[LAB] ZOYI ZT-DQ02: Parámetros secundarios de medida

El ZOYI ZT-DQ02 mide (L/C/R/Z) como parámetros principales y (X/D/Q/θ/ESR) como secundarios.
No son normalmente mediciones independientes: el instrumento calcula estos valores a partir de la impedancia compleja del componente, de la frecuencia de prueba y del modelo equivalente seleccionado.

Relación básica

El medidor representa la impedancia del componente como:
- donde R es la parte resistiva, X la parte reactiva y j indica que la reactancia está desfasada 90° respecto a la resistencia.
La magnitud de la impedancia es: $|Z| ~= ~sqrt{R^2 ~+ ~X^2}$
y el ángulo de fase: $theta ~= ~tan^{-1} ( X / R)$

Parámetros secundarios

Símbolo	Nombre	Unidad	Qué representa	Utilidad práctica
X	Reactancia	Ω	Oposición al paso de la corriente alterna debida al efecto inductivo o capacitivo.	Determinar si un componente se comporta como bobina o condensador y valorar su componente reactiva.
D	Factor de disipación, o dissipation factor	Adimensional	Relación entre la parte resistiva y la reactiva. Indica cuánta energía se pierde.	Evaluar pérdidas en condensadores, dieléctricos, bobinas y componentes envejecidos.
Q	Factor de calidad	Adimensional	Relación entre la reactancia y la resistencia. Es el inverso de D.	Valorar la calidad de bobinas, resonadores y circuitos sintonizados. Un Q alto significa pocas pérdidas.
θ	Ángulo de fase	grados	Desfase entre tensión y corriente.	Identificar el carácter capacitivo o inductivo y comprobar la pureza reactiva del componente.
ESR	Resistencia serie equivalente	Ω	Resistencia que modela las pérdidas serie internas del componente.	Especialmente útil para comprobar condensadores electrolíticos, fuentes conmutadas y baterías.

Las relaciones D = 1/Q, Q = X/R y el significado del ángulo de fase son las relaciones habituales de los analizadores LCR.

Reactancia X

La reactancia es la oposición que presenta un componente a la corriente alterna, pero sin representar directamente el consumo de potencia activa.
Para una bobina:
Para un condensador: $X_C ~=~ - ~{1 / {2 ~pi ~f ~C}}$
- X > 0: comportamiento inductivo.
- X < 0: comportamiento capacitivo.
- El valor absoluto |X| se expresa en ohmios.
Por ejemplo, una bobina de 10 mH a 1 kHz tiene aproximadamente:
La lectura de X cambia con la frecuencia; por ello conviene anotar siempre la frecuencia seleccionada en el DQ02: 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz, 10 kHz o 100 kHz, según la versión/configuración del equipo.

Factor de disipación D

El factor D indica la proporción de energía que se pierde respecto a la energía almacenada:
También se conoce como factor de pérdidas, factor de disipación o, en condensadores, aproximadamente como la tangente del ángulo de pérdidas.
- D pequeño: componente con pocas pérdidas.
- D grande: mayor resistencia interna, pérdidas y calentamiento.
- En un condensador ideal, D=0.
- En un componente real, D nunca es exactamente cero.
En condensadores electrolíticos, un aumento de D puede indicar envejecimiento, secado del electrolito o aumento de la resistencia serie equivalente. En bobinas, puede reflejar la resistencia del hilo, pérdidas del núcleo y pérdidas por efecto pelicular.

Factor de calidad Q

El factor Q es el inverso del factor de disipación:
- Un Q alto significa que predomina el comportamiento reactivo y que la resistencia de pérdidas es relativamente baja.
- Un Q bajo indica mayores pérdidas.
Habitualmente:
- Para bobinas, se suele observar Q.
- Para condensadores, se suele observar D.
- El DQ02 puede permitir recorrer ambos parámetros con el botón X/D/Q/ESR, aunque el parámetro más útil dependerá del componente y de la indicación mostrada por el firmware.
En una bobina, por ejemplo: $Q ~= ~{2 ~pi ~f ~L} / {R_s}$
Una bobina con L = 10 mH, Rs = 2 Ω, medida a 1 kHz, tendría aproximadamente:
Las definiciones de Q y D como magnitudes recíprocas y su uso preferente en inductores y condensadores están descritas en manuales de medidores LCR.

