Пробник оксидних конденсаторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

При ремонті сучасної побутової техніки один із найважчих дефектологічних процесів – це визначення справності конденсаторів. А вони "старіють" значно швидше за інші радіоелементи. Проблемі швидкого та надійного визначення несправного елемента під час ремонту та присвячена дана стаття.

Надійність напівпровідникових приладів у сучасній апаратурі зросла настільки, що перше місце за кількістю дефектів вийшли оксидно-електролітичні конденсатори [1]. Пов'язано це з наявністю в них електроліту. Вплив підвищеної температури, розсіювання в конденсаторі потужності втрат, розгерметизація в ущільненнях корпусу призводять до пересихання електроліту. Ідеальний конденсатор при роботі в ланцюзі змінного струму має лише реактивний (ємнісний) опір. Реальний же конденсатор, для даного випадку, можна розглядати у вигляді ідеального конденсатора і з'єднаного з ним послідовно резистора. Цей резистор називають еквівалентним послідовним опором конденсатора (далі ЕПС в англомовній літературі можна зустріти аналогічний термін з абревіатурою ESR - Equivalent Series Resistance).

На стадії виникнення дефектів в оксидних конденсаторах відбувається завищення ЕПС конденсатора. Через це підвищується потужність втрат, що нагріває конденсатор зсередини. Ця потужність прямо пропорційна ЕПС конденсатора та квадрату сили струму його перезаряджання. Надалі процес швидко прогресує, до повної втрати ємності конденсатором.

Поява дефектів у виробах, де використовуються оксидні конденсатори, можливо на різній стадії цього процесу. Все залежить від умов роботи конденсатора, у тому числі його електричних режимів та особливостей самого пристрою. Складність діагностики таких дефектів у цьому, що вимір ємності звичайними приладами здебільшого результатів це не дає, оскільки ємність виявляється у межах норми чи лише трохи занижена. Особливо вимогливі до якості оксидних конденсаторів джерела живлення з високочастотними перетворювачами, де такі конденсатори використані як фільтри, і в ланцюгах перемикання силових елементів на частотах до 100 кГц.

Можливість вимірювання ЕПС зробила б реальною як виявлення конденсаторів, що вийшли з ладу (крім короткого замикання і витоку), так і ранню діагностику дефектів апарату, що ще не виявилися. Для цього можна виміряти його комплексний опір на досить високій частоті, на якій ємнісний опір значно нижчий від допустимого ЕПС. Наприклад, на частоті 100 кГц конденсатор ємністю 10 мкФ має ємнісний опір близько 0,16 Ом, що вже досить мала величина.

Якщо подати сигнал такої частоти через резистор токозада на контрольований конденсатор, напруга на останньому буде пропорційно модулю його комплексного опору. Джерелом сигналу може бути будь-який відповідний генератор, причому форма сигналу особливої ​​ролі не грає, а резистором може бути вихідний опір генератора. Для вимірювання напруги на конденсаторі можна використовувати осцилограф або мілівольтметр змінного струму. Так, при рівні вихідного сигналу генератора 0,6, опорі резистора 600 Ом на конденсаторі з ЕПС, рівним 1 Ом, вимірювана напруга буде близько 1 мВ, а при опорі резистора 50 Ом - 12 мВ.

Практика діагностики дефектів оксидних конденсаторів шляхом вимірювання ЕПС показала, що в переважній більшості випадків дефектних конденсаторах ємністю від 10 до 100 мкФ воно помітно перевищує 1 Ом. Критерій цей не суворий і залежить від кількох факторів. Прийнято вважати, що добрі конденсатори мають ЕПС не більше 0,3... 6 Ом залежно від ємності та робочої напруги [2]. Точність вимірювань визначення дефектних конденсаторів особливої ​​ролі не грає. Цілком допустимою вважатимуться похибка до 1,5...2 разів. Ці дані були використані при розробці описуваного нижче приладу.

Крім того, дуже важлива можливість вимірювання без демонтажу конденсаторів з пристрою. Для цього необхідно, щоб контрольований конденсатор не був зашунтований елементами з опором, близьким до вимірюваних значень ЕПС, що в більшості випадків виконується. Напівпровідникові прилади впливу на результати вимірювання не надають, оскільки вимірювальна напруга на конденсаторі становить одиниці та десятки мілівольт. Також бажано обмежити максимальну напругу на щупах приладу значенням 1...2 і струму через них до 3...5 мА, щоб не вивести з ладу інші елементи пристрою.

