Un RESmètre ou comment mesurer la Résistance Equivalente Série d’un condensateur électrolytique

Le contrôleur que nous vous présentons NE mesure PAS la capacité en μF d’un condensateur électrolytique, mais il contrôle seulement sa RES (en anglais ERS : “Equivalent Serie Resistance”).
Grâce à cette mesure, on peut établir l’efficacité restante d’un condensateur électrolytique ou savoir s’il est à ce point vétuste qu’il vaut mieux le jeter plutôt que de le monter !


Au cours d’une visite chez un fabricant de condensateurs électrolytiques, l’ingénieur responsable du laboratoire nous promit une surprise : quelque chose de très particulier que nous n’avons jamais trouvé dans le commerce. Nous avons aussitôt pensé à un condensateur spécial à sorties dorées ou en titane, mais en fait c’était un simple instrument de mesure conçu et réalisé par lui-même pour contrôler, en labo, l’efficacité des condensateurs électrolytiques.
Le cadeau était assorti d’une autorisation de publication dans votre revue préférée ! L’ingénieur nous a demandé de préciser dans l’article que cet appareil ne sert pas à mesurer la capacité d’un condensateur électrolytique mais seulement sa “Résistance Equivalente Série”.
Rappelons ce que c’est (figure 2) : il s’agit d’une résistance parasite placée, en théorie, en série avec le condensateur.
Sa valeur est déterminée par la gélatine, c’est-à-dire l’électrolyte situé entre les armatures et qui, petit à petit, se dessèche, faisant ainsi augmenter la valeur de la résistance série : plus celle-ci augmente, plus la possibilité du condensateur de remplir normalement sa fonction diminue.
Pourtant, quand on achète un condensateur électrolytique, on ne sait pas depuis combien de temps il attend son maître en magasin ! La date de péremption n’y figure pas : ce n’est pas un yaourt… Nous risquons donc d’acquérir un vieux rossignol dont l’électrolyte desséché présente une forte résistance série.
Dans le tableau 1, nous faisons figurer la valeur moyenne en ohms de la RES de différents condensateurs électrolytiques efficaces.


Note : pour mesurer cette valeur RES, on utilise une onde carrée à 100 kHz.

Mais quel inconvénient y a-t-il à monter dans un circuit un condensateur électrolytique dont la RES est supérieure au maximum admissible ? En pratique, un condensateur électrolytique à RES élevée ne pourra pas filtrer parfaitement les résidus de courant alternatif et si, avec le temps, cette RES augmente, le condensateur surchauffe, ce qui est particulièrement gênant dans les alimentations à découpage.

Figure 1 : Pour mesurer la RES d’un condensateur électrolytique, vous pouvez utiliser notre montage couplé à un multimètre quelconque.

Figure 2 : La RES est une résistance théorique en série avec un condensateur, dont la valeur augmente avec le vieillissement de ce composant.

Note : le condensateur électrolytique peut également surchauffer si on applique à ses extrémités une tension supérieure à la tension maximale de travail.

Le schéma électrique du RESmètre
Comme le montre la figure 3, ce contrôleur utilise un circuit intégré TL084 et deux transistors NPN plus un PNP.
Commençons par décrire le premier amplificateur opérationnel IC1-A, utilisé pour obtenir une masse fictive, c’est-à-dire une tension double de 2 x 4,5 V à partir d’une simple tension de 9 V fournie par une pile 6F22. Comme le montre le schéma électrique, la tension négative de 4,5 V par rapport à la masse fictive est utilisée pour alimenter la broche 4 de ce circuit intégré. Le second amplificateur opérationnel IC1-B, utilisé comme multivibrateur astable, produit une onde carrée dont le rapport cyclique est de 50 %. Avec les valeurs de C3 et de R1, R2 et R3 (liste des composants), l’onde carrée a une fréquence de 100 kHz environ. Précisons qu’à cause de la tolérance des composants la fréquence sera aux alentours de cette valeur et si on obtient 90 ou 110 kHz le circuit fonctionnera parfaitement.
Le transistor NPN TR1 prélève l’onde carrée sur la broche de sortie de IC1-B à travers R6 et le collecteur le transfère sur la base du transistor PNP TR2. Sur le collecteur de TR2 nous trouvons une onde carrée positive d’une amplitude de 4,5 V appliquée au pont résistif R9, R11 et R10, R12. Le signal disponible aux extrémités de ce pont résistif est prélevé à travers R13 et R14 pour être appliqué aux entrées du troisième amplificateur opérationnel IC1-C, monté en amplificateur différentiel et amplifiant environ 47 fois la différence de signal existant entre les points R9-R10 et R11-R12. A la jonction R9-R10/masse est connecté le condensateur électrolytique dont on veut mesurer la RES.
Les deux diodes au silicium DS1 et DS2 en opposition de polarité entre R9-R10 et la masse protègent le circuit contre une inversion de polarité :
ainsi, si l’on reliait aux douilles d’entrée un condensateur électrolytique chargé, le circuit serait protégé. De plus, on n’aura pas besoin de respecter la polarité de branchement du condensateur électrolytique à contrôler.
Si le condensateur électrolytique à mesurer a une valeur de RES normale, nous prélèverons à la sortie de IC1-C une onde carrée de 100 kHz, que C4 transfère sur la broche d’entrée non inverseuse du dernier amplificateur opérationnel IC1-D monté en redresseur idéal. La tension continue disponible aux bornes de C6 est appliquée à l’entrée d’un contrôleur analogique ou numérique réglé sur la portée 100 μAcc, car c’est sur cette valeur de fond d’échelle que déviera l’aiguille si le condensateur est efficace. Si le condensateur électrolytique à mesurer a des pertes, le pont est déséquilibré et sur la broche de sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-C nous trouvons une tension positive transférée par R18 sur la base de TR3 : ce dernier entre en conduction et allume la LED DL1 reliée à son collecteur.
Pour conclure, nous pouvons ajouter ce qui suit :
- si, quand nous appliquons sur les douilles d’entrée un condensateur électrolytique, nous voyons l’aiguille du contrôleur dévier jusqu’au fond de l’échelle, cela signifie que le condensateur est sain (sa RES est normale) et que nous pouvons l’utiliser,
- si, quand nous appliquons sur les douilles d’entrée un condensateur électrolytique, l’aiguille n’arrive pas au fond de l’échelle, cela signifie que le condensateur n’est plus en mesure de remplir sa fonction et qu’il vaut mieux le jeter,
- si, quand nous appliquons sur les douilles d’entrée un condensateur électrolytique, l’aiguille reste immobile sur le zéro alors que la LED s’allume, cela signifie que le condensateur a des fuites et qu’il faut le jeter comme le précédent.

