Прилад для перевірки електролітичних конденсаторів - Вимірювання - Придністровський портал
Майстри, що ремонтують радіоапаратуру, добре знають, як часто у відмові апаратури винен електролітичний конденсатор. Причому несправність конденсатора полягає не у втраті ємності, а у збільшенні активного паразитного опору та звичайний вимірювач ємності не дозволяє виявити таку несправність.
Небагато інформації для радіоаматорів, які починають займатися ремонтом радіоапаратури. Існує великий клас несправностей радіоелектронної апаратури, пов'язані з відмовами електролітичних конденсаторів. Електролітичні конденсатори - це складні електрохімічні пристрої, що містять рідкий активний електроліт, у яких застосовується точкове зварювання та клепка хімічно несумісних металів. Виготовлення електролітичних конденсаторів вимагає строгого дотримання технологічної дисципліни, так як найменше її порушення веде до відмов компонентів. Оскільки електролітичні конденсатори використовуються найчастіше як фільтри живлення і перехідні конденсатори, відбувається поступове погіршення якості роботи апаратури. Збільшується кількість перешкод на екрані телевізора, підсилювачі починають все більше «фонувати», звук у них поступово втрачає баси, а мікроконтролери, що управляють, все частіше починають давати збої. Споживачі зазвичай такі дефекти навіть не належать до поломок, а вважають це результатом старіння апаратури. Але навіть коли відмова конденсатора призвела до повної непрацездатності пристрою, заміна конденсатора, що відмовила, не гарантує якісного ремонту. Адже велика ймовірність того, що й інші конденсатори у пристроївже на межі відмови, і це призведе до повторних ремонтів. Тому деякі майстри воліють у разі відмови одного з електролітичних конденсаторів замінювати на платі всі конденсатори на нові.
Діагностика електролітичних конденсаторів ґрунтується на принципі: «опір конденсатора має бути нескінченно більшим на постійному струмі і гранично малим на високій частоті». Опір конденсатора на постійному струмі легко перевірити за допомогою омметра, що працює на постійному струмі. Для перевірки опору конденсаторів на високій частоті існують спеціальні прилади – вимірювачі послідовного еквівалентного опору (ESR). Відомі прилади із цифровою індикацією мають високу вартість. Цифрова індикація, необхідна при точних вимірах, виявляється незручною для якісних швидких оцінок. До того ж конструкція щупів, незважаючи на використання цифрової корекції, не дозволяє проводити правильні вимірювання дуже малих опорів. Це пов'язано з тим, що прилади вимірює модуль комплексного опору ланцюга між своїми клемами, але він складається з суми опору щупів і опору конденсатора, що Тестується. Теоретично можна відняти опір щупів від сумарного опору ланцюга і отримати точний знак опору конденсатора. Але на практиці комплексний опір щупів у процесі вимірювань змінюється через нестабільність контакту в клемах приладу, зміни індуктивності проводів при зміні їхнього взаємного розташування та впливу на них навколишніх предметів. Все цене дозволяє правильно оцінювати надмалі опори.
Опис приладу
Прилад, який можна зібрати з набору працює на принципі тестування конденсатора змінним струмом фіксованої величини. У цьому випадку падіння напруги на конденсаторі прямо пропорційне модулю його комплексного опору. Такий прилад реагує не тільки на збільшений внутрішній опір, а й на втрату ємністю конденсатором. Функціонально прилад складається з трьох основних вузлів: генератора прямокутних імпульсів, прецизійного перетворювача змінної напруги в постійну напругу та індикаційного блоку Рис. 3).
Генератор прямокутних імпульсів виконаний на логічній інтегральній схемі DA1. що складається із шести логічних елементів НЕ. Перетворювач змінної напруги на постійну напругу виконаний на спеціалізованій інтегральній мікросхемі DA2. Мікросхема має широкий діапазон лінійного перетворення змінного на постійну напругу (40 дБ). Блок індикації виконано на мікросхемі спеціалізованого підсилювача індикації DA3. У приладі використаний аналоговий індикатор на 10 світлодіодах із логарифмічною шкалою. Шкала вимірника нелінійна. Вона стиснута області великих опорів і розтягнута області малих опорів. Така шкала зручна для зчитування показань та забезпечує наочний відлік у широкому діапазоні вимірювань. Для додаткового розширення діапазону вимірювань в пристрій введено перемикач діапазонів.
Інша особливість приладу – це використання чотирипровідної схеми підключення вимірювальних щупів. При такій схемі до вимірюваного конденсатора двома проводами підводиться сигнал від генератора, а іншими двома проводами до того ж конденсатору підключається вимірювальний ланцюг. Між собою ці двіпари дротів з'єднуються тільки на конденсаторі. За такої схеми підключення опір з'єднувальних проводів не впливає на результати змін, що дозволило надійно реєструвати опір порядку 0,05 Ом.
Основні технічні характеристики пристрою демонструють можливості його застосування.