Що стосується конструктивного оформлення приладу, очевидно, він має бути з автономним харчуванням та невеликими розмірами. Сполучні провідники та затискачі для підключення до конденсаторів, що перевіряються, небажані. Працюючи з ними зайняті обидві руки, необхідно місце розміщення самого приладу і доводиться постійно переводити погляд з точок вимірів на індикатор приладу.

Цим вимогам відповідає невеликий пробник із загостреними щупами.

Основні технічні характеристики

• Діапазон контрольованих опорів. Ом.....1,5...10
• Індикація.....дискретна світлодіодна п'ятиступінчаста
• Частота вимірювального сигналу, кГц.....60...80
• Напруга живлення, В.....3
• Струм споживання при вимірюваннях, мА.....10
• Зразкові значення опорів (залежно від числа запалених світлодіодів від 1 до 5) Ом.....1,5; 2,7; 4,8; 7; 10
• Розміри корпусу (без щупів), мм.....70x33x15

Додатково пробник може бути використаний для оцінки ємності електролітичних конденсаторів – в авторському варіанті виконання від 15 до 90 мкФ.

Принципова схема пробника зображено на рис. 1.

(Натисніть для збільшення)

На елементі DD1.1 цифрової мікросхеми виконаний генератор прямокутних імпульсів (частотозадаючі елементи R2, С2). Виходи інших елементів об'єднані збільшення навантажувальної здатності. Резистори R3, R4 і внутрішній опір елементів задають струм через конденсатор, що тестується Сx, з якого сигнал з рівнем, пропорційним ЕПС контрольованого конденсатора, надходить на вхід попереднього підсилювача на транзисторі VT1. Стабілітрон VD1 обмежує імпульси напруги при підключенні щупів приладу до нерозряджених конденсаторів. Залишкова напруга на них не більше 25... 50 В для приладу не є небезпечною.

На мікросхемі DA1 виконаний п'ятиступінчастий світлодіодний індикатор рівня, така мікросхема використана деяких відеомагнітофонах. У складі мікросхеми – підсилювач вхідного сигналу, лінійний детектор, компаратори зі стабілізаторами струму на виходах. Співвідношення рівнів вхідного сигналу, за яких включається наступний компаратор, відповідають -10; -5; 0; 3; 6 дБ. Таким чином, весь діапазон індикації охоплює 16 дБ. Для запалювання всіх світлодіодів на вхід мікросхеми DA1 (вив. 8) необхідно подати сигнал із рівнем близько 170 мВ. RC-ланцюг, підключений до висновку 7, визначає постійну часу його детектора. Резистор R12 обмежує споживаний світлодіодами струм. Критерії вибору його значення: необхідна яскравість свічення світлодіодів з одного боку та струм, що споживається від джерела живлення з іншого.

Елементи R6, С6 та R11, С7 – фільтри в ланцюгах живлення відповідних вузлів.

Можливість використання мікросхеми на частотах до 100 кГц було визначено експериментально. Мінімальне паспортне значення напруги живлення мікросхеми - 3,5 В, проте перевірка кількох екземплярів показала їхню працездатність до напруги 2,7 В, при подальшому його зниженні світлодіоди перестають світитися.

Контрольоване значення ЕПС прилад індикує за принципом: що нижчий опір, то менше число запалених світлодіодів. При замиканні контактів вимикача SA1 паралельно конденсатору С2 підключають ще й конденсатор С1. Частота генератора при цьому буде знижена приблизно до 1200 Гц, тому рівень сигналу на висновках конденсатора, що перевіряється, буде залежати в основному від його ємності. Чим вища ємність, тим менша кількість запалених світлодіодів.

У приладі застосовані чіп-резистори і конденсатори, але можна використовувати інші малих розмірів. Конденсатори C3-С5, С8, С10 – керамічні імпортні малогабаритні. Їхня ємність некритична. Світлодіоди VD2-VD6 - мікроспоживаючі, світяться досить яскраво вже за струму 0,5... 1 мА. Можна застосувати інші світлодіоди червоного свічення, що задовольняють зазначену вимогу, наприклад, КВП-05А.

Вимикач SA1 - малогабаритний двигун, SB1 - кнопковий, без фіксації в натиснутому положенні. Транзистор VT1 можна замінити на КТ315, КТ3102 (з будь-якими буквеними індексами) з коефіцієнтом передачі струму більше 100. Джерелом живлення пробника є два лужні елементи LR44 (357, G13) типорозміру 11,6x5,4 мм.

