Medidor ESR

Un medidor ESR es un instrumento de medición electrónico de dos terminales diseñado y utilizado principalmente para medir la resistencia serie equivalente (ESR) de condensadores reales ; generalmente sin necesidad de desconectar el condensador del circuito al que está conectado. Otros tipos de medidores utilizados para el mantenimiento rutinario, incluidos los medidores de capacitancia normales , no pueden utilizarse para medir la ESR de un condensador, aunque existen medidores combinados que miden tanto la ESR como la capacitancia fuera del circuito. Un miliohmímetro o multímetro estándar ( CC ) no puede utilizarse para medir la ESR, ya que no se puede hacer pasar una corriente continua constante a través del condensador. La mayoría de los medidores ESR también pueden utilizarse para medir resistencias no inductivas de bajo valor, estén o no asociadas a un condensador; esto da lugar 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 de rizado ; esto puede provocar el mal funcionamiento del equipo que los utiliza. En equipos antiguos, esto solía causar zumbidos y un funcionamiento degradado; los equipos modernos, en particular las fuentes de alimentación conmutadas , son muy sensibles a la ESR, y un condensador con una ESR alta puede provocar el mal funcionamiento del equipo o causar daños permanentes que requieran reparación, normalmente al provocar 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 de aproximadamente un microfaradio a decenas de miles de microfaradios.

Los condensadores con fallos que provocan una ESR elevada suelen sobrecalentarse y, posteriormente, hincharse y tener fugas a medida que los productos químicos del electrolito se descomponen en gases, lo que facilita su identificación visual; sin embargo, los condensadores que parecen visualmente perfectos aún pueden tener una ESR elevada, detectable únicamente mediante medición.

La medición precisa de la ESR rara vez es necesaria, y cualquier medidor funcional es suficiente para la resolución de problemas. Cuando se requiere precisión, las mediciones deben realizarse bajo condiciones específicas, ya que la ESR varía con la frecuencia, la tensión aplicada y la temperatura. Un medidor de ESR de uso general que opere con una frecuencia y forma de onda fijas generalmente no será adecuado para mediciones precisas en laboratorio.

La medición de la ESR se puede realizar aplicando un voltaje alterno a una frecuencia en la que la reactancia del condensador sea despreciable, en una configuración de divisor de voltaje . Es fácil comprobar la ESR con la precisión suficiente para la resolución de problemas utilizando un medidor de ESR improvisado que consta de un generador de onda cuadrada simple y un osciloscopio , o un generador de onda sinusoidal de unas pocas decenas de kilohercios y un voltímetro de CA , utilizando un condensador en buen estado para la comparación, o mediante algunos cálculos matemáticos. ^{[ 2 ]}

Un medidor ESR profesional resulta más práctico para comprobar rápidamente varios condensadores. Un puente de medición estándar , así como muchos medidores LCR y Q , también pueden medir la ESR con precisión, además de otros parámetros del circuito. El medidor ESR específico es un instrumento de propósito especial relativamente económico y de precisión moderada, utilizado principalmente para identificar condensadores con una ESR excesivamente alta y, en ocasiones, para medir otras resistencias bajas; no permite medir otros parámetros.

La mayoría de los medidores ESR funcionan descargando un condensador electrolítico real (aproximadamente 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 tiempo, demasiado corto para que se cargue de forma apreciable. Esto produce una tensión en el dispositivo igual al producto de la corriente y la ESR, más una contribución insignificante de una pequeña carga en el condensador. Esta tensión se mide y su valor, dividido por la corriente (es decir, la ESR), se muestra en ohmios o miliohmios en una pantalla digital o mediante 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 con una frecuencia lo suficientemente alta como para que la reactancia del condensador sea mucho menor que su ESR. Los parámetros del circuito suelen elegirse para obtener resultados significativos para capacitancias a partir de un microfaradio, un rango que abarca los condensadores de aluminio típicos, cuya ESR tiende a ser inaceptablemente alta.

Un valor de ESR aceptable depende de la capacitancia (los condensadores de mayor tamaño suelen tener un ESR menor) y puede consultarse en una tabla de valores "típicos" o compararse con un componente nuevo. En principio, la especificación del límite superior de ESR del fabricante del condensador puede consultarse en la hoja de datos, pero esto suele ser innecesario. Cuando un condensador con un ESR crítico se degrada, la disipación de potencia a medida que aumenta el ESR suele provocar un incremento descontrolado rápido y significativo, por lo que una medición de "pasa/no pasa" suele ser suficiente, ya que el ESR a menudo pasa rápidamente de un nivel claramente aceptable a uno claramente inaceptable; un ESR superior a 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 condensador, 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 semiconductora que pueda estar presente en el circuito; esto podría generar una baja impedancia de encendido que interferiría con las mediciones.