Технічні характеристики
Напруга живлення [В]. 6 (4 елементи AAA)
Струм споживання, трохи більше [мА]. 100
Щіапазон виміру малих опорів [Ом]. 0.1-3
Діапазон виміру великих опорів [Ом]. 1.0-30
Індикація. 10 світлодіодів
Формат індикації. «стовп, що світиться»/«точка, що біжить»
Габаритні розміри корпусу [мм]. 120x70x20
Принцип дії
Прилад виконаний у корпусі BOX-G080 (Мал. 1 ). У корпусі закріплена друкована плата та касета на 4 батареї розміру AAA (Мал. 2 ).
Принцип дії пристрою полягає в наступному. На дільник напруги, утворений зразковим резистором і конденсатором, що перевіряється, подається змінна напруга з генератора прямокутних імпульсів. Конденсатор включений у нижнє плече дільника. З виходу дільника змінна напруга пропорційна ESR вимірюваного конденсатора надходить на вхід перетворювача змінної напруги в постійну напругу. З виходу перетворювача постійна напруга надходить на блок індикації, який перетворює постійна напруга, що надійшла на його вхід, у відповідну йому кількість світлодіодів, що світяться. Таким чином, вимірюване значення ESR в приладі перетворюється на кількість світлодіодів, що «горять».
Розглянемо електричну схему пристрою. На мікросхемі DA1 (HEF4049BP) виконаний генератор прямокутних імпульсів, частота якого визначається елементами ланцюга, що задає час.Rl, C1 (-80 кГц). З виходу генератора (висновки 2, 4, 6, 11, 15 DA1) прямокутні імпульси надходять на конденсатор СЗ і далі на дільник напруги, утворений резистором R3/R2 і випробуваним конденсатором С. Перемикач SW1 дозволяє в якості верхнього плеча дільника вибрати R2. Так як значення вимірюваних опорів набагато менше номіналів струмообмежувальних резисторів, можна вважати, що конденсатор тестується фіксованим струмом. Напруга на конденсаторі визначатиметься його ємнісним опором та ESR, тобто буде прямо пропорційно його комплексному опору.
Змінна напруга з випробуваного конденсатора через конденсатор С4 надходить на вхід (висновок 5 DA2) мікросхеми перетворювача КР157ДА1. Мікросхема є здвоєним лінійним детектором з динамічним діапазоном більше 50 дБ. Тут ця мікросхема використана у нестандартному включенні. Одна половина включена в режимі лінійного підсилювача змінного струму з коефіцієнтом посилення близько 10, а інша в режимі лінійного детектора. Таке включення дозволило збільшити чутливість приладу без збільшення постійного усунення на виході детектора. Мікросхема з високою точністю перетворює змінну напругу на її вході в пропорційну йому постійну напругу на її виході. Оскільки вхідна напруга, що знімається з конденсатора, пропорційно вимірюваному значенню ESR, напруга на виході перетворювача буде також пропорційно ESR.
З виходу перетворювача (висновок 12 DA2), постійна напруга надходить на фільтр R9, С7, що згладжує, і далі на вхід логарифмічного індикатора на мікросхемі LM3915 (висновок 5 DA3). Значення сигналу з кроком 3 дБ відображаються лінійкою із 10 світлодіодів. Використання логарифмічного індикатора дозволилозабезпечити широкий діапазон вимірюваних значень при відносно невеликій кількості світлодіодів індикації. Особливістю включення мікросхеми є те, що опорна напруга на висновок мікросхеми 6 подається не від внутрішнього стабілізатора, а з дільника R10, R12, підключеного безпосередньо до шини живлення. При цьому включенні при зниженні напруги живлення підвищується чутливість індикатора. Одночасно знижується вихідна напруга генератора на мікросхемі DA1. Обидва ці ефекти компенсують один одного, і тому вдається забезпечити правильні показання приладу при зміні напруги без використання додаткових стабілізаторів. Яскравість світіння світлодіодів індикатора визначається резистором R11. Отже, мікросхема DA3 перетворила вхідну постійну напругу у відповідну кількість світлодіодів, що світяться, підключених до її виходів. Сумарний споживаний приладом струм визначається головним чином струмом споживання світлодіодів індикації. На платі передбачено знімну перемичку J1, що визначає режим роботи індикатора. При встановленій перемичці індикатор працює в режимі «стовп, що світиться», а при знятій — у більш економічному режимі «точка, що біжить», при якому знижується струм споживання приладу. Останній режим буде корисним під час живлення приладу від батарей.
Діоди D1 та D2 призначені для захисту приладу при підключенні його до нерозряджених конденсаторів. З тією ж метою рекомендується використовувати конденсатори СЗ та С4 на робочу напругу не менше 250 В.
Монтаж та налаштування
Прилади такого вигляду є досить складними радіоелектронними пристроями. Однак, використовуючи елементи з набору NM8032 (Табл. 1), можна зібрати пристрій лише за 30. 40 хв. У наборі є все, що потрібно для збирання приладу, включаючидокладну інструкцію, друковану плату, корпус та навіть наклейку на лицьову панель. Розташування елементів на платі показано на Мал. 4 .
Рис.4 Розташування елементів