Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Приборы для проверки конденсаторов

Приборы для проверки конденсаторов

Часто в руки радиолюбителей попадают электролитические конденсаторы, качество которых вызывает сомнение. Дело в том, что с течением времени электролит в них высыхает и их емкость падает. Иногда почти до нуля. Устанавливать такие конденсаторы в схему, конечно, нельзя. Но как их проверить? Как узнать, годится этот конденсатор или нет? Приборы, предназначенные для измерения емкости электролитических конденсаторов, сложны и дороги. В любительских условиях вполне можно обойтись простейшим прибором, описание которого приведено в этой статье. Он позволяет проверить работоспособность конденсаторов, в том числе и электролитических, с рабочим напряжением более 4,5 В и емкостью от 0,5 до 1000 мкФ. Таким образом можно определить пробой в конденсаторе, наличие большой утечки и ориентировочно оценить даже его емкость.

Конечно, точность определения емкости невелика, но вполне достаточна, чтобы ответить, можно или нельзя устанавливать данный конденсатор в схему.

Принципиальная схема прибора приведена на рисунке 1.

Как видно из схемы, прибор представляет собой несимметричный мультивибратор, собранный на транзисторах разной проводимости.

Принцип действия прибора основан на том, что его частота зависит от величины емкости параллельно включенных конденсаторов С1 и Сх. Индикатором колебаний служит лампа накаливания H1. Питается прибор от батареи Б1.

При включении питания оба транзистора открываются. Вспыхивает лампочка, и через резистор R1 начинает заряжаться конденсатор С1. Ток заряда проходит по цепи база-эмиттер V1, открывая его. когда конденсатор зарядится, ток заряда, открывавший транзистор V1, падает до нуля. Транзисторы закрываются. Лампочка гаснет. В таком состоянии схема будет находится до тех пор, пока конденсатор С1 не разрядится через резисторы R2, R3. Затем этот процесс повторится сначала.

При подключении параллельно С1 проверяемого конденсатора их общая емкость увеличивается и время разряда станет больше. Лампочка начнет мигать реже. Если емкость подключаемого конденсатора мала, то это изменение будет незначительным. А при подключении конденсатора емкостью в 1000 мкФ лампочка будет вспыхивать примерно через двадцать секунд. Если конденсатор пробит или имеет большой ток утечки, то лампочка будет гореть непрерывно.

Транзистор V1 — КТ315 или другой аналогичный структуры n-p-n. Только надо отбирать экземпляры с Jко не более 1 мкА и коэффициентом усиления не менее 50.
Транзистор V2 — МП39 или другой аналогичный структуры p-n-p c коэффициентом усиления не менее 50.

Конденсатор С1 бумажный или керамический любого типа. Резисторы тоже любого типа.

Лампочка Н1 — обычная, от карманного фонаря, напряжением 2,5 В и током 0,15 А. Использовать лампочки с большим током и напряжением нельзя.

НАЛАЖИВАНИЕ ПРИБОРА начинайте с установки максимального значения величины резистора R3, поставив его движок в нижнее (по схеме) положение. Для начала поставьте резистор R1 величиной 680 Ом. Включив питание, проверьте работу мультивибратора. Если он работает, то лампочка должна мигать. В противном случае увеличьте величину резистора R2. Добившись работы мультивибратора, подберите величину R1. Она может быть выбрана в пределах 680 Ом -4,7 кОм. При больших величинах лампочка горит дольше, но мультивибратор работает менее устойчиво. Поэтому надо установить такую величину резистора R1, при которой генератор устойчиво работает и лампочка достаточно ярко светит на максимальной частоте. Эту частоту устанавливают резистором R3. В смонтированном образце она равна примерно 10 Гц.

Мигающая лампочка служит хорошим индикатором включения прибора. Подключение проверяемого конденсатора уменьшает частоту мигания лампочки. Для опытного глаза изменение частоты заметно уже при подключении конденсатора в 0,05 мкФ. Подключение пробитого конденсатора или конденсатора с большой утечкой вызывает непрерывное свечение лампочки. Лампочка довольно долго горит при подключении конденсаторов большой емкости — 100 — 1000 мкФ. Поэтому, чтобы воспользоваться прибором, надо предварительно потренироваться, подключая к прибору заведомо исправные конденсаторы в 5, 10, 20, 50 и более микрофарад. Прибором, несомненно, можно проверять и неэлектролитические конденсаторы.

В заключение хотелось бы заметить, что давно не работавшие электролитические конденсаторы с большой утечкой следует на некоторое время подключить к источнику постоянного тока с напряжением, равным рабочему напряжению конденсатора. После непродолжительной работы в таком режиме ток утечки заметно понизится, и конденсатор вновь может быть использован.

Схема № 2 Измеритель ESR электролитических конденсаторов
Илья Липавский. © 2003
НАЗНАЧЕНИЕ

Устройство позволяет измерять ESR электролитических конденсаторов с индикацией измеряемой величины на линейной шкале стрелочного прибора или на индикаторе цифрового мультиметра.

