Medidor de ESR (ESR Meter)

Dentro de los parámetros fundamentales que debemos considerar al momento de ensayar o seleccionar un capacitor electrolítico es el valor de su Resistencia Serie Equivalente (ESR). En el mundo de las reparaciones, una enorme cantidad de fallas presentes en los equipos electrónicos son generadas por los capacitores electrolíticos y la pérdida de su apropiada ESR. Nos podemos encontrar con capacitores que poseen un valor muy bueno (o aproximado al nominal) de su capacidad  y sin embargo son los causantes de miles de problemas e inconvenientes por haber perdido su ESR. El instrumento que hoy veremos será, sin duda alguna, el compañero ideal del Capacímetro NeoTeo en tu banco de trabajo. No te pierdas el instrumento más valioso que poseen hoy los mejores diseñadores y servicios técnicos.

Como te mencionamos en el sumario, uno de los principales motivos de fallas en los equipos actuales es la degradación de los capacitores electrolíticos que intervienen en las distintas etapas que componen el dispositivo. Retirar todos los electrolíticos sospechosos de un equipo, para realizarles los ensayos correspondientes, nos llevará a escenarios muy complejos. Los capacitores que pierden su ESR pueden conservar el valor de capacidad (en uF) y con un capacímetro convencional caeríamos en el engaño de creer que todo está bien cuando en realidad, muchos capacitores estarán en mal estado. Por otro lado, la incomodidad y la pérdida de tiempo desalientan a cualquiera en este emprendimiento. Además, la posibilidad de un error al reinstalar los capacitores en buen estado siempre existe y un capacitor electrolítico polarizado de manera  inversa provoca explosiones nada agradables que pueden desembocar en peores problemas, respecto a los iniciales. El medidor de ESR que te mostramos hoy permite controlar los capacitores electrolíticos sin desconectarlos del circuito. Es decir, el trabajo pasa a ser mucho más ágil y si le agregamos la efectividad que obtendremos, se transformará en la mejor manera de trabajar.

La teoría nos indica que un capacitor real difiere bastante de un modelo ideal donde sólo existe un valor de capacidad. Como te mostramos en la imagen anterior, un capacitor real está compuesto por inductancias y resistencias propias de los materiales y el tipo de construcción que poseen estos dispositivos. En un aspecto elemental, la práctica nunca se contradice con la teoría y es en la existencia de un dieléctrico que separa las “placas” que forman el capacitor. El calor es uno de los factores fundamentales que deterioran el dieléctrico de un capacitor. Además, por pequeños que sean los valores de EPR y ESR son valores que nunca son iguales a cero. Por este motivo siempre, al circular corriente por un capacitor, existirá una disipación de potencia en forma de calor. Cuanto mayor sea el rizado al que esté expuesto un capacitor y mayores sean las resistencias serie y paralelo, mayor será la temperatura que alcance. Este fenómeno provocará una degradación paulatina del dieléctrico que llevará a una elevación gradual de las componentes resistivas. Esta espiral destructiva provoca con el tiempo fallas, a veces insólitas, que no siempre son fáciles de resolver. El medidor de ESR (ESR Meter) es el instrumento que ayuda a resolver estos problemas de manera muy sencilla y eficaz.

Por lo mencionado antes, la lógica nos indicará que al momento de diseñar un circuito donde intervengan capacitores electrolíticos tendremos que tener especial atención en la función que cumplirán y de acuerdo a esto, evaluar la calidad de estos elementos para evitar dolores de cabeza durante la vida útil del equipo. Por supuesto, mis amigos los asiáticos siempre han preferido utilizar los componentes más baratos y gracias a ello, los equipos fallan de manera alarmante antes del año de uso. Y no hablamos de equipos baratos o descartables. Desde cámaras filmadoras de vídeo hasta los mejores TV LCD de alta definición poseen este fantasma que ronda por sobre su vida útil. La calidad de los capacitores electrolíticos.

El circuito que realizaremos hoy será sin duda alguna el compañero ideal del Capacímetro NeoTeo, que muchos de ustedes ya han construido. Del mismo modo, con un montaje muy sencillo y sin demasiados inconvenientes podrás construir este instrumento que quizás conocías y no podías comprar. Ahora, con componentes muy fáciles de conseguir y muy económicos, esta herramienta puede ser realidad en apenas una tarde de trabajo, con un TL084 y pocos componentes discretos a su alrededor. Pero antes de pasar al armado vale aclarar algunos puntos importantes de los capacitores electrolíticos que observaremos y debemos considerar para aprender a definir su calidad. Algunos de estos conceptos son los siguientes:

• El instrumento que hoy construiremos será útil para capacitores de valores desde 0,47uF en adelante. De todos modos, capacitores de 100nF (0,1uF) se pueden ensayar sin problema alguno.