Figure 3 : Schéma électrique du contrôleur de RES pour condensateurs électrolytiques (RESmètre). En reliant aux douilles de sortie un multimètre réglé sur la portée 100 μAcc (tableau 3), si le condensateur à vérifier est périmé, vous lirez un courant pouvant descendre jusqu’à 16 μA (tableau 2, figure 11).

Figure 4 : Photo d’un des prototypes du RESmètre.

Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du RESmètre. La platine est maintenue bloquée dans le boîtier plastique par les écrous des douilles CX et de celles allant au multimètre.

Figure 5b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du RESmètre, côté composants.

Figure 5b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du RESmètre, côté soudures.

Liste des composants
R1 = 1,5 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 68 kΩ
R7 = 4,7 kΩ
R8 = 12 kΩ
R9 = 1 kΩ 1 %
R10 = 22 Ω
R11 = 1 kΩ 1 %
R12 = 22 Ω
R13 = 1 kΩ
R14 = 1 kΩ
R15 = 47 kΩ
R16 = 47 kΩ
R17 = 47 kΩ
R18 = 15 kΩ
R19 = 680 Ω
R20 = 2,2 kΩ
R21 = 20 kΩ trimmer
C1 = 1 μF électrolytique
C2 = 1 μF électrolytique
C3 = 1 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 1 μF polyester
C6 = 1 μF polyester
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4148
DL1 = LED
TR1 = NPN BC547
TR2 = PNP BC557
TR3 = NPN BC547
IC1 = Intégré TL084
S1 = Interrupteur


La réalisation pratique du RESmètre
Tous les composants nécessaires pour le fonctionnement de cet appareil de mesure sont montés sur un petit circuit imprimé double face, comme le montre la figure 5a. Quand vous vous êtes procuré ce circuit imprimé, montez tous les composants comme indiqué sur cette figure.
Le premier composant à insérer et à souder est le support du circuit intégré IC1 : vérifiez bien vos soudures (ni court-circuit entre les pistes ou entre les pastilles, ni soudure froide collée).
Montez ensuite toutes les résistances puis les deux diodes DS1 et DS2 (bagues repère-détrompeurs orientées dans le bon sens montré par la figure 5a : sens opposés), ainsi que DS3 bague vers le bas.
En haut à gauche, montez le trimmer R21 et en bas à droite l’inverseur S1.
Montez ensuite les 4 condensateurs polyesters puis les 2 électrolytiques C1 et C2 en respectant bien la polarité (la patte la plus longue est le plus).
Avant de monter les deux condensateurs polyesters C4 et C6 en haut du circuit imprimé, montez, côté cuivre, la LED DL1 avec sa patte la plus longue (l’anode A) vers le circuit intégré IC1.
Montez le transistor BC547 (TR1) méplat repère-détrompeur vers C2, TR2 (BC557) méplat vers la droite. Ne les intervertissez surtout pas car l’un est un NPN et l’autre un PNP !
Montez les deux fils torsadés rouge/noir de la prise de pile 6F22 puis insérer dans son support le circuit intégré, repère-détrompeur en U orienté vers R5-R4.
Les douilles d’entrée CX et celles de sortie AU CONTROLEUR ne sont pas fixées sur le circuit imprimé mais directement sur le boîtier plastique car elles permettront en outre de maintenir la platine en place. Comme le montre la figure 7, les douilles CX d’entrée (même couleur l’une et l’autre) sont fixées près de l’emplacement pour la pile. Celles de sortie en revanche le sont sur la partie supérieure du boîtier plastique, la rouge à gauche et la noire à droite. Dans les trous du circuit imprimé, insérez le point central de ces douilles, puis serrez les écrous afin qu’ils fassent un bon contact de masse avec la piste de cuivre du circuit imprimé.