КОНСТРУКЦИЯ

Схема устройства собрана на четырёх ОУ. На ОР 1 собран генератор частотой 120 кГц. Напряжение с этого генератора подаётся на инвертирующий усилитель на ОР 2, в цепь обратной связи которого включается тестируемый конденсатор. Так как величина коэффициента усиления инвертирующего усилителя на ОУ прямо пропорциональна величине сопротивления резистора в цепи ООС, то его выходное напряжение будет прямо пропорционально измеряемой величине. Далее следует нормирующий усилитель ОР 3. Меняя его коэффициент усиления, переключая резистор обратной связи, получаем возможность легко изменять диапазон измерения. Далее, следует линейный вольтметр на ОР 4. Если вместо микроамперметра включить резистор, величиной в несколько килоом, то напряжение на нём можно измерять цифровым мультиметром. Например, на FLUKE есть oчень удобный поддиапазон — 300 мВ.

Рис. 2 Принципиальная схема измерителя ESR электролитических конденсаторов

Схема устройства предоставлена на Рис.2, и имеет два предела измерения 1 Ом и 5 Ом. Но их может быть сколько угодно. Включив вместо резистора R9,например, 9 кОм, получим предел 10 Ом.

Вообще, как мне представляется, применение данного прибора для целей выявления неисправных конденсаторов при ремонтах РЭА ничем не лучше, чем применение устройства для измерения ESR на трансформаторе. Но, когда интересует точное значение ESR, при подборе конденсаторов, например, тогда его применение целесообразно.

Следует учитывать, что наличие даже очень маленькой индуктивности (ферритовой бусинки, например, надетой на провод) вызывает заметное (на пределе 1 Ом — более половины шкалы) отклонение стрелки. Так можно легко различать проволочные и плёночные резисторы, например, если по внешнему виду определить затруднительно.

Читайте так же:
Слюда для паяльника чем заменить

Следует остановиться на конструкции щупов. Наилучшие результаты показали витые щупы из четырёх проводов, диаметром в изоляции, около одного миллиметра. Два провода свиваются между собой, а потом две косички свиваются между собой. При длине 40 см, вносимая погрешность — около 0.2 Ома. Такой же косичкой из четырёх проводов, только короткой, производится подключение к клеммам на корпусе прибора. В качестве клемм удобно использовать колодки для подключения звуковых колонок.

Номиналы деталей, за исключением номиналов резисторов R7, R8 и R9, определяющих границы диапазонов,не критичны. Питание устройства от 12 дисковых аккумуляторов, ёмкостью 0.28 А-Ч.

НАСТРОЙКА

Настройка производится так. Вставляем в колодку известное сопротивление, например, 3 Ома. Вращая триммер R11 устанавливаем стрелку на 30 (если 50-и микроамперная головка). И всё. Испытания устройства на конденсаторах ёмкостью 820-4700 мкФ производителей SXE, SAMHWA, KELNA, LXY и других, с величиной ESR менее 0.1 Ома, подтвердили его достаточно высокую эффективность.

Прибор для проверки электролитических конденсаторов

прибор для проверки конденсаторовОчередная схема посвященная вопросу как проверить конденсатор.
Приборов, выпускаемых современной промышленностью множество и многие мультиметры уже давно снабжены такой функцией, но вот только не все легко и просто.

Основная проблема в электролитических конденсаторах это так называемое Эквивалентное Последовательное Сопротивление (ЭПС сокращенно или ESR если по- буржуйски).Вот его-то как раз мультиметры измерять-то и не умеют, и этот параметр остается «скрытой угрозой» для радиоаппаратуры.

Мы сейчас не будем вдаваться в подробности что такое ESR (ЭПС), если кому интересно, то можете почитать вот эту статейку, в которой, кстати, так-же схема прибора для измерения ESR имеется.

Описание прибора для проверки конденсаторов

Прибор, который можно собрать из набора (здесь не зря сказано что именно набор, потому что его даже можно купить у нашего партнера в интернет-магазине DESSY) , работает на принципе тестирования
конденсатора переменным током фиксированной величины. В этом случае падение напряжения на конденсаторе прямо пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Такой прибор реагирует не только на увеличенное внутреннее сопротивление, но и на потерю конденсатором емкости.
Функционально прибор состоит из трех основных узлов: генератора прямоугольных импульсов, прецизионного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и блока индикации

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на логической интегральной схеме DA1. состоящей из шести логических элементов НЕ. Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение выполнен на специализированной интегральной микросхеме DA2. Микросхема имеет широкий диапазон линейного преобразования переменного в постоянное напряжение (40 дБ). Блок индикации выполнен на микросхеме специализированного усилителя индикации DA3.
В приборе использован аналоговый индикатор на 10 светодиодах с логарифмической шкалой. Шкала измерителя нелинейная. Она сжата в области больших сопротивлений и растянута в области малых сопротивлений. Такая шкала удобна для считывания показаний и обеспечивает наглядный отсчет в широком диапазоне измерений. Для дополнительного расширения диапазона измерений в прибор введен переключатель диапазонов.

Другая особенность прибора — это использование четырехпроводной схемы подключения измерительных щупов. При такой схеме к измеряемому конденсатору двумя проводами подводится сигнал от генератора, а двумя другими проводами к тому же конденсатору подключается измерительная цепь. Между собой эти две пары проводов соединяются только на конденсаторе. При такой схеме подключения сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты изменений, что позволило надежно регистрировать сопротивления порядка 0,05 Ом.

