Un capacitor marcado como 10 µF puede medir 9.8 µF en un medidor LCR y 7 µF en otro, y es posible que ninguno de los dos esté descompuesto. La impedancia de un componente real depende de la frecuencia, del nivel de la señal, de la polarización de CD, de la temperatura y de cómo se conecta al instrumento. Un medidor LCR no mide “la capacitancia” en abstracto: mide la impedancia en unas condiciones concretas y la traduce a un modelo eléctrico. Si esas condiciones no son las adecuadas, el número que aparece en pantalla puede ser preciso y, aun así, no servir. Esta guía explica cómo funciona un medidor LCR, qué parámetros configurar y qué errores evitar en inspección de entrada, reparación y validación de diseño.
Qué mide realmente un medidor LCR
El instrumento aplica una señal de CA de frecuencia y amplitud conocidas, mide la tensión en el componente y la corriente que circula por él, y calcula la impedancia compleja: su magnitud |Z| y su ángulo de fase θ. A partir de esos dos valores obtiene los parámetros que el usuario selecciona:
- L, C y R: inductancia, capacitancia y resistencia según el modelo equivalente elegido.
- D (factor de disipación): en capacitores equivale a la tangente del ángulo de pérdidas, tan δ. Un valor alto indica más pérdidas.
- Q (factor de calidad): el inverso de D, D = 1/Q. Se usa sobre todo en inductores.
- ESR: la resistencia serie equivalente, clave para evaluar capacitores electrolíticos en fuentes conmutadas.
Modelo serie o paralelo
Ningún componente es ideal. Un capacitor tiene pérdidas que pueden representarse como una resistencia en serie o como una resistencia en paralelo, y el valor de C que se calcula cambia según el modelo. Las dos lecturas son matemáticamente correctas; la pregunta es cuál representa mejor al componente en esas condiciones. Una regla práctica muy difundida en la literatura de los fabricantes es:
| Impedancia del componente | Modelo recomendado | Ejemplos |
|---|---|---|
| Baja (aprox. menos de 100 Ω) | Serie (Cs, Ls) | Capacitores grandes, inductores pequeños |
| Alta (aprox. más de 10 kΩ) | Paralelo (Cp, Lp) | Capacitores pequeños, inductores grandes |
| Intermedia | Según la recomendación del fabricante del componente | Depende del caso |
Recuerde que la impedancia de un capacitor baja al aumentar la frecuencia y la de un inductor sube, así que un mismo componente puede pasar de un modelo a otro si cambia la frecuencia de prueba. Lo más importante es medir con el mismo modelo que indica la hoja de datos del componente, para que la comparación tenga sentido.
Frecuencia de prueba y nivel de señal
Frecuencia
Las hojas de datos especifican el valor nominal a una frecuencia determinada. Como práctica común, los capacitores electrolíticos de aluminio se especifican a 100 o 120 Hz, muchos capacitores cerámicos a 1 kHz y los cerámicos de valor muy pequeño a 1 MHz. Los inductores de potencia se especifican a la frecuencia que indique su fabricante. Medir a otra frecuencia no está mal, pero el resultado no es comparable con el valor nominal. Además, cerca de la frecuencia de autorresonancia del componente las lecturas de L o C dejan de tener significado físico.
Nivel de señal y polarización de CD
Algunos componentes cambian de valor con la amplitud de la señal. Los capacitores cerámicos de clase 2, como X7R o X5R, varían con la tensión de CA aplicada y pierden capacitancia de forma notable con la tensión de CD de polarización. Los inductores con núcleo de ferrita cambian con la corriente y se acercan a la saturación al aumentarla. Configure el nivel que indica la hoja de datos y, si el componente trabajará con CD, use la función de polarización del instrumento o un accesorio externo, dentro de los límites que permita el equipo.
Conexión: el error más subestimado
Con impedancias muy bajas, la resistencia y la inductancia de los cables se suman a la medición. Con impedancias muy altas, la capacitancia parásita entre las puntas y la cercanía de la mano alteran el resultado. Por eso existen varias configuraciones:
- Dos terminales: sencilla, adecuada solo para impedancias intermedias.
- Tres terminales (con guarda): reduce el efecto de la capacitancia parásita en impedancias altas.
- Cuatro terminales (Kelvin): separa la corriente y la tensión, y elimina el efecto de la resistencia de los cables en impedancias bajas.
- Par de cuatro terminales: usada en instrumentos de precisión con cables coaxiales; reduce también los efectos inductivos y amplía el rango útil.
Use los accesorios de prueba (fixtures) apropiados para cada encapsulado, sea axial, radial o de montaje superficial, y mantenga los cables cortos y siempre en la misma posición durante la medición.
Compensación open y short
La compensación corrige los efectos del cableado y del accesorio. La corrección open se hace con las puntas abiertas y elimina la admitancia parásita; la corrección short se hace con las puntas en cortocircuito y elimina la impedancia residual. Debe realizarse en el extremo del accesorio, a las frecuencias de prueba que se usarán, y repetirse si se cambia el accesorio, los cables o la configuración. Muchos instrumentos permiten además una corrección con carga conocida (load) para mayor exactitud, y piden indicar la longitud del cable de prueba.
Cómo leer la exactitud de un medidor LCR
La “exactitud básica” que aparece en la portada de una hoja de datos se cumple solo en las condiciones óptimas: un rango de impedancia intermedio, ciertas frecuencias, nivel de señal adecuado y tiempo de medición lento. Fuera de ellas la exactitud empeora, a veces de forma considerable. Los fabricantes publican tablas o gráficas de exactitud en función de la impedancia y la frecuencia; consulte la que corresponde a su medición real. En componentes con D muy bajo o Q muy alto, el error de fase pesa mucho y puede limitar la exactitud de ESR o de Q aunque la de C o L sea buena.
Errores frecuentes
- No descargar los capacitores: un capacitor cargado puede dañar las entradas del instrumento y es un riesgo para el técnico. Descárguelo siempre antes de conectarlo.
- Medir en circuito: los componentes en paralelo alteran la lectura; para resultados confiables, mida el componente fuera de la tarjeta.
- Ignorar la temperatura: muchos dieléctricos y núcleos magnéticos cambian con la temperatura, incluso por el calor de la mano.
- Omitir la compensación: es la causa más común de diferencias entre dos instrumentos que, en realidad, funcionan bien.
Medidor LCR o analizador de impedancias
Un medidor LCR mide a frecuencias puntuales y es ideal para inspección de entrada, control de calidad y reparación. Un analizador de impedancias barre un rango amplio de frecuencias y muestra cómo cambia la impedancia, lo que permite ver la autorresonancia, caracterizar materiales o modelar componentes para diseño. Para elegir, defina primero qué componentes medirá, a qué frecuencias y con qué tolerancia, y si necesita polarización de CD, interfaces para automatizar las pruebas o accesorios específicos. Si la necesidad es puntual, por ejemplo una validación o una auditoría, rentar el equipo suele ser más conveniente que comprarlo.
Cómo le ayuda CreativeIT
En CreativeIT Group, en Monterrey, trabajamos con medidores LCR y productos de medición de impedancia. Ofrecemos la venta de equipos como el medidor LCR HP 4263B, el alquiler del medidor LCR de precisión Agilent 4285A y servicios de caracterización de capacitores, inductores y resistores en nuestro laboratorio. Contáctenos al (81) 4777 6921 o en info@creativeit.mx y cuéntenos qué componentes necesita medir.
