Пробник оксидных конденсаторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

При ремонте современной бытовой техники один из самых трудных дефектологических процессов - это определение исправности конденсаторов. А они "стареют" значительно быстрее остальных радиоэлементов. Проблеме быстрого и надежного определения неисправного элемента при ремонте и посвящена данная статья.

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.

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 его комплексное сопротивление 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 оксидных 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 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 3...5 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 сопротивлений. Ом.....1,5...10
• Индикация.....дискретная светодиодная пятиступеньчатая
• Частота измерительного сигнала, кГц.....60...80
• Напряжение питания, В.....3
• Ток потребления при измерениях, мА.....10
• Примерные значения сопротивлений (в зависимости от числа зажженных светодиодов от 1 до 5), Ом.....1,5; 2,7; 4,8; 7; 10
• Размеры корпуса (без щупов), мм.....70x33x15

Дополнительно пробник может быть использован для оценки емкости электролитических конденсаторов - в авторском варианте исполнения от 15 до 90 мкФ.

Принципиальная схема пробника изображена на рис. 1.

(нажмите для увеличения)

На элементе DD1.1 цифровой микросхемы выполнен генератор прямоугольных импульсов (частотозадающие элементы R2, С2). Выходы остальных элементов объединены для увеличения нагрузочной способности. Резисторы R3, R4 и внутреннее сопротивление элементов задают ток через тестируемый конденсатор Сx, 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 использована в некоторых видеомагнитофонах. 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 R12 ограничивает потребляемый светодиодами ток. Критерии выбора его значения: необходимая яркость свечения светодиодов с одной стороны и потребляемый от источника питания ток с другой.

Элементы R6, С6 и R11, С7 - фильтры в цепях питания соответствующих узлов.

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.

Контролируемое значение ЭПС прибор индицирует по принципу: чем ниже сопротивление, тем меньше число зажженных светодиодов. При замыкании контактов выключателя SA1 параллельно конденсатору С2 подключают еще и конденсатор С1. Частота генератора при этом будет снижена примерно до 1200 Гц, поэтому уровень сигнала на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть в основном от его емкости. Чем выше емкость, тем меньше число зажженных светодиодов.

В приборе применены чип-резисторы и конденсаторы, но можно использовать и другие малых размеров. Конденсаторы C3-С5, С8, С10 - 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 - кнопочный, 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 11,6x5,4 мм.

Рабочую частоту генератора контролируют на резисторе R3. Она должна быть в пределах 60... 80 кГц. При необходимости ее устанавливают подбором элементов R2 или С2. Напряжение на коллекторе транзистора VT1 должно быть в пределах 1,0... 1,7 В, его устанавливают подбором резистора R8.

Калибруют пробник, подключая в режиме измерения ЭПС безындуктивные (непроволочные) резисторы к щупам и подбирая резистор R3. 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.

Внешний вид пробника показан на рис. 2.

Щупы изготовлены из жесткой стальной 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.

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. Для хороших конденсаторов емкостью от 10 мкФ и выше на рабочие напряжения до 100 В все светодиоды должны погаснуть. Конденсаторы меньшей емкости и на большее рабочее напряжение имеют более высокий ЭПС, поэтому могут светиться 1-2 светодиода.

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 пробника в условиях мастерской по ремонту телевизоров в течение 6 месяцев показала оптимальность его 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. Элементы питания пробника за этот период менять не пришлось.

Диапазон контролируемых значений ЭПС пробника можно расширить в сторону более низких сопротивлений, увеличив ток через проверяемый конденсатор. Для этого нужно заменить микросхему DD1 на КР1554ТЛЗ, что позволит повысить выходной ток генератора, уменьшив сопротивление резистора R3. Достаточно использовать лишь один элемент микросхемы в генераторе, подключив его выход к левому, по схеме, выводу резистора R3. Входы неиспользуемых элементов (выводы 4, 5, 9, 10, 12, 13) соединить с общим проводом. Потребляемый прибором ток возрастет. Таким путем можно снизить нижний предел контроля ЭПС до 0,5... 1 Ом. Для перекрытия рекомендуемого диапазона значений ЭПС придется ввести переключатель пределов, используя два переключаемых резистора вместо одного резистора R3.

