienen una ESR más baja) y puede leerse en una tabla de valores "típicos" o compararse con un componente nuevo. En principio, la especificación del límite superior de ESR del fabricante del capacitor 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 rápido y grande, por lo que la medición pasa/no pasa generalmente es lo suficientemente buena ya que la ESR a menudo pasa rápidamente de un nivel claramente aceptable a un nivel claramente inaceptable. ; una ESR de más de unos pocos ohmios (menos para un condensador 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 prácticos medidores ESR utilizan un voltaje demasiado bajo para activar cualquier unión semiconductora que pueda estar presente en el circuito; esto podría presentar una impedancia 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 puede usarse 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 parte debido a una mayor resistencia interna, en lugar de a una baja EMF ). Dependiendo del circuito exacto utilizado, también se puede utilizar un medidor ESR para medir la resistencia de contacto de los interruptores , la resistencia de las secciones de la pista del 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. Se puede utilizar un medidor ESR para encontrar cortocircuitos, incluso para encontrar cuál de un grupo de condensadores o transistores conectados en paralelo mediante pistas o cables de circuito impreso está en cortocircuito. Muchos óhmetros y multímetros convencionales no se pueden utilizar para resistencias muy bajas, y aquellos capaces de medir resistencias bajas suelen utilizar un voltaje lo suficientemente alto como para activar uniones semiconductoras, [3] falsificando las lecturas de resistencia.
Las sondas de pinza son útiles cuando los puntos de prueba están muy espaciados, como en equipos fabricados con tecnología de montaje en superficie . Las sondas de pinza se pueden sostener con una mano, dejando la otra mano libre para estabilizar o manipular el equipo que se está probando.
El primer dispositivo importante para medir la ESR en el circuito se basó en la "Patente estadounidense n.º 4216424: método y aparato para probar condensadores electrolíticos" de Carl W. Vette de 1978.[4] bajo la marca Creative Electronics. El medidor ESR de Creative Electronics fue el dispositivo principal que muchos utilizaron durante la duración de la patente. La patente expiró en 1998 cuando muchas otras empresas entraron en el mercado.
Patentes adicionales ampliaron el trabajo original, incluida la "Patente estadounidense n.º 6677764: Sistema para proteger equipos de prueba electrónicos de condensadores cargados" de John G. Bachman de 2001. [5]