Робочу частоту генератора контролюють на резисторі R3. Вона має бути в межах 60...80 кГц. При необхідності її встановлюють підбором елементів R2 або С2. Напруга на колекторі транзистора VT1 має бути в межах 1,0...1,7, його встановлюють підбором резистора R8.

Калібрують пробник, підключаючи в режимі вимірювання ЕПС безіндуктивні (недротяні) резистори до щупів та підбираючи резистор R3. Необхідний діапазон контролю ємності в замкнутому положенні контактів вимикача SA1 встановлюють підбором конденсатора С1, підключаючи до щуп конденсатори з відомою ємністю.
Малюнок друкованої плати не наводиться через достатню простоту пристрою приладу та небажаність прив'язки конструкції до конкретного типу корпусу.

Зовнішній вигляд пробника показано на рис. 2.

Щупи виготовлені з жорсткого сталевого дроту діаметром 1 мм, кінці злегка вигнуті та загострені. Відстань між щупами - 4 мм, це дозволяє з урахуванням розмірів контактних майданчиків на друкованій платі перевіряти конденсатори з відстанню між висновками від 2,5 до 7,5 мм. Незручності, пов'язані з орієнтацією положення приладу щодо висновків конденсаторів, проходять через кілька днів користування ним.

При вимірюваннях виріб повинен бути знеструмлений, конденсатори, на яких можуть зберігатися небезпечні напруги, - розряджені. Щупи пробника потрібно притиснути до контактних майданчиків плати, до яких припаяний конденсатор, що перевіряється, і натиснути на кнопку включення. Через перехідні процеси короткочасно спалахують всі світлодіоди, після чого за кількістю запалених світлодіодів можна оцінити стан конденсатора. Таким чином, час увімкнення пробника для перевірки одного конденсатора не перевищує 1 с. Для хороших конденсаторів ємністю від 10 мкФ і вище на робочу напругу до 100 В усі світлодіоди повинні згаснути. Конденсатори меншої ємності та на більшу робочу напругу мають вищий ЕПС, тому можуть світитися 1-2 світлодіоди.

Критерії оцінки придатності оксидних конденсаторів залежить від виконуваних ними функцій у вузлах апарату, електричних режимів, умов роботи. Найбільш відповідальні вузли: ланцюг управління ключовим транзистором в джерелах живлення з високочастотним перетворенням, фільтри в таких джерелах, у тому числі з живленням від трансформатора малої розгортки телевізорів і моніторів, фільтр в ланцюгу живлення "розгойдування" транзистора малої розгортки і т.п. робоча частота і струми перезарядки, тим якісніше повинні бути конденсатори, що використовуються.

У вищезгаданих ланцюгах слід використовувати конденсатори з температурним діапазоном до 105 °С, що мають значно менший ЕПС та більш високу надійність при підвищеній температурі. За відсутності під рукою таких елементів бажано оксидні конденсатори шунтувати керамічними конденсаторами ємністю 0,33-1 мкФ. Іноді такі конденсатори встановлює виробник апарату. Вони можуть спотворити показання пробника в режимі вимірювання ЕПС (ємнісний опір конденсатора 1 мкФ на частоті 80 кГц - близько 2 Ом).

Трапляється, що дефектні конденсатори, після випаювання їх із плати, при продзвонюванні приладом можуть бути визначені як справні. Очевидно, це пов'язано з впливом високої температури під час демонтажу. Встановлювати такі конденсатори назад у пристрій немає сенсу – дефект рано чи пізно виникне знову. Це ще один аргумент на користь перевірки конденсаторів без їх демонтажу.

Прилад створювався як "робоча конячка", яким зручно користуватися практично в будь-яких умовах, не має надмірностей і призначений не настільки для вимірювань, наскільки для визначення за принципом "придатний - негідний". Тому в сумнівних та особливо відповідальних випадках слід додатково перевірити конденсатори доступними способами або замінити їх на справно.

Експлуатація пробника за умов майстерні з ремонту телевізорів протягом 6 місяців показала оптимальність його метрологічних параметрів та обраного типу індикації. Різко підвищилася продуктивність при діагностиці, особливо в апаратах, що відпрацювали понад 5-7 років, з'явилася можливість ранньої діагностики дефектів, пов'язаних із поступовим погіршенням стану оксидних конденсаторів. Елементи харчування пробника за цей період міняти не довелося.