Ángulo de fase θ

El ángulo θ expresa el desfase entre tensión y corriente: $theta ~= ~tan^{-1} (X / R)$
Interpretación aproximada:
- θ ≈ +90º → comportamiento casi inductivo.
- θ ≈ -90º → comportamiento casi capacitivo.
- θ ≈ 0º → comportamiento predominantemente resistivo.
- Cuanto más se aproxima el valor absoluto a 90º, menor es la proporción resistiva respecto a la reactiva.
Ejemplos:
- Una resistencia ideal: 0º.
- Un condensador ideal: -90º.
- Una bobina ideal: +90º.
- Un condensador real podría mostrar -87º, porque tiene ESR y pérdidas.
El signo puede depender de la convención de presentación utilizada por el instrumento, pero normalmente el comportamiento capacitivo aparece con ángulo negativo y el inductivo con ángulo positivo.

ESR

La ESR, o resistencia serie equivalente, es la resistencia que representa todas las pérdidas serie internas del componente. En un condensador incluye, entre otras, la resistencia del electrolito, terminales, conexiones internas y pérdidas asociadas al dieléctrico.
Para un modelo serie:
En un condensador, su relación aproximada con D es:
Por eso la ESR depende de la frecuencia y no debe compararse sin más con una resistencia medida en corriente continua.
La ESR resulta especialmente útil para:
- Detectar condensadores electrolíticos degradados.
- Comparar condensadores aparentemente iguales.
- Diagnosticar rizado excesivo en fuentes de alimentación.
- Evaluar condensadores de fuentes conmutadas.
- Medir pérdidas internas de inductores y otros componentes.
Un condensador puede conservar una capacidad cercana a su valor nominal y, sin embargo, tener una ESR excesiva. Por esa razón, medir únicamente los microfaradios no siempre permite determinar si está en buen estado.

Cómo interpretarlos en el DQ02

Procedimiento
- 1. Descargar completamente el condensador antes de conectarlo.
- 2. Separar el componente del circuito cuando sea posible; las resistencias y semiconductores conectados en paralelo alteran la lectura.
- 3. Conectar el componente al DQ02 y seleccionar la frecuencia adecuada.
- 4. Esperar a que se estabilice el parámetro principal L, C, R o Z.
- 5. Pulsar X/D/Q/θ/ESR para recorrer los parámetros secundarios.
- 6. Anotar siempre el parámetro, el valor, la frecuencia de prueba y, si aparece, el modelo serie/paralelo.
- 7. Para comparar componentes, utilizar siempre la misma frecuencia y el mismo nivel de prueba.
El DQ02 dispone de varios niveles de señal de prueba, indicados en la documentación del fabricante como 0.1 V, 0.3 V y 0.6 V; cambiar el nivel puede producir pequeñas variaciones, sobre todo en componentes no lineales o con materiales magnéticos.

Ejemplos de uso

Condensador electrolítico

Lectura principal:
- C = 1000 μF
- ESR = 0 ,18 Ω
- D = 0,12
Interpretación: El condensador podría ser utilizable, pero la valoración depende de su capacidad, tensión, temperatura, frecuencia y especificación del fabricante. Si otro condensador equivalente presenta ESR = 1,5 Ω, probablemente está mucho más degradado.

Bobina

Lectura principal:
- L = 10 mH
- Q = 31
- θ = 88,2º
Interpretación: Indica un comportamiento bastante inductivo y unas pérdidas moderadas. Si la misma bobina muestra un Q muy bajo o una ESR elevada, puede tener demasiada resistencia de hilo, núcleo saturado o pérdidas importantes.

Advertencias importantes

La ESR medida por el DQ02 es una resistencia equivalente en el modelo de medida, no necesariamente la resistencia óhmica que se obtendría con un multímetro en corriente continua.
Los valores de X, D, Q, θ y ESR dependen de la frecuencia, el nivel de señal, la temperatura y el tipo de componente.
En condensadores grandes, hay que descargarlos antes de medir para no dañar el instrumento.
Para diagnosticar un condensador dentro de una placa, la medida puede quedar falseada por caminos paralelos.
En baterías, la resistencia interna no debe confundirse automáticamente con la ESR de un condensador: el DQ02 dispone de una función específica de medida de resistencia interna de batería.