Технические характеристики

Напряжение питания [В]. 6 (4 элемента AAA)

Ток потребления, не более [мА]. 100

Щиапазон измерения малых сопротивлений [Ом]. 0.1—3

Диапазон измерения больших сопротивлений [Ом]. 1.0—30

Индикация. 10 светодиодов

Формат индикации. «светящийся столб»/«бегущая точка»

Габаритные размеры корпуса [мм]. 120x70x20

Принцип действия прибора для проверки конденсаторов

Внешний вид прибора показан на рисунке вверху страницы

Принцип действия прибора заключается в следующем. На делитель напряжения, образованный образцовым резистором и проверяемым конденсатором, подается переменное напряжение с генератора прямоугольных импульсов. Конденсатор включен в нижнее плечо делителя. С выхода делителя переменное напряжение пропорциональное ESR измеряемого конденсатора поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение. С выхода преобразователя постоянное напряжение поступает на блок индикации, который преобразует поступившее на его вход постоянное напряжение в соответствующее ему количество светящихся светодиодов. Таким образом, измеряемое значение ESR в приборе преобразуется в количество «горящих» светодиодов.

Рассмотрим электрическую схему устройства. На микросхеме DA1 (HEF4049BP) выполнен генератор прямоугольных импульсов, частота которого определяется элементами времязадающей цепи Rl, C1 (- 80 кГц). С выхода генератора (выводы 2, 4, 6, 11, 15 DA1) прямоугольные импульсы поступают на конденсатор СЗ и далее на делитель напряжения, образованный резистором R3/R2 и испытуемым конденсатором С. Переключатель SW1 позволяет в качестве верхнего плеча делителя выбрать резистор R3 или R2. Так как значения измеряемых сопротивлений много меньше номиналов токоограничивающих резисторов, можно считать, что конденсатор тестируется фиксированным током. Напряжение на конденсаторе будет определяться его емкостным сопротивлением и ESR, то есть будет прямо пропорционально его комплексному сопротивлению.

Переменное напряжение с испытуемого конденсатора через конденсатор С4 поступает на вход (вывод 5 DA2) микросхемы преобразователя КР157ДА1. Микросхема представляет собой сдвоенный линейный детектор с динамическим диапазоном более 50 дБ. Здесь эта микросхема использована в нестандартном включении. Одна ее половина включена в режиме линейного усилителя переменного тока с коэффициентом усиления около 10, а другая в режиме линейного детектора. Такое включение позволило увеличить чувствительность прибора без увеличения постоянного смещения на выходе детектора. Микросхема с высокой точностью преобразует переменное напряжение на ее входе в пропорциональное ему постоянное напряжение на ее выходе. Поскольку входное напряжение, снимаемое с конденсатора С, пропорционально измеряемому значению ESR, напряжение на выходе преобразователя будет также пропорционально ESR.

С выхода преобразователя (вывод 12 DA2), постоянное напряжение поступает на сглаживающий фильтр R9, С7 и далее на вход логарифмического индикатора на микросхеме LM3915 (вывод 5 DA3). Значения сигнала с шагом 3 дБ отображаются линейкой из 10 светодиодов. Использование логарифмического индикатора позволило обеспечить широкий диапазон измеряемых значений при относительно небольшом числе светодиодов индикации. Особенностью включения микросхемы является то, что опорное напряжение на вывод 6 микросхемы подается не от внутреннего стабилизатора, а с делителя R10, R12, подключенного непосредственно к шине питания. При таком включении при снижении напряжения питания повышается чувствительность индикатора. Одновременно при этом снижается выходное напряжение генератора на микросхеме DA1. Оба эти эффекта компенсируют друг друга, и поэтому удается обеспечить правильные показания прибора при изменении напряжения питания без использования дополнительных стабилизаторов. Яркость свечения светодиодов индикатора задается резистором R11. Итак, микросхема DA3 преобразовала входное постоянное напряжение в соответствующее количество светящихся светодиодов, подключенных к ее выходам. Суммарный потребляемый прибором ток определяется главным образом током «потребления светодиодов индикации. На плате предусмотрена съемная перемычка J1, определяющая режим работы индикатора. При установленной перемычке индикатор работает в режиме «светящийся столб», а при снятой — в более экономичном режиме «бегущая точка», при котором снижается ток потребления прибора. Последний режим будет полезен при питании прибора от батарей.

Читайте так же:
Чертежи мангалов из металла с размерами dxf

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты прибора при подключении его к неразряженным конденсаторам. С той же целью рекомендуется использовать конденсаторы СЗ и С4 на рабочее напряжение не менее 250 В.

Проверка конденсатора с помощью различного типа приборов

Как проверить конденсатор

При ремонте или радиоконструировании часто приходится сталкиваться с таким элементом, как конденсатор. Его главной характеристикой является ёмкость. Из-за особенностей устройства и режимов работы выход из строя электролитов становится одной из основных причин неисправностей радиоаппаратуры. Для определения ёмкости элемента используются разные приборы для проверки. Их несложно приобрести в магазине, а можно изготовить и самому.

