Google translate

Материалы

Проверка оксидных конденсаторов

     Электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой - из материала, пропитанного электролитом. Диэлектриком в конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.


       В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется т. н. переходное сопротивление, достигающее порою десятков Ом. Это эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе. Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого "резистора", что еще больше усугубляет разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора - это известное радиолюбителям "высыхание", когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, т.к. емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10 - 20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение Эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов (причем всего до 3 - 5 Ом) на работе импульсных блоков питания, вызывая выход из строя дорогостоящих транзисторов или микросхем.

      Принцип работы описываемых измерителей эквивалентного последовательного сопротивления основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е. по сути - это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известно,

что Хс = 1/ 2ПfC (1), где Хс - емкостное сопротивление. Ом; f - частота, Гц; С - емкость, Ф.

Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ - 0,016 Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений и не нужна. Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, в технических условиях максимальное значение ESR задают именно на этой частоте. Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемые же измерители работают с генераторами прямоугольных импульсов. Но, как было замечено выше, нам нужна не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например, 0,5 и 5 Ом.

Рассмотрим работу схемы простейшего измерителя ESR. Сразу следует сделать оговорку, что суть электрических процессов, происходящих в схеме, для облегчения понимания дается в несколько упрощенном виде.

На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2) и буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4). Частота генерации определяется элементами С2 и R1 и приблизительно равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор СЗ и резистор R2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде VD1 включен микроамперметр РА1, по шкале которого отсчитывается значение ESR. Конденсатор С4 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.  При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2), это ее положение соответствует бесконечному значению ESR.

Если теперь подключить исправный оксидный конденсатор Сх параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению (помните, при С = 10 мкФ, Хс = 0,16 Ом на частоте 100 кГц), конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя упадет практически до нуля. При наличии же в измеряемом конденсаторе какого-либо из описанных выше дефектов, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка отклонится на некоторый угол. Чем больше будет ESR, тем больший ток будет течь через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению "бесконечность" будет отклоняться стрелка. Шкала прибора нелинейна и напоминает шкалу омметра обычного тестера. В качестве измерительной головки можно использовать любой микроамперметр на ток до 500 мкА, хорошо подходят головки от индикаторов уровня записи магнитофонов. Градуировать шкалу не обязательно, достаточно засечь, где будет находиться стрелка, подключая калибровочные резисторы. Но об этом поговорим чуть позже. Благодаря разделительному повышающему трансформатору, напряжение на измерительных щупах прибора не превышает значения 0,05 - 0,1 В, при котором еще не открываются переходы полупроводниковых приборов. Это дает возможность проверять конденсаторы, не выпаивая их из схемы!

Нетрудно заметить, что если к схеме подключить неисправный конденсатор, имеющий пробой диэлектрика, стрелка прибора так же, как и в случае проверки исправного конденсатора, упадет до нулевой отметки. Для устранения указанного недостатка в схему введен переключатель S1. В верхнем положении контактов (как показано на схеме) прибор работает как измеритель ESR, и стрелка измерительной головки отклоняется под воздействием выпрямленного напряжения генератора. В нижнем же положении контактов переключателя S1 стрелка измерителя отклоняется под воздействием постоянного напряжения источника питания, а измеряемый конденсатор подключается параллельно головке. Процедура измерения выглядит так: подключаем щупы к измеряемому конденсатору и наблюдаем за стрелкой. Допустим, стрелка упала до нуля, по части ESR конденсатор исправен. Переключаем S1 в нижнее положение. При исправном конденсаторе стрелка измерительного прибора должна вернуться в положение "бесконечность", т.к. конденсаторы не проводят (вернее сказать: не должны проводить ) постоянный ток. Пробитый же конденсатор зашунтирует головку, и стрелка измерителя останется в нулевом положении. Отклонения стрелки на конечную отметку шкалы на постоянном токе (в нижнем положении S1) добиваются подбором резистора R3.

Для защиты измерительной головки от механических повреждений импульсом разрядного тока (при случайном подключении измерительных щупов к заряженному конденсатору) служат диоды VD2, VD3. Заряженный конденсатор будет разряжаться через обмотку I трансформатора Т1.

Наличие переключателя S1 дает возможность "прозванивать" проводники печатной платы, позволяя выявлять обрывы, микротрещины или случайные замыкания между дорожками. На переменном токе этого сделать нельзя, т. к., например, из-за наличия в схеме блокировочного конденсатора, прибор покажет замыкание между общим проводом и проводником питания.

Существуют и другие области применения прибора. С его помощью, благодаря наличию генераторе импульсов, можно проверять исправность трактов РЧ и ПЧ радиоприемников и телевизоров, а также видеоусилители, формирователи импульсов и т.д. Спектр гармоник сигнала прямоугольной формы генератора, работающего на частоте 100 кГц, простирается вплоть до сотен мегагерц. Телевизор реагирует на подключение щупов прибора даже к антенному входу ДМВ диапазона. В диапазоне MB на экране телевизора отчетливо просматриваются горизонтальные полосы.

