La propiedad física principal de un condensador es su capacidad. Sin embargo,una propiedad menos conocida es la ESR, llamada resistencia serie equivalente. Un condensador ideal tiene un desfase perfecto de 90º entre la tensión y la corriente. Una ESR grande introduce un error en este desfase, provocando pérdidas en el condensador. Suele modelizarse como una resistencia en serie con un condensador ideal de valor igual al nominal del encapsulado. Cuanto menor sea esta ESR mejor calidad tendrá dicho condensador, acercándose más a uno perfecto.
Fig. 1. Montaje en la carcasa de un tester retirado.
¿Cómo afecta la ESR en el comportamiento de un aparato?.
Una ESR elevada puede provocar el inhabilitamiento del stand-by de un televisor, hacer que no funcionen de forma correcta el alto y el ancho de la pantalla ( estamos hablando de televisores de tubo TRC ), tener problemas de sincronismos, interferencias. En fuentes de alimentación conmutadas se hace crítico ya que puede llegar a fundir semiconductores de potencia, fusibles o no llegar a encender la fuente. Hay que tener en cuenta que un valor elevado hará que se caliente el condensador ya que esta ESR disipa potencia por efecto Joule.
Valores normales que debe de tener la ESR.
Un condensador de filtro de una fuente analógica de por Ej.. 2200 uF con una ESR de 10 ohmios, puede ser normal, sin embargo en una fuente de alimentación conmutada es necesario un valor menor a 1 ohmio, normalmente valores por debajo de 100 milióhmios son normales. Suelen colocarse varios condensadores en paralelo en lugar de uno solo gordo para minimizar el ESR total del conjunto. Las fuentes de mala calidad suelen fallar antes por utilizar condensadores con mayor ESR que son más baratos.
El montaje de la figura 3 está pensado para ser conectado o bien a un polímetro digital en la escala 0-200 mV o a un voltímetro tipo modular de 0-200 mV que en mi montaje es el que corresponde a la parte derecha de la imagen en la figura 2. Por unos 10-15 € se pueden comprar buenos módulos de voltímetro con una precisión básica del 0,5%. Tanto en uno como en otro caso se conectará la punta negativa a masa y la positiva al terminal TPA en la escala 200 mV. Si utilizamos un voltímetro tipo modular deberemos emplear dos pilas de 9V independientes, una para alimentar el circuito y otra para alimentar el voltímetro modular.
Fig. 2. Interior del montaje sobre plano de masa.
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Fig. 3. Esquema. Pinchar sobre la imagen para descargar.
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Factores a tener en cuenta a la hora de elegir los componentes.
Algunos valores son críticos para que obtengamos una buena precisión y un funcionamiento correcto. Hay que usar sin omisión los siguientes semiconductores:
U3: CD4093. Este no es totalmente crítico, puede ser usado uno de menor consumo tal como el 74HCT4093 o 74HC4093, ambos compatibles TTL.
U4: 74ACT74PC. Importante puesto que este integrado dispone de salidas que proporcionan corriente constante. Necesario para una buena medición cuando se genera una onda cuadrada de 100 kHz suficientemente limpia.
S1: 74VHC4066. Interruptores de buenas prestaciones, baja resistencia on y alta en off. Compatible totalmente con TTL y además bajo consumo. Versión de alta velocidad y baja reactancia parásita. Se puede usar uno clásico 4066 pero se perderá precisión en la medida.
U5: LF412-CN. Tiene unas excelentes propiedades y además es muy rápido y consume muy poca corriente. Maneja bien señales de RF ( alta frecuencia ) en el rango de los microvoltios y un "offset" bajo.
Todas las resistencias son de 5% de tolerancia. Todos los potenciómetros son multivuelta de bajo coste. Son las cajitas azules de la figura 2. Los condensadores C2, C5 y C6 deberán de ser de buena calidad, preferentemente de tántalo. Cuidado de no invertir la polaridad si no queremos explosiones y gases malolientes. En la siguiente dirección podréis comprar casi todos los componentes: http://www.telkron.es/
Importante, como realizar las sondas.
La medida se realiza en lo que en instrumentación se llama "a cuatro hilos". Esto se realiza con hilo apantallado de audio de buena calidad. Cortar cuatro trozos de 30 cm de longitud. Pelar todas las mallas de apantallamiento de un extremo y unirlas todas a masa lo más cortas posible al plano de masa. Separar en dos parejas:. Cada extremo de la pareja se unen los vivos ( cable que va dentro del apantallamiento ) a una pinza de cocodrilo. Tendremos entonces del primer par conectamos un vivo al terminal A y otro al B, y del otro par lo mismo para el terminal C y D.
Fig. 4. Montaje de las sondas.
Calibración del instrumento.
Lo primero es medir que todas las tensiónes sean correctas y no haya cortocircuitos. Todos los potenciómetros deberán ser colocados a la mitad y seguiremos el siguiente procedimiento:
- Cortocircuitamos las puntas de prueba y ajustamos R23 hasta que la pantalla marque "000,0".
- Conectar un frecuencímetro u osciloscopio en el terminal 3 del 74ACT73 ( señal de reloj ) y ajustar hasta tener una lectura exacta de 200 kHz. Si hubiéramos utilizado un oscilador a cristal de 200 kHz podríamos haber obviado el circuito oscilador y por tanto la calibración del punto 2.
- Conectar las puntas de prueba a una resistencia de 10 ohmios de baja tolerancia, 1% o menor, o 5% en caso de no disponer de una. Conectar un osciloscopio ( en modo AC ) entre el punto TPD y masa. Girar el potenciometro R10 de manera que la línea que divide los dos semiciclos produzca una línea recta. La idea es obtener una señal lo más simétrica posible en la pantalla del osciloscopio. A continuación ajustar el potenciómetro R28 hasta conseguir una lectura en la pantalla de 10,0 ohmios.
En caso de no disponer de osciloscopio o frecuencímetro, girar los potenciometros R28 y R10 hasta la mitad. Esto nos dara una pobre precisión pero servirá para hacernos una idea aproximada del estado del condensador.
IMPORTANTE: DESCARGAR BIEN LOS CONDENSADORES BAJO PRUEBA. DE NO HACERLO ASI SE CORRE RIESGO DE DESTRUIR EL MEDIDOR.
