Как выбрать RLC измеритель

Как выбрать и как пользоваться транзистор тестером ESR метром - подробное руководство от Суперайс

На практике часто нужно определить тип или параметры резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. Радиодетали несовершенны, как всё в нашем мире, зачастую из-за отсутствия или повреждения маркировки, износа или старения радиокомпонентов, определение номинала становится сложной задачей.

Чтобы определить сопротивление, емкость или индуктивность применяют измерители RLC, ESR. В статье разберем на примерах как провести замеры и подскажем, как выбрать оптимальное техническое решение для ваших прикладных задач.

Время чтения: 20 минут
Автор статьи — Андрей Кириченко

Что такое измеритель импеданса и тестер полупроводников

Так уж сложилось, что чаще всего радиолюбители пользуются тремя основными приборами — вольтметром, амперметром, омметром, но иногда возникают ситуации, когда для работы необходим более сложный, редкий прибор — измеритель RLC иммитанса или LCR-метр.

При этом конечно подобные измерительные устройства также бывают как профессиональные, так и «любительские», но для начала о том, что это вообще такое.

Как уже следует из названия, прибор позволяет измерять три основных величины:

      L — Индуктивность;
      C — Ёмкость;
      R — Сопротивление;
Важное в статье:

Конечно емкость и сопротивление могут замерять большинство современных мультиметров, но LCR-метры это делают обычно точнее, в большем диапазоне. Также RLC метры позволяют проводить дополнительные измерения, например добротности, коэффициента потерь, ESR (эквивалентного последовательного сопротивления, сокращенно ЭПС) и делать это на разных частотах.

Подобный функционал необходим там, где уже не хватает обычных мультиметров, например при диагностике неисправностей импульсных блоков питания, преобразователей напряжения, радиочастотных цепей.

Типовые примеры использования LCR-метра и транзистор тестера для проверки радиодеталей

Резисторы – самый распространенный вид радиокомпонентов

Проволочные резисторы различной номинальной мощности и размеров
Проволочные резисторы отличающиеся по номинальной мощности

Если с распространенными номиналами проблем не возникает, то измерение низкоомных резисторов может добавить сложностей. Обычный мультиметр часто может измерить нормально сопротивление порядка 1-2 Ома и выше, если ниже, то начинает сильно влиять сопротивление проводов, щупов и низкое разрешение. Даже довольно точный UNI-T UT61E имеет дискретность измерения в таком режиме всего 10 мОм, при том что даже у недорого LCR-метра минимальная дискрета 0,1 мОм.

Цифровой мультиметр UNI-T UT61E

высокой точности с возможностью подключения к ПК для снятия логов

Соответственно если при помощи мультиметра можно относительно точно измерить резисторы с сопротивлением от 0,05-0,1 Ома, то при измерении 10 мОм он фактически ничего уже измерять не будет, для сравнения ниже измерение двух резисторов номиналом 1 и 2,2 мОм.

Сравнения измерение двух резисторов номиналом 1, 2,2 мОм RLC измерителем, мультиметром
Разница между показаниями мультиметра и RLC-тестера при измерение низкоомных резисторов

Часто измерение малых сопротивлений необходимо при проверке, подборе или изготовлении токоизмерительных шунтов. Альтернативный вариант измерения по падению напряжения, но необходим регулируемый блок питания, амперметр, вольтметр.

Токовый шунт один из видов низкоомных резисторов
Токовый шунт представляет собой резистор с малым сопротивлением, то есть, низкоомный резистор

Возможность измерения малых сопротивлений также полезна для выявления таких проблем как неправильная маркировка, особенно низкоомных резисторов.

Слева резистор промаркированный как 0,1 Ома, справа как 0,22 Ома, но реально у них почти одно и то же сопротивление. Такие ошибки могут стоить иногда очень дорого.

Обнаружение неправильной маркировки резисторов с помощью тестера
Перед тем как установить или впаять резистор в схему, проверьте его сопротивление. Убедитесь в том, что номинальное и фактическое значения сопротивления резистора совпадают

Транзисторы

Измерение малых сопротивлений поможет в оценке оригинальности полевых транзисторов. Сейчас на рынок все чаще поступают поддельные, перемаркированные транзисторы. Хотя простое измерение сопротивления в открытом состоянии не дает полной информации, оно позволяет быстро понять что перед вами.

Для теста кроме измерителя надо иметь только батарейку на 9 вольт. Зачастую данные в даташитах приводятся к напряжению на затворе в 10 вольт, но в данном случае это не существенно. Кроме того корректно измерять сопротивление сток-исток под током, обычно он указан в документации, но это требует наличия как минимум лабораторного блока питания.