• Un medidor de ESR no mide la capacitancia de un condensador; este debe desconectarse del circuito y medirse con un medidor de capacitancia (o un multímetro con esta capacidad). Un ESR excesivo es mucho más probable que sea un problema identificable en condensadores electrolíticos de aluminio que una capacitancia fuera de tolerancia, lo cual es raro en condensadores con un ESR aceptable.
• Un medidor de ESR puede identificar erróneamente un condensador defectuoso en cortocircuito como si tuviera una ESR baja, pero un ohmímetro o un multímetro pueden detectar fácilmente este caso, que es mucho menos frecuente en la práctica que una ESR alta. Es posible conectar las puntas de prueba a un medidor de ESR y a un ohmímetro en paralelo para comprobar tanto los cortocircuitos como la ESR en una sola operación; algunos medidores miden la ESR y detectan cortocircuitos simultáneamente.
• La ESR puede depender de las condiciones de funcionamiento (principalmente la tensión aplicada y la temperatura); un condensador con una ESR excesiva a la temperatura y tensión de funcionamiento puede dar un resultado normal si se mide en frío y sin alimentación. Algunas fallas en el circuito causadas por condensadores con funcionamiento intermitente pueden identificarse mediante el uso de un aerosol refrigerante ; si al enfriar el condensador se restablece su funcionamiento correcto, está defectuoso.
• Un medidor ESR puede dañarse al conectarse a un condensador con una tensión significativa, ya sea por carga residual almacenada o por estar en un circuito activo. Los diodos de protección en la entrada minimizan este riesgo, pero en ese caso el medidor ya no podrá utilizarse para medir la resistencia interna de la batería.
• Cuando se utiliza un medidor ESR como miliohmímetro, cualquier inductancia significativa entre las puntas de prueba invalidará las mediciones. Por ejemplo, un medidor ESR no es adecuado para medir la resistencia en los devanados de un transformador debido a sus características inductivas. Este efecto es tan significativo que no se deben utilizar puntas de prueba con cables en espiral debido a su inductancia.

Un medidor ESR se describe con mayor precisión como un miliohmímetro de CA pulsado o de alta frecuencia (según el tipo), y puede utilizarse para medir cualquier resistencia baja. Un medidor ESR sin diodos de protección en serie en su entrada puede medir la resistencia interna de las baterías (muchas baterías terminan su vida útil principalmente debido al aumento de la resistencia interna, más que a una baja fuerza electromotriz ). Dependiendo del circuito específico utilizado, un medidor ESR también puede utilizarse para medir la resistencia de contacto de interruptores , la resistencia de secciones de pistas de circuitos impresos (PCB), etc.

Aunque existen instrumentos especializados para detectar cortocircuitos entre pistas de PCB adyacentes, un medidor ESR es útil porque puede medir resistencias bajas inyectando un voltaje demasiado bajo para confundir las lecturas al activar las uniones semiconductoras en el circuito. Un medidor ESR se puede usar para encontrar cortocircuitos, incluso para determinar cuál de un grupo de condensadores o transistores conectados en paralelo por pistas de circuito impreso o cables está en cortocircuito. Muchos ohmímetros y multímetros convencionales no son utilizables para resistencias muy bajas, y aquellos capaces de medir resistencias bajas generalmente usan un voltaje lo suficientemente alto como para activar las uniones semiconductoras, ^{[ 3 ]} falseando las lecturas de resistencia.

Las pinzas de prueba son útiles cuando los puntos de prueba están muy juntos, como en equipos fabricados con tecnología de montaje superficial . Las pinzas se pueden sujetar 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 estadounidense n.° 4216424 de Carl W. Vette de 1978: "Método y aparato para probar condensadores electrolíticos" .^{[ 4 ]} bajo la marca Creative Electronics. El medidor ESR de Creative Electronics fue el dispositivo principal que muchos utilizaron durante la vigencia de la patente. La patente expiró en 1998, cuando muchas otras empresas entraron al mercado.

Otras patentes ampliaron el trabajo original, incluida la patente estadounidense n.º 6677764 de John G. Bachman de 2001: "Sistema para proteger equipos de prueba electrónicos de condensadores cargados" .^{[ 5 ]}

• Medidor Q
• medidor LCR