单电源单运放的指针ESR表外挂模块！有原理图，欢迎探讨！

hotdll

        前段时间试制7106/7107数字表头的ESR表成功，不过拿现成的数字表改太可惜了，有朋友想用指针表改，但是用现成的指针表太可惜了，于是萌发了制作一个指针表的外挂模块来实现ESR的测量。我思考了下，大概要满足以下要求：
        1、表笔开路的时候，指针表基本上不动。
        2、表笔短路的时候，指针恰好打到电阻档的0位置。
        3、用阻值表盘读取ESR值。
        4、用0.25/0.5（mA/mV)档作为外挂测量。
        5、模块用香蕉头固定在PCB板上插在万用表的红黑表笔香蕉座处，万用表表笔插PCB板上固定的香蕉座。
        6、3V-5V单电源供电，只用1个运放，我选择了耳机功放TDA1308，DIP封装的非常适合焊接洞洞板。
        7、非常适合用锂电池，比如聚合物锂电池、手机电池、18650等。配合ETA9635可以实现低成本充电、5V升压稳压、过放保护等管理。
        8、会追加一个按键，切换后，用电流档读电容大小、待更新！

电路图如下：


今天花了点时间弄好一个样品：

十分简单的内部电路：


测试一个老的干枯的电容：


测试一个很老的ESR很大的电容：


测试一个劣质国产电容：


测试尼康高频电解电容：


测试22欧电阻：

备注：原来设计表中值是 12-22欧姆之间的，这个表的中值是5欧，实际结果要*4倍。

说明：
      1、R5使用2K到15K之间的可调电阻。
      2、CX为待测试电容，短路表笔后，调节R5使万用表的指针指向阻值表盘的0位（相当于指针表的电阻档调零）。
      3、R1、R2为负反馈电阻，R4为保护电阻，和CX的复合阻抗构成采样电阻。万用表的测量值为R1/(R4+Rc)*VI。R1和R2的取值为阻值表盘中心值略大5-10Ω，R4为5-10Ω（与差值相等）。调试的时候CX可以用表盘中心值相同的电阻代替。
      4、实际使用，需要在运放8脚和4脚之间接1个100uF左右的退耦电容。      5、实际使用，需要在CX之间增加一个1-2uF的400V隔离电容，CX并联两个1N4007，防止被测电容放电损坏IC。


       运放A构成100KHZ的方波发生器，5V下，输出幅度大概1-1.5V。经过R6和R5衰减电路输出大约120mV-250mV的信号提供给全波精密整流电路。因为用的是直接耦合，所以只需要运放A提供运放偏置电压，减少了电容的使用量，降低了电路的要求。
       运放B构成精密全波整流电路，利用ESR的阻值作为反馈采样电路，使ESR值与输出电压成比例，又因为运放B输入的信号幅度较高，降低了对运放增益带宽积的要求，所以可以使用耳机功放或者NE5532或者单电压运放来制作。
      运放B的输入信号大小取决于指针表的最小电流/电压档位，如果是0.5V的，需要将运放B的最大增益设置为2.




补充内容 (2015-3-24 21:59):
此贴不能编辑了，完善的版本见15楼：https://www.yleee.com.cn/forum.p ... 7&fromuid=24208

补充内容 (2015-3-26 10:29):
扩流版在30楼：https://www.yleee.com.cn/forum.p ... 4&fromuid=24208

雨和11024

用其他运放可否

913158311

等试验结果。

MOWEIWEI

楼主能否把仿真文件发上来看看

hotdll

雨和11024 发表于 2014-2-21 18:27
用其他运放可否

可以使用NE5532，不过必须是进口原装的，国产的假货是没有这么大的驱动电流的。增益带宽积不够。毕竟是100KHZ的带宽，不过好在运放输入的信号源幅度比较高，100-250mV，所以对运放的增益带宽积要求降低了很多。不用去测量几毫伏到十几毫伏的微弱信号。

hotdll

MOWEIWEI 发表于 2014-2-22 01:53
楼主能否把仿真文件发上来看看

指针表外挂ESR模块.zip (100.06 KB, 下载次数: 307)

2014-2-22 16:23 上传

点击文件名下载附件

，因为仿真没有TDA1308，我用5532代替的。

lnc

同步检波才是真有效值，矿坛鬼版的不错，你这个还不能测电池内阻。

hotdll

lnc 发表于 2014-2-22 19:05
同步检波才是真有效值，矿坛鬼版的不错，你这个还不能测电池内阻。

你说的很对，同步检波才是真有效值。不过100KHZ下，容抗非常小。我也是遵循论坛前辈们的叫法，不过至于测电池内阻，这个可以测，只是电池内阻测试有规定的，鬼版的也是100KHZ，测的内阻值也不符合测电池内阻频率规定的。

PS，我的电路会增加一个切换开关，可以用来测被测电容的容量，用万用表电流或电压表盘直读。

MOWEIWEI

虽然不懂多少电路。拿楼主的仿真文件玩了一下。发现离实际电路还有得搞。
第一。就指针表来说。肉眼看上去线性还可以的仿真也就4欧左右。超过线性会差好多。还有4欧量程就是40mv的变化。对于指针来说。也就两cm内的区别。要能搞成在有效量程内摆幅比较大才行。
第二。楼主的运放换了一下电路就要重新调试了。还有如果换成072之类电压变化几欧就只有几个mv了。指针就看不出变化了。
看来实际电路也和仿真类似。固定元件型号。每个要进行一定的调试。运放同型号不同厂家估计都会有些问题。

hotdll

MOWEIWEI 发表于 2014-2-23 01:37
虽然不懂多少电路。拿楼主的仿真文件玩了一下。发现离实际电路还有得搞。
第一。就指针表来说。肉眼看上去 ...

问题1、072之类的运放是不能工作的，与电路无关，与其特性相关。这个电路因为工作在3-5V，所以你选择运放到时候，要满足三个条件：1、低电压能工作，并且能适应低电压单电源模式工作。
2、增益带宽积大于10MHZ的，最少不能少于5MHZ的。挑选的方式很简单，反馈电阻等于采样电阻的时候，短路CX，输入电压和输出电压相等，说明增益带宽积够，因为这个电路输入的信号源幅度100mV以上，所以有些TL062、LM358实际应该也可以工作。
3、驱动电流不能小于20mA,反馈电路构成运放的输出负载，最小只有10-22Ω，，输出100-500mV的电压，反馈电阻上的最大电流约为5-25mA.


问题2、关于线性的问题，实际上取消采样的限制增益的电阻，电路基本上是线性的。之所以增加采样限制增益的电阻，是为了满足指针表的非线性。指针表的表盘是非线性的，低阻值区域宽，高阻值区域密。指针表的灵敏度很高，mV级的信号可以让指针表低阻值偏动数百毫欧的级别，在高阻值区域，mV级的信号可以让指针偏动数十欧到数百欧姆。实际上作为ESR复合阻抗测试仪使用，高于20Ω的电解电容，都可以视为有问题电容，通常都是低于2Ω的。  
       关于改变阻值，输出改变只有mV级别信号的另外一个原因是您更换的IC模型的增益带宽积不够，如果将振荡电路的频率降低到40KHZ以下，就好了。