Діапазон контрольованих значень ЕПС пробника можна розширити у бік нижчих опорів, збільшивши струм через конденсатор, що перевіряється. Для цього потрібно замінити мікросхему DD1 на КР1554ТЛЗ, що дозволить підвищити вихідний струм генератора, зменшивши опір резистора R3. Достатньо використовувати лише один елемент мікросхеми в генераторі, підключивши його вихід до лівого, за схемою, виводу резистора R3. Входи елементів, що не використовуються (висновки 4, 5, 9, 10, 12, 13) з'єднати із загальним проводом. Споживаний приладом струм зросте. Таким шляхом можна знизити нижню межу контролю ЕПС до 0,5... 1 Ом. Для перекриття рекомендованого діапазону значень ЕПС доведеться ввести перемикач меж, використовуючи два резистора, що перемикаються, замість одного резистора R3.

Можна додати ще один діапазон вимірювання ємності, застосувавши перемикач SA1 на три положення та додавши ще один конденсатор, аналогічний С1. Рекомендовані діапазони: 7...40 та 40...220 мкФ (частота генератора - приблизно 2400 та 550 Гц).

У режимі вимірювання ємності на щупах приладу є сигнал звукової частоти. Його можна використовувати для продзвонювання акустичних випромінювачів або перевірки проходження сигналу в підсилювачах 3Ч.

література

1. Омельяненко О. Вимірювач ESR електролітичних конденсаторів. – Ремонт електронної техніки, 2002, № 2, с. 37.
2. Чулков В. Прилад для перевірки електролітичних конденсаторів ESR. – Ремонт електронної техніки, 2002, № 6, с. 32.

Автор: Р.Хафізов, м.Сарапул, Удмуртія

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Перспективний матеріал для літій-іонних акумуляторів 21.06.2013 Вчені з Мюнхенського технічного університету розробили матеріал, який відкриває шлях для створення акумуляторів з великою ємністю та тривалим терміном служби. Найголовніше, що створено цей матеріал на основі бору та кремнію, які дешеві та доступні. Матеріал, з якого виготовлені електроди літій-іонних акумуляторів, має вирішальне значення для ємності батареї. Досі негативний електрод зазвичай виготовляють із графіту, шари якого здатні зберігати атоми літію. Однак ємність графіту обмежена прийняттям 1 атома літію на 6 атомів вуглецю. Для порівняння, кремній може прийняти до 10 разів більше літію, але, на жаль, у ході цього процесу кремній сильно розширюється, що різко знижує такі найважливіші характеристики літій-іонних акумуляторів, як довговічність, здатність швидко заряджатися та віддавати потужний струм. У пошуках альтернативи чистому кремнію німецькі вчені синтезували особливі тривимірні структури, що складаються з бору та кремнію (LiBSi2). Як і атоми вуглецю, атоми бору і кремнію з'єднані в особливу структуру у формі тетраедра, але, на відміну від алмазу, вони утворюють канали, здатні зберігати атоми літію. Електрод на основі цієї структури має бути унікальним і за ємністю, і за міцністю. Особливо важливий останній параметр, оскільки літій-іонні акумулятори досить тендітні і чутливі до перепадів температури та перегріву. Електроди з LiBSi2 стійкі до впливу повітря, води та витримують нагрівання до 800 градусів за Цельсієм. Поки вчені ще не визначили, скільки саме атомів літію може зберігати нова структура, і чи вона розширюватиметься під час зарядки. Тим не менш, розробники впевнені, що їх новий матеріал перевершить кремній і, тим більше, графіт стане відмінною сировиною для виготовлення електродів акумуляторів нового покоління. Слід зазначити, що німці виготовили свій новий тип електрода в лабораторії Університету штату Арізона, де була можливість створити тиск у 100 тисяч атмосфер та температуру близько 900 градусів за Цельсієм. Завдяки цьому вдалося виготовити "алмаз", здатний утримувати літій.

Інші цікаві новини:

▪ Як мозок запам'ятовує обличчя

▪ Запрацювала найбільша у світі плавуча вітроелектростанція Hywind Tampen

▪ Пластир проти облисіння

▪ Комп'ютер Commodore C64 Mini

▪ Небезпека надто довгого сну

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Біографії великих вчених. Добірка статей

▪ стаття Місто, зони підвищеної небезпеки. Заходи безпеки. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Що таке лубок? Детальна відповідь

▪ стаття Комірник. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Проста світлодіодна лампа для сходового майданчика. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Доопрацювання радіостанції ALAN-100+. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024