Физическое определение конденсатора

Конденсатор — электрический элемент, служащий для накопления заряда или энергии. Конструктивно радиоэлемент представляет собой две пластины, выполненные из токопроводящего материала, между которыми располагается слой диэлектрика. Токопроводящие пластины называются обкладками. Они не связаны между собой общим контактом, но при этом каждая имеет собственный вывод.

Виды конденсаторов

Конденсаторы имеют многослойный вид, в них слой диэлектрика чередуется со слоями обкладок. Они представляют собой цилиндр или параллелепипед с закруглёнными углами. Основной параметр электрического элемента — это ёмкость, единицей измерения которой является фарада (F, Ф). На схемах и в литературе радиодеталь обозначается латинской буквой C. После символа указывается порядковый номер на схеме и значение номинальной ёмкости.

Так как одна фарада — это довольно большая величина, то реальные значения ёмкости конденсатора значительно ниже. Поэтому при записи принято использовать условные сокращения:

  • П — пикофарада (pF, пФ);
  • Н — нанофарада (nF, нФ);
  • М — микрофарада (mF, мкФ).

Принцип работы

Принцип действия радиодетали зависит от вида электрической сети. При подключении к выводам обкладок источника постоянного тока носители заряда попадают на токопроводящие пластины конденсатора, где происходит их накопление. Вместе с тем на выводах обкладок появляется разность потенциалов. Её значение увеличивается до тех пор, пока не достигнет величины, равной источнику тока. Как только это значение выровняется, на обкладках перестаёт накапливаться заряд, а электрическая цепь разрывается.

В сети с переменным током конденсатор представляет собой сопротивление. Его величина связана с частотой тока: чем она выше, тем ниже сопротивление и наоборот. При воздействии на радиоэлемент переменной силы тока происходит накопление заряда. Со временем ток заряда уменьшается и пропадает полностью. Во время этого процесса на обкладках устройства концентрируются заряды разных знаков.

Принцип работы конденсатора

Диэлектрик, проложенный между ними, препятствует их перемещению. В момент смены полуволны происходит разряд конденсатора через нагрузку, подключённую к его выводам. Возникает ток разряда, то есть в электрическую цепь начинает поступать накопленная радиоэлементом энергия.

Конденсаторы применяются практически в любой электронной схеме. Они служат элементами фильтра для преобразования пульсаций тока и отсечения различных частот. Кроме этого, они компенсируют реактивную мощность.

Обозначения конденсатора на схеме

Характеристики и виды

Измерения параметров конденсаторов связаны с нахождением величин их характеристик. Но среди них наиболее важной является ёмкость, которая обычно и измеряется. Эта величина обозначает количество заряда, которое может накопить радиоэлемент. В физике электроёмкостью называют величину, равную отношению заряда на любой обкладке к разности потенциалов между ними.

При этом ёмкость конденсатора зависит от площади обкладок элемента и толщины диэлектрика. Кроме ёмкости радиоприбор характеризуется также полярностью и величиной внутреннего сопротивления. Применяя специальные приборы, эти величины также можно измерить. Сопротивление устройства влияет на саморазряд элемента. Кроме этого, к основным характеристикам конденсатора относят:

Конденсаторы

  1. Сопротивление утечки. Это внутренний импеданс, через который происходит разряд конденсатора, неподключенного к внешней цепи.
  2. Эквивалентную индуктивность. Это паразитная характеристика, влияющая на работу элемента на высоких частотах.
  3. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Состоит из обобщённого сопротивления выводов и обкладок, представляется как резистор, подключённый последовательно с конденсатором.

Классифицируются конденсаторы по разным критериям, но в первую очередь их разделяют по типу диэлектрика. Он может быть газообразным, жидким и твёрдым. Чаще всего в качестве него используются стекло, слюда, керамика, бумага и синтетические плёнки. Кроме того, конденсаторы различаются по способности изменения величины ёмкости и могут быть:

Проверка конденсатора лампочкой

  1. Постоянными. Относящиеся к этому виду конденсаторы обладают постоянным значением ёмкости.
  2. Переменными. К ним относятся радиоэлементы, величину ёмкости которых можно изменять в процессе работы устройства. Изменение происходит за счёт смены температурного режима, электрических параметров цепи и механических методов.
  3. Построечными. Позволяют изменять ёмкость при настройке аппаратуры, при этом элемент не должен быть подключён к источнику питания.

Также в зависимости от назначения конденсаторы бывают общего и специального назначения. Первого вида приборы являются низковольтными, а второго — импульсными, пусковыми и т. д. Но независимо от вида и назначения принцип измерения их параметров идентичный.

Приборы для измерения

Для измерения параметров конденсаторов используются как специализированные приборы, так и общего применения. Измерители ёмкости по своему типу разделяют на два вида: цифровые и аналоговые. Специализированные устройства могут измерить ёмкость элемента и внутреннее его сопротивление. Простым тестером обычно диагностируется только пробой диэлектрика или большая утечка. Кроме этого, если тестер многофункциональный (мультиметр), то им можно измерить и ёмкость, но обычно предел его измерения невысокий.

