Elko-Prüfgerät

Statt des TL7660 müsste der ICL7660 passen, der ist noch erhältlich, hat aktuell aber stolze Preise als DIL. Ansonsten: konventionelle Doppespannungsversorgung wie von Michael vorgeschlagen.

Nach der Diskussion hier im Forum war ich mit meinem Elkoprüfer (Ludens-Nachbau) nicht mehr so ganz zufrieden. Ich habe dann auf Breadboardbasis sowohl die Schaltung von Larry Coyle als auch einen anderen Bauvorschlag, den ich mir vor Jahren mal auf dem Rechner abgespeichert hatte, aufgebaut. Der Link dazu ist tot, vermutlich weil es sich um ein nur geringfügig verändertes Schaltschema des ELV-Gerätes "ESR 1" handelte, die das Urheberrecht verletzt. Deshalb werde ich die Schaltung hier ebenfalls nicht posten, nur den Link zur Beschreibung des ELV-Gerätes.

Der Bauvorschlag von Larry Coyle leidet an einer starken Nichtlinearität im Bereich bis 1 Ohm. Die bleibt leider auch erhalten, wenn man einen Bereich bis 5 Ohm vorsieht und ist in der Schaltung des Gleichrichters begründet. Deshalb entschied ich mich, das ELV-Gerät nachzubauen, das von allen drei hier erwähnten Varianten für eine simple 2-Draht-Messung noch am zuverlässigsten arbeitet. Zur Arbeitsweise des ESR 1:

Das Gerät nutzt als AD-Wandler den bekannten ICL7106. An den zu prüfenden Elko wird eine Wechselspannung von 60 - 70 kHz angelegt, die Amplitude beträgt im Leerlauf ca. 250 mV. Diese wird mithilfe eines 555-Counters auf CMOS-Basis über passive Filterung auf die Grundfrequenz erzeugt. Wird ein Elko an die Prüfpunke angeschlossen, stellt dieser für diese Wechselspannung eine Verbindung nach Masse her und je nach Größe des Scheinwiderstandes bleibt eine mehr oder weniger große Amplitude übrig. Diese wird mittels eines 4-Fach-OPVs TLC274 über mehrere Stufen wieder verstärkt, aktiv gleichgerichtet und zur Anzeige über den AD-Wandler gebracht. Außerdem gibt es im Original noch eine Batteriewächterfunktion und eine Abschaltautomatik. Ganz genau steht alles in der online verfügbaren Anleitung von ELV:

files2.elv.com/public/04/0477/…nternet/52699_esr1_um.pdf


Wenn man auf den Batteriebetrieb verzichtet, kann man die Schaltung auf die drei wesentlichen Teile beschränken und wesentlich vereinfachen:
-Signalgenerator
-Aufbereitung und Gleichrichtung des Meßsignals
-Anzeige

Außerdem bietet es sich an, statt der LCD-Version des AD-Wandlers die 7-Segment-LED-Version ICL7107 zu nutzen. Bei eBay sind Bausätze erhältlich, die das IC, die Platine und sämtliche benötigten Bauteile für den Betrieb als V-Meter beinhalten. Allerdings unterscheidet sich die Schaltung leicht von der, die für die ESR-Messung angewendet wird. Das betrifft vor allem die Referenzspannungserzeugung und den U_in_Low-Eingang des ICs. Man muss also die mitgelieferte Platine dahingehend modifizieren.

Für den Rest (Spannungsstabilisierung, Oszillator, Meßschaltung) habe ich mir eine kleine separate Platine angefertigt. Die beiden Einheiten habe ich provisorisch in einer kleinen Pappschachtel untergebracht. Das ist immerhin besser als gar kein Gehäuse. Auch die Meßschnüre, einfache Litzenleitungen mit 0,25 mm2 Querschnitt sind ein Provisorium. Ich möchte mir demnächst ein regelbares Labornetzgerät für symmetrische Spannungsversorgung aufbauen, da soll die ESR-Meßschaltung dann gleich mit rein.
Der Abgleich ist einfach und kann mit einem ausgemessenen Widerstand von 10 bis 18 Ohm durchgeführt werden. Mit dem Poti, dessen Mittenabgriff auf den REF_+-Eingang des ICL7107 führt, wird auf den korrekten Anzeigewert eingestellt. Danach muss man mit dem anderen Poti bei kurzgeschlossenen Meßschnüren auf Null abgleichen. Das Ganze sollte man wechselseitig wiederholen, bis man nur noch Abweichungen von wenigen hundertstel Ohm angezeigt bekommt. Für die Potis machen sich welche mit Feintrieb gut.




Aufbau, Messschnüre kurzgeschlossen und Anzeige auf Null abgeglichen




Bilder von der Kalibrierung mit (hauptsächlich) ohmschen Widerständen




Messergebnisse mit 1 µF MLCC-Kondensator und 47 µF Elko

Die Messfrequenz liegt bei meinem Exemplar bei 68 kHz. Ein 1 µF-Kondensator besitzt da einen kapazitiven Blindwiderstand von 2,34 Ohm. Die Anzeige von 2,21 Ohm ist also etwas niedriger als erwartet. liegt aber innerhalb mit ca. 5% Abweichung in der erwarteten Toleranz.

Ein Elko mit 47 µF ergab 0,73 Ohm Scheinwiderstand. Dessen kapazitiver Blindwiderstand bemisst sich bei Messfrequenz zu 0,05 Ohm. Damit dominiert der ESR dessen Scheinwiderstand:

Z = Wurzel(Resr^2 + X^2) --> Resr = Wurzel(Z^2 - X^2)
Resr = Wurzel(0,73^2 - 0,05^2)= 0,728 Ohm


Als Faustregel: Sobald der angezeigte Scheinwiderstand mindestens beim Dreifachen des kapazitiven Blindwiderstandes der Kondensatorgröße liegt, dominiert der ESR das Geschehen. Darunter sollte man mal quadratisch rückrechnen.

Der ermittelte Wert ist für einen 47 µF-Elko durchaus akzeptabel. Der stammt aus einem Sylvania-Receiver, hergestellt Mitte bis Ende der 70er Jahre.

Noch ein Wort zu den verwendeten ICs. Beim Zählerschaltkreis sollte man zu einer CMOS-Version greifen. Bipolar aufgebaute (NE555 u.ä.) weichen bei gleichen Peripheriewerten in der Frequenz ab. Auch der OPV sollte nicht gegen Universaltypen wie den TL064 oder TL084 ausgetauscht werden, da die Betriebsspannung nur einseitig und relativ gering ist.


Viele Grüße,
Christian

Danke, Reinhard. Blau war schon als Kind meine Lieblingsfarbe. Und das sage ich jetzt komplett ohne Hintergedanken.