Можно добавить еще один диапазон измерения емкости, применив переключатель SA1 на три положения и добавив еще один конденсатор, аналогичный С1. Рекомендуемые диапазоны: 7...40 и 40...220 мкФ (частота генератора - примерно 2400 и 550 Гц).

В режиме измерения емкости на щупах прибора присутствует сигнал звуковой частоты. Его можно использовать для прозвонки акустических излучателей или для проверки прохождения сигнала в усилителях 3Ч.

Литература

1. Омельяненко А. Измеритель ESR электролитических конденсаторов. - Ремонт электронной техники, 2002, № 2, с. 37.
2. Чулков В. Прибор для проверки ESR электролитических конденсаторов. - Ремонт электронной техники, 2002, № 6, с. 32.

Автор: Р.Хафизов, г.Сарапул, Удмуртия

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Океанское золото и миф о неисчерпаемом богатстве 29.09.2025 С древних времен золото воспринималось как символ богатства и могущества. Этот металл всегда был в дефиците, что только усиливало его ценность. Сегодня известно, что золото в небольших количествах присутствует даже в морской воде, и на первый взгляд может показаться, что человечество нашло бесконечный источник драгоценного металла. Однако реальность оказалась куда сложнее и менее заманчивой. Основные потоки золота попадают в океан вместе с речными водами в виде микроскопических частиц. Дополнительно металл выбрасывают в морскую толщу гидротермальные источники на дне океана. Но при этом золото в воде существует не как привычные песчинки или крупицы, а в форме соединений с хлоридами. Именно по этой причине оно не оседает на морском дне, а остается равномерно распределенным в колоссальных объемах океанской воды. Еще в конце XX века ученые установили, что концентрация растворенного золота в Атлантическом океане и в северо-восточной части Тихого колеблется в пределах 50-150 фемтомоль на литр. Если перевести эти величины в более понятные единицы, то это триллионные доли грамма на литр. Даже сам факт обнаружения таких концентраций требует применения высокоточных методов анализа и сложного лабораторного оборудования. Чтобы извлечь хотя бы 1 грамм чистого золота, необходимо переработать около 100 миллионов тонн морской воды. При таких масштабах становится очевидно, что промышленная добыча золота из океана невозможна: стоимость перекачки и обработки воды во много раз превысила бы ценность самого металла. Некоторые эксперименты в лабораториях доказали, что теоретически золото можно выделять из морской воды с помощью новейших технологий. Однако на практике эти методы пока остаются лишь демонстрацией научных возможностей. Даже опреснительные заводы, которые ежедневно перерабатывают миллионы литров, не имеют технической возможности параллельно извлекать золото - экономическая невыгодность такого процесса слишком велика. Следует отметить, что часть золота в океанах все же находится не в растворенном виде, а заключена в сульфидные минералы и твердые отложения у подводных источников. Но и здесь перспективы разочаровывают: подобные месторождения залегают на глубине от полутора до трех километров, что делает их разработку чрезвычайно дорогостоящей и технически сложной. По расчетам специалистов, общее количество золота, растворенного в мировом океане, составляет около 14 тысяч тонн. Для сравнения, эта масса примерно вдвое превышает вес знаменитой Эйфелевой башни в Париже. Хотя океаны и хранят в себе огромное количество золота, практическая добыча этого металла из морской воды пока остается скорее научной фантазией, чем реальной перспективой. Человечеству, вероятно, еще предстоит научиться работать с такими концентрациями, но сегодня золотые запасы океана остаются недосягаемыми.

Другие интересные новости:

▪ Педали впереди делают велосипед удобнее

▪ ПриватБанк обезвредил группу скиммеров

▪ Бесплатный телевизор Telly с дополнительным экраном для рекламы

▪ Столетняя батарея на бактериях

▪ 10" планшет Fujitsu Arrows Tab Wi-Fi FAR70B

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Крылатые слова, фразеологизмы. Подборка статей

▪ статья Шалаш вашего сада. Советы домашнему мастеру

▪ статья Какое животное самое большое в мире? Подробный ответ

▪ статья Инженер по безопасности движения. Должностная инструкция

▪ статья Ксилолитовые полы и облицовка стен. Простые рецепты и советы

▪ статья Микросхемы. Цифровой сигнальный процессор SAA7706H для автомобильного аудиокомплекса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026