Читайте так же:
Мопед из бензопилы дружба своими руками

Прибор для проверки конденсаторов

Таким образом, в качестве прибора для проверки конденсаторов можно использовать:

  • ESR или RLC-метр;
  • мультиметр;
  • тестер.

При этом диагностику элемента прибором, относящемся к первому типу, можно проводить без выпаивания из схемы. Если же используется второй или третий тип, то элемент или хотя бы один из его выводов необходимо от неё отсоединить.

Использование ESR-метра

Измерение параметра ESR очень важно при исследовании конденсатора на работоспособность. Дело в том, что почти вся современная техника является импульсной, использующей в своей работе высокие частоты. Если эквивалентное сопротивление конденсатора велико, то на нём происходит выделение мощности, а это вызывает нагрев радиоэлемента, приводящий к его деградации.

ESR-метр

Конструктивно специализированный измеритель представляет собой корпус с жидкокристаллическим экраном. В качестве его источника питания используется батарейка типа КРОНА. В приборе предусмотрено два разъёма разного цвета, к которым подключаются щупы. Красного цвета щуп считается положительным, а чёрного — отрицательным. Это сделано для того, чтобы можно было правильно проводить измерения полярных конденсаторов.

Перед измерением ESR сопротивления радиодеталь необходимо разрядить, иначе возможен выход прибора из строя. Для этого выводы конденсатора замыкаются сопротивлением порядка одного килоома на короткое время.

Проверить конденсатор ESR-метром

Непосредственно измерение происходит путём соединения выводов радиодетали со щупами прибора. В случае электролитического конденсатора необходимо соблюдать полярность, то есть соединять плюс с плюсом, а минус с минусом. После этого прибор включается, и через некоторое время на его экране появляются результаты измерения сопротивления и ёмкость элемента.

Следует отметить, что основная масса таких приборов изготавливается в Китае. В основе их действия лежит использование микроконтроллера, работой которого управляет программа. При измерении контроллер сравнивает сигнал, прошедший через радиоэлемент, с внутренним и на основании различий по сложному алгоритму выдаёт данные. Поэтому точность измерения таких приборов зависит в основном от качества комплектующих, используемых при их изготовлении.

При измерении ёмкости можно также воспользоваться измерителем иммитанса. По своему виду он похож на ESR-метр, но может дополнительно измерять индуктивность. Принцип его действия основан на прохождении тестового сигнала через измеряемый элемент и анализе полученных данных.

Проверка мультиметром

Мультиметром можно измерить почти все основные параметры, но точность этих результатов будет ниже, чем при использовании ESR-прибора. Измерение с помощью мультиметра можно представить следующим образом:

Проверить конденсатор мультиметром

  1. Для увеличения точности результата конденсатор выпаивается из схемы.
  2. Мультиметр переключается на режим измерения ёмкости. На панели прибора этот режим изображается символом –|(– или Cx.
  3. Выбирается наиболее подходящий диапазон значения. Если при этом возникают трудности, устанавливается максимально возможное значение.
  4. Штекеры измерительного провода подключаются к разъёмам COM и VΩmA.
  5. Щупами дотрагиваются до ножек конденсатора. В случае необходимости соблюдают полярность.
  6. Мультиметр выдаст сигнал на элемент, измерит на нём напряжение и автоматически рассчитает ёмкость.

Если тестер выведет на экран значение OL или Overload, то это означает, что ёмкость слишком высока для измерения мультиметром или конденсатор пробит. Когда перед полученным результатом впереди будет стоять несколько нулей, предел измерения необходимо понизить.

Применение тестера

Если под рукой не окажется мультиметра, способного измерить ёмкость, то можно провести измерения подручными средствами. Для этого понадобятся резистор, блок питания с постоянным уровнем выходного сигнала и устройство, измеряющее напряжение. Методику измерения лучше рассмотреть на конкретном примере.

Пусть будет конденсатор, ёмкость которого неизвестна. Чтобы её узнать, понадобится выполнить следующие действия:

Проверить конденсатор тестером

  1. С помощью тестера измеряется напряжение источника питания. Например, эта величина составила 9 вольт.
  2. Резистор 1 кОм последовательно соединяется с измеряемым конденсатором, образуя RC-цепочку.
  3. Конденсатор закорачивается, а RC-цепочка подключается к источнику питания.
  4. С помощью мультиметра замеряется напряжение цепи. Допустим, оно не изменилось и осталось равным девяти вольтам.
  5. Вычисляется значение, составляющее 95% от этого напряжения. Для нашего случая это значение равно 8,55 В.
  6. На следующем этапе включается секундомер, и одновременно убирается закоротка с конденсатора.
  7. Как только тестер покажет напряжение 8,55 В, секундомер останавливается. Пусть это время составит 60 секунд.
  8. Используя формулу 3*t = 3*R*C, нужно вычислить ёмкость. Для рассматриваемого примера она составит: C = (60/3)/1000 = 0,02 Ф или 20 000 мкФ.

Такой алгоритм измерения нельзя назвать точным, но общее представление о ёмкости радиоэлемента он вполне способен дать.

