Speziell in Schaltnetzteilen altern Elkos, bedingt durch die hohe Schaltfrequenz bzw. hohe Arbeitstemperaturen, schneller als „normal”. Steigt der ESR eines zur Spannungssiebung eingesetzten Kondensators über einen bestimmten Wert an, kann unter Umständen die Funktion des Schaltnetzteiles gestört werden. Selbstverständlich kann das ESR 1 auch zur Messung von ohmschen Widerständen im angegebenen Messbereich verwendet werden.
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Die meisten elektronischen Bauteile, wie z. B. Halbleiter oder Widerstände, haben im allgemeinen eine fast unbegrenzte Lebensdauer, vorausgesetzt, sie werden nicht überlastet und in der vorgesehenen Arbeitsumgebung betrieben.

Es gibt jedoch eine Ausnahme - den Elektrolyt-Kondensator (kurz: Elko genannt). Wird ein Elko mit der maximal zulässigen Betriebstemperatur eingesetzt (meist 85° oder 105°), beträgt die durchschnittliche Lebensdauer 1.000 bis 3.000 Betriebsstunden.

Allein schon die Lagerung bewirkt einen stetigen Kapazitätsverlust, sodass nach ca. 10 Jahren Lagerzeit ein Elko nicht mehr verwendet werden sollte.

• Anmerkung : Das hat sich in den letzten 20 Jahren ab 2000 deutlich geändert. Die Mixturen der Elktrolyte sind chemisch veredelt und verbessert worden.

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Einer der wesentlichen Gründe hierfür ist, dass das füssige Elektrolyt im Inneren des Elkos mit der Zeit austrocknet (verdunstet) und die Kapazität sich somit verringert. Maßgeblich entscheidend für den Austrocknungsprozess ist die Betriebstemperatur, die von der Umgebungstemperatur und der vom Elko selbst erzeugten Wärme bestimmt wird. Eine Faustformel besagt, dass eine Temperaturerhöhung um 10 K die Lebensdauer eines Elkos halbiert.
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Um dieses Problem zu umgehen, setzen die Hersteller sogenannte Low-ESR-Elkos ein, die einen extrem geringen Innenwiderstand aufweisen und speziell für hohe Temperaturen ausgelegt sind.

Solche Elkos sind meist am Aufdruck „105°C” erkennbar - ein Standard-Elko ist nur für Temperaturen bis 85°C geeignet. Aber auch solche Low-ESR-Typen sind nicht vom Alterungsprozess ausgeschlossen.

Oft werden aber aus finanziellen Gründen vorwiegend bei billigen Geräten einfach „normale” Elkos eingebaut, mit den beschriebenen Folgen.
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Bevor es nun an die Schaltungsbeschreibung des „ESR 1” geht, widmen wir uns kurz den theoretischen Grundlagen der ESR-Messung.

Jeder Kondensator ist durch seine Bauart verlustbehaftet, dies betrifft vor allem die Elektrolyt-Kondensatoren. Zur besseren Veranschaulichung ist in der Abbildung 1 das Ersatzschaltbild eines mit Wechselspannung betriebenen Kondensators dargestellt.

Die parasitären Komponenten sind wie folgt gekennzeichnet:

RESR = Serienverlustwiderstand RP = Isolationswiderstand (hervorgerufen durch den Leckstrom des Dielektrikums) LS = Serieninduktivität der Anschlussdrähte und der Elektroden

Der ESR (RESR) setzt sich aus den Widerständen zusammen, die durch die Anschlussdrähte, den Übergang zu den Elektroden und dem Widerstand des Dielektrikums entstehen. Dieser ESR ist eine Wechselspannungsgröße, die nicht mit einem normalen Multimeter gemessen werden kann. Um ein geeignetes Messverfahren zu fnden, soll für die weitere Betrachtung nur der RESR interessant sein.
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Die Formel lässt sich grafsch mit Hilfe eines Zeigerdiagramms darstellen, dass dann folgendermaßen aussieht :

Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Messverfahren für solche „Ohmmeter”: Man misst mit konstantem Strom oder mit einer konstanten Spannung. Wir haben uns für die Variante mit einer konstanten Spannung entschieden. Das Messprinzip ist in Abbildung 4 dargestellt.

Da die Spannung und der Vorwiderstand bekannt sind, ergibt sich aus der gemessenen Wechselspannung über den Kondensator der Wert für den ESR.

Der Nachteil dieser Schaltung soll allerdings nicht verschwiegen werden: Es gibt keinen linearen Verlauf zwischen dem ESR und der gemessenen Spannung. Wollte man hiermit Widerstände in einem großen Bereich messen, ist das Messverfahren mit einem konstanten Strom vorzuziehen, wie es bei den meisten Ohmmetern der Fall ist.

Da wir aber nur einen kleinen Teil dieser Kennlinie nutzen, und zwar den von 0 bis 20 Ohm, sind die Abweichungen nicht allzu groß. Es soll ja auch kein hoch genaues ESR-Messgerät entstehen, sondern eine preisgünstige und einfach aufzubauende Schaltung, mit der man defekte Elkos aufspüren kann. Zudem ist die Interpretation des gemessenen ESR-Wertes reine Erfahrungssache, da man vorwiegend Vergleiche mit neuen Elkos vornehmen sollte.
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Vorweg hier ein paar wichtige Hinweise, die für ein einwandfreies Funktionieren des Messgerätes notwendig sind:

Um die induktive Beeinflussung des Messergebnisses durch die Prüfeitungen zu minimieren, sind die beiden Leitungen in Abständen von ca. 10cm mit etwas Klebeband miteinander zu verbinden (siehe Abbildung 6).

Die 4mm-Stecker der Prüfeitungen sollten sehr stramm in den Buchsen am Messgerät sitzen. Eventuell sind die Kontakte des Steckers etwas auseinander zu biegen, denn nur bei festem Sitz ist ein guter Kontakt gewährleistet, der Fehlmessungen verhindert.

Vor der ersten Inbetriebnahme ist ein Abgleich notwendig, der jedoch nur einmalig durchzuführen ist (bei höheren Anforderungen ist er vielleicht einmal jährlich zu wiederholen). Zum Abgleich sind keine speziellen Messgeräte erforderlich, lediglich ein 8 oder 10 Ohm-Widerstand mit einer Toleranz <1% wird benötigt.

Nach dem Einschalten des Messgerätes hält man beide Prüfspitzen der Messleitungen zusammen, und gleicht die Anzeige mit dem Trimmer R6 genau auf „0,00” ab. Eine Abweichung von bis zu ±5 Digits ist noch tolerierbar.

Als nächstes kontaktiert man den 8 oder 10 Ohm-Widerstand zwischen den beiden Prüfspitzen. Mit dem Trimmer R23 (Skala) wird die Anzeige jetzt auf „10,00” eingestellt. Damit ist der Abgleich beendet und das Gerät betriebsbereit.
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