Чтобы проверить транзистор: подключаем тестовые щупы к выводам сток и исток (обычно средний и правый), подаем 9 вольт на крайние выводы. Постоянно подавать напряжение не требуется, достаточно зарядить затворную емкость, но надо быть внимательным, не подключите случайно батарейку к щупам тестера. Можно даже сначала «зарядить» транзистор, а только потом подключить щупы.

Как проверить полевой транзистор тестером на примере.
Проверка полевого MOSFET транзистора тестером

Конденсаторы

Конденсаторы используются немного реже, но имеют свои особенности. Например в отличие от резисторов они гораздо больше подвержены старению, особенно если речь идет об электролитических конденсаторах установленных в импульсных блоках питания, преобразователях материнских плат, т.п.

Виды конденсаторов, маркировка, их параметры
Пленочные, керамические, электролитические конденсаторы

Особое значение имеет ESR конденсаторов. Когда конденсатор высыхает почти не теряя при этом емкость, у него значительно увеличивается внутреннее сопротивление.

Обычным мультиметром такое не диагностируется, можно менять всё подряд, но это не всегда удобно, часто сложно или дорого. Кроме того часто RLC измерители позволяет проводить измерения без выпаивания компонента, хотя, конечно это зависит от схемы включения.

  1. Большинство мультиметров измеряет конденсатор как идеальный, т.е. без учета его особенностей, иногда этого достаточно, иногда нет.
  2. Более сложные приборы умеют отделять конденсатор от его внутреннего сопротивления, а также измерять эти параметры отдельно.
  3. Эквивалентная схема конденсатора выглядит гораздо сложнее — все эти параметрыможно измерить, но это совсем другой класс приборов, который обычно не требуется обычным радиолюбителям.
Конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками.
Серия-эквивалентная схема, где R – электрическое сопротивление изоляции конденсатора, отвечающее за ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление; L – эквивалентная последовательная индуктивность; С – ёмкость конденсатора

Для примера сравнение двух конденсаторов, дешевого китайского и фирменного. Хоть точный, но обычный мультиметр считает их почти одинаковыми, показывая только небольшую разницу в емкости. Но если подключить конденсаторы к LCR-метру, то видно что отличие во внутреннем сопротивлении у них почти в 5 раз! Если планируете применять конденсаторы в импульсных блоках питания, то именно эта разница в сопротивлении скажется на нагреве, а соответственно и на сроке службы, характеристиках блока питания. Конденсаторы с большим внутренним сопротивлением не могут эффективно гасить выбросы.

Как проверить емкость электролитов, ЭПС тестером радиодеталей
Измерение емкости и ESR электролитических конденсаторов

Дроссели и катушки индуктивности

Дроссели, трансформаторы и вообще моточные узлы, в отличие от конденсаторов и резисторов проверяются еще сложнее, и редко какой мультиметр вообще способен измерять индуктивность.

 Типы катушек индуктивности: вариометры, ферритовые магнитопроводы, с ферритовым и ферромагнитным сердечником, дроссели
Главная характеристика дросселя – индуктивность, т.е. коэффициент, определяющий зависимость скорости изменения электрического тока от напряжения на катушке

Измеритель иммитанса облегчает производство моточных узлов, а также поиск межвиткового КЗ. Путем сравнения с исправным компонентом или известным значением можно понять, что трансформатор или дроссель неисправен, так как у него сильно изменится индуктивность.

Межвитковое КЗ - повреждение изоляции образующее контур, сцепленный с основным магнитным потоком
Электрическая проверка катушек индуктивности включает обнаружение короткозамкнутых витков (межвиткового замыкания обмотки). Если в исследуемой обмотке имеется межвитковое замыкание – ее индуктивность резко снизится.

Вообще для поиска короткозамкнутых витков существуют индикаторы, но измеритель иммитанса также определит эту проблему. Например слева исправный трансформатор, справа он же, но с одним накоротко замкнутым витком. Видно, что индуктивность обмотки стала существенно меньше, также виток повлиял и на результат измерения активного сопротивления обмотки.

Как вычислить индуктивность катушки от числа витков
Сравнение индуктивности исправного трансформатора и трансформатора с короткозамкнутым витком

Как итог, несколько рекомендаций перед выбором RLC измерителя:

  1. Определите круг ваших задач, изучите технические возможности, параметры основных доступных измерителей.
  2. Решите, какую сумму вы готовы потратить на покупку прибора.
  3. Если необходимо измерять малые значения емкости или индуктивности, проверьте, есть ли в выбранных приборах функция выбора частоты, на которой проводится измерение. Чем на большей частоте RLC тестер допускает работу, тем лучше.