Схема самодельного прибора

Схема самодельного прибора

Если есть познания в радиолюбительстве, можно собрать прибор для измерения ёмкости своими руками. Существует множество схемотехнических решений разного уровня сложности. Многие из них основаны на измерении частоты и периода импульсов в цепи с измеряемым конденсатором. Такие схемы сложны, поэтому проще использовать измерения, основанные на вычислении реактивного сопротивления при прохождении импульсов фиксированной частоты.

В основе схемы такого прибора лежит мультивибратор, частота работы которого определяется ёмкостью и сопротивлением резистора, подключёнными к выводам D1.1 и D1.2. С помощью переключателя S1 устанавливается диапазон измерения, то есть изменяется частота. С выхода мультивибратора импульсы поступают на усилитель мощности и далее на вольтметр.

Калибровка прибора проводится на каждом пределе с помощью эталонного конденсатора. Чувствительность устанавливается резистором R6.

Пробник оксидных конденсаторов

Надежность полупроводниковых приборов в современной аппаратуре возросла настолько, что на первое место по числу дефектов вышли оксидно-электролитические конденсаторы [1]. Связано это с наличием в них электролита. Воздействие повышенной температуры, рассеивание в конденсаторе мощности потерь, разгерметизация в уплотнениях корпуса приводят к пересыханию электролита. Идеальный конденсатор при работе в цепи переменного тока имеет только реактивное (емкостное) сопротивление. Реальный же конденсатор, для рассматриваемого далее случая, можно представить в виде идеального конденсатора и соединенного с ним последовательно резистора. Этот резистор называют эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора (далее ЭПС, в англоязычной литературе можно встретить аналогичный термин с аббревиатурой ESR – Equivalent Series Resistance).

На начальной стадии возникновения дефектов в оксидных конденсаторах происходит завышение ЭПС конденсатора. Из-за этого повышается мощность потерь, нагревающая конденсатор изнутри. Эта мощность прямо пропорциональна ЭПС конденсатора и квадрату силы тока его перезарядки. В дальнейшем процесс быстро прогрессирует, вплоть до полной потери емкости конденсатором.

Читайте так же:
Сколько обмоток у трансформатора

Появление дефектов в изделиях, где используются оксидные конденсаторы, может быть на разной стадии этого процесса. Все зависит от условий работы конденсатора, в том числе его электрических режимов и особенностей самого устройства. Сложность диагностики таких дефектов в том, что измерение емкости обычными приборами в большинстве случаев результатов не дает, так как емкость оказывается в пределах нормы или лишь незначительно занижена. Особенно требовательны к качеству оксидных конденсаторов источники питания с высокочастотными преобразователями, где такие конденсаторы использованы в качестве фильтров, и в цепях переключения силовых элементов на частотах до 100 кГц.

Возможность измерения ЭПС сделала бы реальной как выявление вышедших из строя конденсаторов (кроме короткого замыкания и утечки), так и раннюю диагностику еще не проявившихся дефектов аппарата. Для этого можно замерить комплексное сопротивление конденсатора на достаточно высокой частоте, на которой емкостное сопротивление значительно ниже допустимого ЭПС. Например, на частоте 100 кГц конденсатор емкостью 10 мкФ имеет емкостное сопротивление около 0,16 Ом, что уже достаточно малая величина.

Если подать сигнал такой частоты через токозадающий резистор на контролируемый конденсатор, напряжение на последнем будет пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Источником сигнала может быть любой подходящий генератор, причем форма сигнала особой роли не играет, а резистором может служить выходное сопротивление генератора. Для измерения напряжения на конденсаторе можно использовать осциллограф или милливольтметр переменного тока. Так, при уровне выходного сигнала генератора 0,6 В, сопротивлении резистора 600 Ом на конденсаторе с ЭПС, равным 1 Ом, измеряемое напряжение будет около 1 мВ, а при сопротивлении резистора 50 Ом – 12 мВ.

Практика диагностики дефектов оксидно-электролитических конденсаторов путем измерения ЭПС показала, что в подавляющем большинстве случаев в дефектных конденсаторах емкостью от 10 до 100 мкФ оно заметно превышает 1 Ом. Критерий этот не строгий и зависит от нескольких факторов. Принято считать, что хорошие конденсаторы емкостью от 10 до 100 мкФ имеют ЭПС в пределах 0,3…6 Ом в зависимости от емкости и рабочего напряжения [2]. Точность измерений для определения дефектных конденсаторов особой роли не играет. Вполне допустимой можно считать погрешность до 1,5…2 раз. Эти данные были использованы при разработке описываемого ниже прибора.

Кроме того, очень важна возможность измерений без демонтажа конденсаторов из устройства. Для этого необходимо, чтобы контролируемый конденсатор не был зашунтирован элементами с сопротивлением, близким к измеряемым значениям ЭПС, что в большинстве случаев выполняется. Полупроводниковые приборы влияния на результаты измерения не оказывают, так как измерительное напряжение на конденсаторе составляет единицы и десятки милливольт. Также желательно ограничить максимальное напряжение на щупах прибора значением 1…2 В и тока через них до 5…10 мА, чтобы не вывести из строя другие элементы устройства.