• La ESR disminuye al aumentar la capacidad. Es decir, para 1uF tendremos una ESR más alta que para 470uF

• La tensión de aislación provoca un incremento en la ESR de un capacitor. Es decir, uno de 100uF X 400Volts tendrá mayor ESR que uno de 100uF X 50Volts.

• El instrumento de construiremos tiene la posibilidad de discernir entre capacitores en buen estado y resistencias de poco valor. Esto es, podrá darse cuenta si la deflexión total de la aguja del instrumento se debe a un capacitor en excelente estado o a uno en cortocircuito.

Con estos cuatro elementos tenemos que aprender a convivir, al momento de ensayar capacitores electrolíticos y a tenerlos siempre presentes en nuestra mente para saber que un capacitor está bueno, a pesar de indicar una medición dudosa. Es decir, 1uF X 50Volts siempre provocará una menor deflexión de la aguja del instrumento si lo comparamos con uno de 100uF X 50Volts. Esta recomendación es fundamental para agilizar el trabajo y resolver de manera eficaz las fallas más difíciles que pueda presentar un equipo. Existen tablas con los valores óhmicos correctos que debes obtener en cada medición, pero de nada sirve saber si la ESR indica 0,032Ohm o 0,056Ohm. Ambos capacitores podrán ser considerados en buen estado. En Google podrás encontrar las tablas mencionadas si así lo deseas, pero al cabo de un cierto tiempo de práctica y uso, la experiencia será tu aliada incondicional.

El funcionamiento del circuito gira en torno a un cuádruple operacional TL084 y según el instrumento que utilices para indicar el valor de ESR (nosotros usamos un viejo VU-meter a aguja) necesitarás alimentar el circuito con 9Volts o con 12Volts. Cualquiera de las dos tensiones, serán muy sencillas de encontrar en las baterías que utilizamos a diario en nuestros desarrollos por lo que consideramos que eso no será un inconveniente para ti. Luego, dentro del circuito, una de las secciones del TL084 se utiliza para generar la tierra virtual que usará el instrumento. Es decir, al alimentarlo con 12Volts, consideraremos una fuente partida de +6Volts, 0 (o GND)  y – 6Volts. En la segunda sección del IC encontramos el oscilador de 100Khz. Este oscilador se encarga de generar la tensión alterna que haremos circular por el interior del capacitor bajo prueba. La tercera sección se encarga de obtener los cambios experimentados en el puente balanceado de entrada y amplificarlos. Por último la cuarta sección se utiliza para generar la energía que sea necesaria para la deflexión de la aguja del instrumento.

Profundizando un poco más en el funcionamiento podemos ver un par de diodos 1N4007 a la entrada de conexión que sirven para proteger el instrumento ante cargas residuales que puedan existir en los capacitores ensayados. Este es un aspecto que debes tener en cuenta ya que puedes destruir todo si conectas un capacitor con elevada carga al instrumento. Procura descargar siempre los capacitores antes de efectuar una medición. Asegúrate este punto para garantizar la vida útil de este equipo. Si bien los diodos ayudarán a evitar graves daños, si puedes anular cualquier posibilidad de daños, será mucho mejor. Siguiendo en este sector del circuito, las resistencias empleadas deberán ser de tolerancias bajas, preferentemente del 1%. En nuestro caso, utilizamos resistencias comunes seleccionadas todas al mismo valor aparente dentro de un lote de más de 50 resistencias. Es por este motivo que el circuito funciona de manera apropiada. De lo contrario, podrías obtener valores incorrectos de ESR que te harían suponer que un capacitor está bueno cuando en realidad está defectuoso o viceversa.

La parte interesante del circuito se encuentra asociada al pin 7 del TL084. Allí se puede separar la componente continua y la resultante de la medición. El capacitor (C2) de 100nF que comunica a la cuarta sección del IC se encargará de llevar todo lo que sea componente alterna de la señal y luego se mostrará ese valor en el instrumento. Si en el pin 7 se observan valores de corriente continua producidos por “puentear” la rama de medición a GND, el transistor T1 se activará y provocará el encendido del LED rojo. Ten cuidado en este punto. No provoques demasiados cambios en esta parte del circuito ya que una elevada corriente de LED (al ajustar el instrumento) provocará un consumo excesivo de energía y el ajuste a cero quedará mal ubicado respecto a un capacitor en buen estado. Es decir, al puentear las puntas de medición, obtendrás una marcación menor (por la energía que consume el LED) respecto a cuando ensayes un electrolítico en buen estado.

El resto de la construcción no merece mayores explicaciones y tú sabrás adaptar el montaje de acuerdo a tus posibilidades de gabinete o acordes a tus necesidades. Quizás quieras montarlo y acoplarlo al Capacímetro NeoTeo para tener en un mismo gabinete ambos instrumentos. Lo importante es que comprendas que este instrumento posee una importancia superlativa para conocer a fondo el funcionamiento apropiado de un capacitor electrolítico.