Обзор особенностей, основных технических характеристик и возможностей измерителей LCR-параметров

Сравним несколько измерителей разной цены, оценим их преимущества, недостатки.

Транзистор тестер Маркуса с AVR микроконтроллером

Для начала конечно знаменитый транзистор тестер Маркуса. Он существует в различных вариантах: в корпусе и без, со встроенным частотомером, с проверкой стабилитронов, самодельный или фабричный. Иногда его ошибочно называют ESR-метром – это не совсем корректно, так как изначально это именно тестер транзисторов, а замер ESR – только одна из его функций, которая была добавлена значительно позже.

Кроме того, устройство имеет очень большое комьюнити на известном сайте vrtp.ru, где можно узнать как прошить транзистор тестер.

Транзистор тестер TC1
Транзистор тестер LCR-T4
Tester Markus Reschke Ttester Karl-Heinz Kübbeler
Популярные транзистор тестеры EZM Electronics MK-168 и M8

Пожалуй, для новичка – это действительно выход: такой тестер умеет измерять очень много различных компонентов. Особенно удобно проверять транзисторы, например облегчить такую задачу как найти базу эмиттер коллектор транзистора. Он также вполне нормально проверяет конденсаторы с резисторами.

GM328
Тестирование компонентов на GM328

Но более важно то, что этот тестер умеет измерять емкость и индуктивность, причем проводить комплексное измерение. То есть, например, у дросселя показать не только индуктивность, а активное сопротивление обмотки, также у конденсаторов, не только емкость, но и внутреннее сопротивление.

Есть конечно недостатки, из-за простой схемотехники и двухпроводного подключения компонента ему сложно работать с малыми сопротивлениями.

Тестирование дросселей и конденсатор на GM328 чтобы отсеять плохие детали от хороших
Тестирование компонентов на GM328 - продолжение

LC метры

Следующим шагом идут устройства на шаг выше – LCR-метры. Они не умеют проверять параметры транзисторов, но индуктивность или малое сопротивление измерят лучше чем универсальный тестер. Типичный представитель — LC100-A компании Juntek.

В отличие от предыдущего прибора прошивка ESR тестера закрыта, потому возможность обновления отсутствует.

LC метр LC100-A с щупами для смд
LC метр, измеритель индуктивности и электрической ёмкости LC100-A

У таких измерителей, остался недостаток универсального прибора — двухпроводное подключение. Поэтому на результат измерений может сильно влиять качество контакта с компонентом и длина проводов. Калибровка ESR тестера, конечно решает проблему длины проводов, но лучше использовать провода минимальной длины и большого сечения.

LCR+ESR метры

Для более опытных есть прибор, который относят если не к профессиональным, то уж точно близким к ним — это XJW01. Кроме стандартных замеров, он позволяет проводить комплексные, а также измерять добротность, диэлектрические потери. Тестер имеет четырехпроводное подключение.

XJW01 позволяет проводить измерения на трех частотах: 100 Гц, 1 и 7.8кГц. Продается XJW01 в виде конструктора для сборки, или собранным устройством.

Измеритель добротности своими руками Q-метр
Q-метр XJW01 для измерения добротности, коэффициента потерь

Тестер может работать как в автоматическом режиме выбора измеряемой величины, так и в ручном. Лучше использовать с ручным режимом, так как автоматика иногда неверно определяет тип компонента.

xjw01 lcr meter
XJW01 используется для тестирования любых пассивных компонентов

Наличие четырехпроводного подключения сразу ставит XJW01 на голову выше многих других любительских приборов: такое подключение позволяет разделить цепи генератора тока и измерительной части, за счет чего длина проводов и сопротивление контакта перестает влиять на результаты замеров.

Такой тип подключения применяется в профессиональных приборах: даже там где компонент подключается прямо в клеммы прибора, также используется специальная контактная группа, состоящая из четырех контактов.

измерители импеданса прецизионные
Измерители параметров иммитанса радиокомпонентов компании HIOKI

Для подключения радиодеталей используются зажимы, пинцеты или выносные контактные группы, а так как они также используют разъемы BNC для подключения, то даже фирменные устройства совместимы с показанным выше XJW01.

Контактные насадки, тестовое приспособления с прямым соединением и разъемами BNC
Тестовое приспособление и 4-х проводной тестовый пробник

Фактически все то же самое есть у фирменных, но относительно бюджетных LCR-метров от фирм UNI-T и Hantek. Они также имеют четырехпроводное подключение, измерение емкости, индуктивности и сопротивления включая ESR и комплексные измерения.

Особенно выделяется новая модель измерителя Hantek 1832C, с которой можно проводить измерения на семи вариантах частоты с верхним пределом в 40 кГц. Базовая погрешность до 0,3%, есть автоматический режим измерения, режимы комплексных измерений.