Что касается конструктивного оформления прибора, очевидно, он должен быть с автономным питанием и небольших размеров. Соединительные проводники и зажимы для подключения к проверяемым конденсаторам нежелательны. При работе с ними заняты обе руки, необходимо место для размещения самого прибора и приходится постоянно переводить взгляд с точек измерений на индикатор прибора.

Этим требованиям отвечает небольшой пробник с заостренными щупами.

Основные технические характеристики

Диапазон контролируемых значений ЭПС, Ом0,3 — 1,8 (1-й диапазон) и 1,2 -7,5 (2-й диапазон)
Индикациядискретная; светодиодная; пятиступенчатая
Частота измерительного сигнала, кГц60…80
Напряжение питания, В3
Ток потребления при измерениях, мА15
Примерные значения ЭПС (в зависимости от числа зажженных светодиодов от 1 до 5), Ом0,3; 0,5; 0,9; 1,4; 1,8 (1-й диапазон)
1,2; 2,2; 3,6; 5,4; 7,5 (2-й диапазон)
Размеры корпуса (без щупов), мм70x33x15

Дополнительно пробник может быть использован для оценки емкости электролитических конденсаторов — в авторском варианте исполнения примерно от 15 до 300 мкФ (2 диапазона).

Принципиальная схема пробника изображена на рис. 1.

Принципиальная схема пробника

На элементе DD1.1 выполнен генератор прямоугольных импульсов (частотозадающие элементы R2, C2). Резистор R3 задает ток через тестируемый конденсатор Cx, с которого сигнал с уровнем, пропорциональным ЭПС контролируемого конденсатора, поступает на вход предварительного усилителя на транзисторе VT1. Стабилитрон VD1 ограничивает импульсы напряжения при подключении щупов прибора к неразряженным конденсаторам. Остаточные напряжения на них не более 25…50 В для прибора не опасны.

На микросхеме DA1 выполнен пятиступенчатый светодиодный индикатор уровня, такая микросхема используется в некоторых видеоплеерах. В составе микросхемы: усилитель входного сигнала, линейный детектор, компараторы со стабилизаторами тока на выходах. Соотношения уровней входного сигнала, при которых включается следующий компаратор, соответствуют -10; -5; 0; 3; 6 дБ. Таким образом, весь диапазон индикации охватывает 16 дБ. Для зажигания всех светодиодов на вход микросхемы DA1 (выв. 8) необходимо подать сигнал с уровнем около 170 мВ. RC-цепь, подключенная к выводу 7, определяет постоянную времени его детектора. Резистор R10 ограничивает потребляемый светодиодами ток. Критерии выбора его значения: необходимая яркость свечения светодиодов с одной стороны и потребляемый от источника питания ток с другой.

Возможность использования микросхемы на частотах вплоть до 100 кГц была определена экспериментально. Минимальное паспортное значение напряжения питания микросхемы – 3,5 В, однако проверка нескольких экземпляров показала их работоспособность до напряжения 2,7 В, при дальнейшем его снижении светодиоды перестают светиться. Это свойство используется для контроля за состоянием элементов питания пробника.

Контролируемое значение ЭПС прибор индицирует по принципу: чем ниже сопротивление, тем меньше число зажженных светодиодов.

При замыкании контактов выключателя SA1 параллельно конденсатору C2 подключают еще и конденсатор C1. Частота генератора при этом будет снижена примерно до 1800 Гц, поэтому уровень сигнала на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть в основном от его емкости. Чем выше емкость, тем меньше число зажженных светодиодов. Следует заметить, что в этом режиме на показания пробника влияет и ЭПС конденсатора, поэтому диапазон контроля емкости отличается от расчетного.

Читайте так же:
Типы дефектов сварного шва при механизированной сварке

В пробнике применены чип-резисторы и конденсаторы, но можно использовать и другие малых размеров. Конденсаторы C3 – C6, C8 – керамические импортные малогабаритные. Их емкость некритична. Светодиоды VD2 – VD6 – микропотребляющие, светятся достаточно ярко уже при токе 0,5…1 мА. Можно применить другие светодиоды красного свечения, удовлетворяющие указанному требованию, например, КИПД-05А.

Выключатель SA1 – малогабаритный движковый, SB1 и SB2 – кнопочные мембранные, без фиксации в нажатом положении. Транзистор VT1 можно заменить на КТ315, КТ3102 (с любыми буквенными индексами) с коэффициентом передачи тока более 100. Источником питания пробника служат два щелочных элемента LR44 (357, G13) типоразмера 11,6×5,4 мм.

Рабочую частоту генератора контролируют на выходе DD1.2. Она должна быть в пределах 60…80 кГц. При необходимости ее устанавливают подбором элементов R2 или С2. Не следует исключать или снижать сопротивление резистора R1. Иначе при манипуляциях с пробником возможно защелкивание элемента DD1.1 с неопределенным уровнем на выходе. Напряжение на коллекторе транзистора VT1 должно быть в пределах 1…2 В, его устанавливают подбором резистора R5.

Генератор пробника (на рис. 1 выделен пунктирной рамкой) может быть выполнен по схеме, изображенной на рис. 2. Микросхема КР1211ЕУ1 использованная в данном генераторе имеет меньшие размеры по сравнению с КР1554ТЛ3.

