【每日电路赏析】电容ESR测量电路

电源

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电容正常运作时是毫无问题的，但有时会遇上电源故障或无法正常运转的问题。如果这个问题是噪声，那么有个简单的解决办法，只需加入更多的电容即可。但如果这样也无法解决，究竟是哪出错了呢？

问题的根源就在于我们理所当然地将电容看为了理想设备，但它们并非如此。这些非预期的结果都是因为内部电阻，或者称为等效串联电阻（ESR）。因为其内部构造的材料，电容拥有有限的内部阻值。同样的还有等效电感（ESL）。

不同种类的电容有着不同的ESR范围。比如电解电容一般比陶瓷电容的ESR要高。如今许多应用中，得到电容的等效电阻也成了重要的设计因素之一。本次我们将用555定时器和三极管来测量电容的ESR。

电容ESR测量

ESR测量看起来很简单，施加恒定电流并测量设备的压降可以计算出阻值。

如果我们将恒定电流施加到电容上呢？电压线性增加，最后定值到输入电压，这样的值对计算ESR是毫无用处的。

这时候我们要想一下我们在学校里听到的一句话-“电容隔直流通交流”

简化后我们可以将电容理解为高频下的短路，其容性部分从电路中切断，而剩下的电压则施加在内部电阻上。

这一方法的优势在于如果我们知道信号源内阻时，就不需要了解电流值为多少，因为ESR和信号源内阻组成了分压器，其阻值比例及电压比例，知道其中三个参数就可以知道剩下的一个参数。

我们用示波器来测量输入和电容上的波形。

所需元器件

示波器端
1.555定时器——CMOS和三极管的都可以，但高频的话建议用CMOS。
2.100kΩ电位计——用于调整频率
3.1nF电容——控制时间
4.10uF陶瓷电容——去耦

功率级：
1.BC548 NPN 三极管
2.BC558 PNP 三极管
在选择三极管的时候需要注意——任何高增益的小信号三极管并能承受大电流（50mA以上）都可以
3.560Ω电阻
4.47Ω输出电阻——可以选取10Ω到100Ω范围内的电阻

电路图

ESR测量电路可以被分为两个部分，555定时器和输出级。
1.555定时器
555定时器是一个传统的非稳态多谐振荡器，可以产生几百kHz的方波。这个频率下，近乎所有电容都等同于短路。而100kΩ的电位计可以让我们在电容上得到尽可能低的电压值。

2.功率级
我们可以将电容直接与555定时器相连，但那样的话我们就必须知道精确的输出阻抗。

为了解决这一问题，这里我们采用一个推挽输出级与一个串联电阻。该电阻来提供输出阻抗。以下是这个ESR测量电路的实物图。

电容ESR的计算

从分压器等式我们可以得到以下等式：
ESR = (VCAP • ROUTPUT) / (VOUTPUT – VCAP)

其中ESR为电容内阻，VCAP为电容间的信号电压（于CAP+点测得），ROUTPUT为功率级的输出电阻（47Ω），VOUTPUT为A点测得的输出信号电压。

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