В этой серии есть старшая модель – Hantek 1833C, отличающаяся расширенным диапазоном частот, но имеющая большую цену.

Hantek 1832C имеет большой экран, на который выводится одновременно все результаты тестирования. Подключение тестируемого компонента двух и четырех проводное (трех и пяти с учетом защитного контакта).

Размах тестового сигнала составляет 0,6 вольта, из-за чего можно проводить замеры многих пассивных радиокомпонентов без выпаивания из платы.

Заявленные диапазоны измеряемых параметров:

  • Индуктивность – до 20 Гн;
  • Ёмкость – до 20000 мкФ;
  • Сопротивление – до 20 Мом;
измерители импеданса прецизионные
Портативный RLC-метр Hantek 1832C с передовыми характеристиками современного прибора, позволяет производить измерения параметров компонентов максимально точно, быстро и удобно

При этом часто современные устройства могут измерять на частотах до 100 кГц (например Hantek 1833C), что позволяет тестировать компоненты на более высоком уровне. Особенно это помогает при отборе конденсаторов для работы в импульсных блоках питания, частота работы которых находится на сопоставимом значении.

Но нужно быть внимательным: у многих измерителей LCR часто декларируется диапазон частот до 100 кГц. Однако если внимательно прочитать инструкцию, то станет ясно, что в режиме измерения на такой частоте максимальная измеряемая емкость существенно ниже.

измерители импеданса прецизионные
Для примера инструкция от CEM DT9935, на частоте 10 кГц он может измерять до 200 мкФ, а на 100 кГц всего до 2 мкФ

Сравнение и рейтинг измерителей импеданса: лучшие измерители RLC 2020 года — основные достоинства и недостатки

Чтобы выбрать оптимальный с точки зрения мастера по ремонту формат или тип прибора для измерения ESR проведем сравнение 3-х основных категорий:

Лучшие LCR-метры профессионального уровня

Цифровой измеритель LCR Hantek 1832C
Основные плюсы: точность измерения, частота до 40 кГц, прибор уже готов к использованию.
Минусы: цена

Высокоточный RLC метр XJW01
Основные плюсы: точность измерения, измерение индуктивности до 1000 Гн, цена.
Минусы: только три тестовые частоты с максимальной в 7,8 кГц, упрощенная индикация, необходимость доработки для автономного питания.
Лучший LCR-метр среднего класса
Измеритель LC100-A с щупами для SMD
Основные плюсы: простая конструкция, компактность, большой диапазон измерения, низкая цена.
Минусы: невысокая точность измерения, двухпроводная схема подключения компонента.
Лучшие бюджетные транзистор тестеры базового уровня
Тестер компонентов LCR-T4
Основные плюсы: очень высокая функциональность, кроме измерения LCR можно тестировать транзисторы, диоды, тиристоры и пр., возможность обновления прошивки, цена.
Минусы: не очень высокая точность измерение малых сопротивлений и ESR, двухпроводное подключение компонента, измерение на низкой частоте, невозможность измерения без выпаивания компонента.

Многофункциональный тестер элементов GM328 ESR

Дальше идут уже приборы профессионального класса, которые обычному пользователю будут слишком дороги. Большей частью они похожи на те, что показаны выше. Часто применяется тот же принцип измерения, но элементная база, функциональные возможности, подключение к компьютеру и, особенно, возможность поверки — относят их к совсем другому классу. Конечно они выходят за рамки этой статьи, но и совсем забыть про них было бы некорректным. Например на фото LCR-метр Rohde & Schwarz HM8118, заявленная погрешность 0,05-0,5% (в сравнении, у XJW01 заявляется 0,3-0,5%), цена около $3000.

Из особенностей — измерение на частотах до 200 кГц, до 12 измерений в секунду, напряжение смещения внешнего конденсатора до 40 В.

R&S LCR-метр HM8118
LCR-метр HM8118 — измеритель лабораторного типа с погрешностью не более 0,5%

Резюмируя все вышесказанное подчеркнем, что для начинающего радиолюбителя более чем достаточно обычного транзистор тестера, который перекроет 90% его задач. Опытным скорее всего потребуется измеритель посложнее, и здесь можно смотреть либо на готовые приборы от брендов среднего уровня, либо на конструкторы типа XJW01.

Тем, кто работает в организациях на которые распространяется сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений, будут нужны приборы, числящиеся в госреестре, к которым можно заказать метрологическую поверку. Это также отличие профессиональных приборов от любительских, хотя и качественных.


Количество показов: 7977
01.04.2020

Возврат к списку