Калибруют пробник, подключая в режиме измерения ЭПС в диапазоне «1.2 – 7.5 Ом» (кнопка SB1 отжата) безиндуктивные (непроволочные) резисторы к щупам и подбирая резистор R3. Показания в диапазоне «0,3 — 1,8 Ом» корректируют подбором резистора R7 при нажатой кнопке SB1. Необходимый диапазон контроля емкости в замкнутом положении контактов выключателя SA1 устанавливают подбором конденсатора С1, подключая к щупам конденсаторы с известной емкостью.

Рисунок печатной платы не приводится ввиду достаточной простоты устройства прибора и нежелательности привязки конструкции к конкретному типу корпуса. Щупы изготовлены из жесткой стальной или латунной проволоки диаметром 1 мм, концы слегка изогнуты и заострены. Расстояние между щупами – 4 мм, это позволяет, с учетом размеров контактных площадок на печатной плате, проверять конденсаторы с расстоянием между выводами от 2,5 до 7,5 мм. Кажущиеся неудобства, связанные с ориентацией положения прибора относительно выводов конденсаторов, проходят через несколько дней пользования им.

На фотографии показан внешний вид авторского варианта пробника. В качестве корпуса использован корпус дистанционного проводного выключателя от тифломагнитофона «Легенда П-405Т».

Фото пробника

При измерениях проверяемое изделие должно быть обесточено, конденсаторы, на которых могут сохраняться опасные напряжения, – разряжены. Щупы пробника нужно прижать к контактным площадкам платы, к которым припаян проверяемый конденсатор, и нажать на кнопку включения. Из-за переходных процессов кратковременно вспыхивают все светодиоды, после чего, по числу зажженных светодиодов можно оценить состояние конденсатора. Таким образом, время включения пробника для проверки одного конденсатора не превышает 1 с. Ориентировочно, для хороших конденсаторов емкостью от 22 мкФ и выше на рабочие напряжения до 100 В на 2-м диапазоне все светодиоды должны погаснуть. Конденсаторы меньшей емкости и на большее рабочее напряжение имеют более высокий ЭПС, поэтому могут светиться 1 – 3 светодиода.

Кнопка включения 1-го диапазона расположена рядом с кнопкой включения питания. При нажатии только кнопки включения питания контролируется ЭПС в диапазоне 1,2 – 7,5 Ом (в подавляющем большинстве случаев достаточно), при нажатии обеих кнопок – в диапазоне 0,3 – 1,8 Ом (конденсаторы в ответственных узлах и относительно большой емкости). Как показала практика, это намного удобнее, чем использовать переключатель пределов с фиксированным положением.

Работа с пробником

Критерии оценки пригодности оксидных конденсаторов зависят от выполняемых ими функций в узлах аппарата, электрических режимов, условий работы. Наиболее ответственные узлы: цепь управления ключевым транзистором в источниках питания с высокочастотным преобразованием, фильтры в таких источниках, в том числе с питанием от трансформатора строчной развертки телевизоров и мониторов, фильтр в цепи питания раскачки транзистора строчной развертки и т. п. Чем выше рабочая частота и токи перезарядки, тем качественнее должны быть используемые конденсаторы.

В вышеуказанных цепях следует использовать конденсаторы с температурным диапазоном до 105° С, имеющие значительно меньший ЭПС и более высокую надежность при повышенной температуре. При отсутствии под рукой таких элементов желательно оксидные конденсаторы шунтировать керамическими конденсаторами емкостью 0,33 – 1 мкФ. Иногда такие конденсаторы устанавливает производитель аппарата. Они могут исказить показания пробника в режиме измерения ЭПС (емкостное сопротивление конденсатора в 1 мкФ на частоте 80 кГц – около 2 Ом).

Случается, что дефектные конденсаторы, после выпаивания их из платы, при прозвонке прибором могут быть определены как исправные. Видимо, это связано с воздействием высокой температуры при демонтаже. Устанавливать такие конденсаторы обратно в устройство нет смысла – дефект рано или поздно возникнет снова. Это еще один довод в пользу проверки конденсаторов без их демонтажа.

Прибор создавался как «рабочая лошадка», которым удобно пользоваться практически в любых условиях, не имеет излишеств и предназначен не настолько для измерений, насколько для определения по принципу годен – негоден. Поэтому в сомнительных и особо ответственных случаях следует дополнительно проверить конденсаторы доступными способами или заменить их на заведомо исправные.

Эксплуатация 2-х вариантов пробника в условиях мастерской по ремонту телевизоров в течение 2 лет показала оптимальность их метрологических параметров и выбранного типа индикации. Резко повысилась производительность при диагностике, особенно в аппаратах, отработавших более 5 – 7 лет, появилась возможность ранней диагностики дефектов, связанных с постепенным ухудшением состояния оксидных конденсаторов. Ресурса элементов питания пробника хватает на 6 – 10 месяцев достаточно интенсивной эксплуатации.

В режиме контроля емкости на щупах прибора присутствует сигнал звуковой частоты. Его можно использовать для прозвонки акустических излучателей или для проверки прохождения сигнала в усилителях ЗЧ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector