电容ESR表(二) 电容ESR表的设计、制作、调试

作者 薛国雄 来源 《无线电》杂志
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发布时间 2011-01-11

3 设计构思及最终完成的电路

一、方案选择

在设计制作之前,最重要的决定是动手的方向。几经考虑和权衡,笔者决定采用指针式ESR表的方案。原因有三:

一是指针式ESR表的测量更便捷。指针表长于定性测量,数字表长于定量测量,这已是很多电子爱好者的共识。如果不需要确切的测量数值,使用指针表更为方便。当我们使用ESR表测量一只电容时,这只电容“正确”的ESR值往往是未知的,需要做的工作是,判断此值是否落在一个合理的区间内。因为有刻度的辅助,指针表的指示更直观。根据笔者多年既使用指针式万用表,又使用数字式万用表的经验,对于这样的模糊判断,指针表明显更快、更省事(前提是你需习惯指针表的使用)。只要看一眼指针摆动的大致情况,即可作出判别,不用像使用数字表那样,需在脑海中进行数字的读入与比较。

二是指针式ESR表的量程更宽。一个挡位就可以覆盖从0~∞的范围。只要适当安排好高分辨率指示区域,就可以满足我们检测电解电容(以及部分非电解电容)的需要。若做成数字表形式,一个挡位就只能覆盖某一个范围。比如,采用万用表专用A/D芯片ICL7106。因其显示数值最大为1999,若安排最小显示 0.01Ω,其最大显示将变为19.99Ω,在某些场合下使用会受到限制,这样就不能用于辅助检测那些容量不大的非电解电容。

三是指针式ESR表的制作难度更低。对于数字式ESR表来说,适用的显示屏难以购买得到,可行的方法是利用现成的数字万用表来改制。但数字万用表体积小,内部空间狭窄,元件不易安排,还需对准显示屏原来安装的位置,给PCB的制作带来较大的困难。对于指针式ESR表来说,则没有这样的限制。因此,在国外电子爱好者的DIY中,数字式ESR表多是以套件形式供应的,个人独立制作大部分采用指针式方案。

此外,另一个促使笔者下决心选定指针表制作方案的重要因素是,刚好手头有一块闲置多年的MF500指针式万用表。这一型号的指针表曾经在国内风靡,成为一代经典。笔者这块MF500表是现代版本,受生产成本限制,这类表难免有大家所称的“缩水”现象,用料、制作相对来说要差于以前的老表。例如,采用了 PCB开关,不再使用可靠性更高的波段开关;AC/DC校准用的原绕线微调电阻,改为小型非密封式碳膜微调电阻;不再采用搭栅工艺等。因为其质量不理想,加上笔者不习惯其双开关的切换方式,所以闲置了下来。但笔者发现,对于电容ESR表的制作来说,即使这种被人诟病的现代版本,原型指针表大部分的优秀特性仍得以保留:一是表盘刻度宽,分辨率高。二是刻度中心阻值较小(10Ω),有利于显示小于1Ω的测量值。三是外壳耐磨耐看,历久弥新。四是设有电池仓,拆换电池方便。五是整机密封性好,隔绝了外界的粉尘和潮气,增强可靠性。当然,原有的方面也保留了一些,包括笨重和体积偏大。但在家中使用,这些问题并不突出。原来的双开关切换而造成使用不便的问题,却是不再存在。

后来的制作证实,对笔者这样的电子爱好者来说,采用现成的指针表来改装,是一项明智之举。一方面,可以大大简化制作。对于通常的制作,机壳、结构件等问题常常令人头疼,在备料环节以及制作时间中所占的比例经常逾50%。现在,机壳问题顺利得以解决,无需专门去绘制刻度,也不需为如何购买和怎样安排表头、表笔插座以及调零旋钮等而烦恼,因为这一切都是现成的。只要完成了电路板的装制调试,就已完成了整机工作量的90%。另一方面,整机外观的完成度很高。对于一件几经辛苦才制作出来的东西,如果没有良好的外观,制作者总是难免会有心头之憾。采用改装方法后,制作出来的电容ESR表外观上与原表相差无几,几乎没有改动,很是像模像样。虽然缺乏个性和创意,但完成度却得到了充分的保证。

二、设计准备

在设计之前,笔者认真阅读了国外电子爱好者详细介绍设计制作的网页和文章,基本掌握ESR表设计的有关要求和电路特点。随着了解的深入,笔者发现很多国外 DIY作品或多或少存在一些明显的缺点,并不合乎笔者的心愿。于是,借鉴他们一些好的方面,再按自己的要求来重新设计制作。

笔者自订的要求是:一是在设计阶段,提前把指针式ESR表的刻度问题解决。若无此项针对性的举措,就需在制作阶段付出这样的劳动:一次测量一个用于校准的电阻,标出此阻值的刻度位置,经多次反复后,才能一点一点地完成所有刻度的标识,然后采用手工描画或电脑制图打印的方法来制作刻度纸,再拆解表头进行粘贴。二是以保证性能为前提,力求电路的设计简单可行。三是所用元器件要具有常见、通用、低价的特点,电路可以变通运用于其他型号指针万用表的改装。这样,既方便其他爱好者参照仿制、分享成果,又可以在电容ESR表出现故障后,免除找寻特殊元器件之苦。四是有关性能参数尽量不作妥协。既要充分满足使用要求,又力求优于一般的国外同类DIY作品。

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