Figure 6 : Installation dans le boîtier plastique du contrôleur de RES pour électrolytique.
Dans la partie inférieure, on voit la pile 6F22 dans son logement.


Figure 7 : Avant de placer la platine à l’intérieur du boîtier plastique, vous devez fixer les douilles pour le multimètre et celles pour le condensateur CX, puis pratiquer un évidement oblong pour le passage du levier de S1 et, enfin, faire un petit trou pour DL1.

Figure 8 : Brochages du circuit intégré TL084 vu de dessus, des transistors BC547 et BC557 vus de dessous et de la LED vu de côté (la patte la plus longue est l’anode A).

Figure 9 : Plus les condensateurs électrolytiques sont vétustes (périmés), plus faible est la valeur en μA lue sur le multimètre (figure 11). Si un électrolytique est en court-circuit, vous verrez tout de suite s’allumer DL1.

Figure 10 : Pour vérifier que l’appareil lit bien la RES, mettez en série avec le condensateur électrolytique une résistance de 1, 10 et 100 ohms.

Le réglage de l’appareil
Le réglage de l’appareil est des plus simples : branchez tout d’abord aux douilles de sortie un multimètre analogique ou numérique réglé sur la portée 100 μAcc fond d’échelle (en respectant bien la polarité +/–). S’il est numérique, vous pouvez le régler sur la portée 200 μAcc.
Ensuite, reliez les deux douilles d’entrée à un condensateur électrolytique de 100 μF de qualité (échantillon récent) sans respecter aucune polarité.
Alimentez le circuit avec S1 puis tournez lentement le curseur du trimmer R21 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre arrive en fond d’échelle, soit sur 100 μA. Si le contrôleur est numérique, l’affichage doit indiquer 100 μA.
L’appareil est prêt à fonctionner : ôtez le condensateur échantillon et contrôlez tous les électrolytiques que vous suspectez d’avoir (mal) vieilli.

Comment essayer l’appareil
Vous allez pouvoir vérifier que l’appareil fonctionne correctement et que nous n’avons pas menti en disant que la RES d’un condensateur électrolytique un peu vieux peut rendre périmé ce composant (figure 10) : dans ce cas le courant lu sur le contrôleur universel sera moindre et il vous indiquera que l’électrolyte est desséché.
Avant de contrôler des condensateurs électrolytiques, faites le test suivant : court-circuitez les deux douilles d’entrée CX avec deux cordons et si tout fonctionne correctement DL1 s’allumera.
Si malheureusement il n’en était pas ainsi, il se pourrait que vous ayez interverti les pattes A et K de la LED (A doit regarder le circuit intégré IC1, figure 5). Mais la LED pourrait ne pas s’allumer aussi à cause de l’inter version de TR3 et TR2. Si en court-circuitant les deux douilles d’entrée CX la LED s’allume, essayez tous les électrolytiques que vous possédez à l’aide de deux cordons de mesure avec connecteurs banane d’un côté et pince crocodile de l’autre.
Si l’électrolyte n’est pas si desséché que cela ou pas du tout, l’aiguille déviera jusqu’à environ la valeur reportée dans le tableau 3.
On le voit, jusqu’à 4,7 μF vous lirez un courant de 90 à 95 μA, mais si la capacité dépasse 10 μF vous lirez un courant de 100 μA environ. Grâce à ce contrôleur de RES, vous pouvez aussi vérifier sur quelle valeur en μA se place l’aiguille du multimètre utilisé en reliant extérieurement en série avec votre électrolytique des résistances de 1, 10, 100 ohms (figure 10).
Comme le montre le tableau 2 (figure 11), quand la RES d’un quelconque condensateur électrolytique est d’environ 100 ohms, le multimètre n’atteint pas le fond de l’échelle mais s’arrête sur 15 ou 16 μA. Les valeurs en μA reportées dans ce tableau sont approximatives, car, vous le savez, la tolérance de la capacité d’un condensateur électrolytique peut atteindre + ou – 30 %.


Figure 11 : Si, avec une résistance de 1 ohm, vous lisez sur le multimètre environ 82 à 96 μA, avec une résistance de 100 ohms, vous lirez un courant de seulement 16 μA.

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