Чтобы иметь возможность проверять тракты ЗЧ, в схему прибора введен еще один переключатель (S2), с помощью которого частота генератора импульсов понижается до 1 кГц. Кроме того, измерения показали, что потребляемый прибором ток не превышает 3-5 мА. Питать  прибор можно от батарейки типа "Крона" через маломощный 5-вольтовой стабилизатор. Переключателем S3 включается питание прибора.

Длительная работа с прибором позволила выявить еще один "скрытый резерв" - при помощи него можно проверять катушки индуктивности (обмотки трансформаторов) на предмет наличия короткозамкнутых витков. При этом прибор измеряет все то же реактивное сопротивление, только на этот раз индуктивное (XL). Индуктивное сопротивление можно рассчитать по формуле:

XL = 2ПfL (2), где XL - индуктивное сопротивление, Ом; t - частота, Гц; L - индуктивность, Гн.

Например, катушка индуктивностью в 100 микрогенри (мкГн) на частоте 100 кГц будет иметь индуктивное сопротивление XL = 62,8 Ом (при синусоидальной форме тока). Если такую катушку подключить к нашему прибору, стрелка измерителя практически останется в положении "бесконечность", отклонение будет едва заметно. Наличие же в обмотке катушки короткозамкнутого витка (витков) приведет к резкому уменьшению индуктивного сопротивления до единиц Ом, и стрелка прибора в этом случае покажет какое-то малое сопротивление. Индуктивность катушек, применяемых в радиотехнических устройствах, может находиться в очень широких пределах - от единиц микрогенри в ВЧ дросселях до десятков генри в силовых трансформаторах, поэтому проверка катушек с большой индуктивностью на частоте 100 кГц может вызвать затруднения. Чтобы проверять такие катушки (например, первичные обмотки силовых трансформаторов), частоту генератора нужно установить в 1 кГц (переключателем S2).

Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце с внешним диаметром 10-15 мм и магнитной проницаемостью 600-2000 (значения не критичны). Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,4-0,5 мм, вторичная - 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1-0,15 мм. В качестве провода для "первички" отлично подходит монтажный провод марки МГТФ-0,5. Диод VD1 обязательно должен быть германиевым, например, типов Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5-0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы прибора в области измерения малых сопротивлений. Германиевые же диоды начинают проводить ток при прямом напряжении 0,1-0,2 В. Правильно собранный прибор начинает работать сразу, нужно только лишь подобрать сопротивление резисторов, как было указано выше. Чтобы облегчить настройку, в качестве резисторов R2 и R3 можно использовать подстроечные резисторы.

Задающий генератор можно собран и по другой схеме, важно лишь, чтобы частота сигнала генератора была около 100 кГц. Можно вообще обойтись без внутреннего генератора, используя уже имеющийся в распоряжении стационарный генератор и стрелочный авометр, а прибор оформить в виде приставки к ним.

Градуируют прибор с помощью нескольких постоянных резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, замечаем, где будет нулевая отметка шкалы. Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими, сечением 0,75-1 мм2. Далее подключаем два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и замечаем положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом. Затем подключаем резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и замечаем положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, т. к. электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом, хотя и могут работать, например, в качестве разделительных в УНЧ, однако вызывают большие сомнения в их долговечности.

Значение ESR новых исправных конденсаторов зависит от фирмы-изготовителя, типа, свойств применяемых при изготовлении материалов и др. Повышенным (до 3-6 Ом) ESR обладают большинство конденсаторов емкостью 1-4,7 мкФ на напряжение 50-400 В, а также низковольтные сверхмалогабаритные конденсаторы. Проверенный же конденсатор, например, емкостью 1000 мкФ на 16 В, имеющий ESR 5 Ом, явно "нехороший" и подлежит замене. Как было отмечено выше, в особо ответственных узлах радиоаппаратуры, например, в импульсных блоках питания, схемах развертки телевизоров, должны использоваться качественные конденсаторы с ESR не более 0,5-1 Ом.

Для проверки возможности прибора обнаруживать коротко-замкнутые витки проведите такой эксперимент: подключите прибор к исправному дросселю, например, ДМ - 0,1 с индуктивностью 20-100 мкГн, при частоте 100 кГц. Стрелка слегка отклонится в сторону уменьшения измеряемого сопротивления. Затем намотайте поверх дросселя пару витков монтажного провода со снятой изоляцией и скрутите вместе его концы. Снова подключите прибор: на этот раз стрелка должна отклониться на значительно больший угол, показывая сопротивление несколько Ом. В любом случае функция проверки катушек является дополнительной.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить