Измеритель ESR оксидных конденсаторов. Испытатель оксидных конденсаторов Схема проверки конденсаторов без выпаивания

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.

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.

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.

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:

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:

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.

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.

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.

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:

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:

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

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.

Проблема быстрого контроля исправности оксидных конден­саторов решается, если использовать пробник, позволяющий примерно оценить емкость и эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора без его демонтажа из ремонтируе­мой аппаратуры. Предлагается еще один вариант простого при­бора, аналогичного уже описанному в «Радио», но с использова­нием стрелочного индикатора.

Многих радиолюбителей, да и про­фессиональных мастеров по ре­монту радио- и телеаппаратуры, на­верняка заинтересовала статья Р. Хафизова «Пробник оксидных конденса­торов» в журнале «Радио» (2003, № 10, с. 21). Общеизвестный метод проверки с помощью омметра, позво­ляя приблизительно оценить емкость и измерить утечку оксидных конден­саторов, далеко не всегда дает пол­ную информацию об их качестве. Опе­ративная проверка непосредственно на плате бывает затруднена из-за влияния элементов устройства. Осо­бенно это касается наиболее часто используемых конденсаторов емкос­тью от единиц до нескольких десятков микрофарад.

После прочтения указанной статьи сразу же решил сделать такой прибор, но, как нередко бывает, под рукой не оказалось нужных микросхем. Поэтому вместо микросхемы К561ТЛ1 приме­нил, как мне кажется, более распрост­раненную К561ЛА7, стабилитрон КС127Д заменил на КС133А, вместо светодиодного индикатора использо­вал стрелочный индикатор уровня М68501 от магнитофона.

Применение стрелочного индикато­ра позволило сделать прибор более точным, достаточно компактным и бо­лее экономичным. Ток потребления не зависит от режима работы и составля­ет около 1 мА, что дает возможность использовать малогабаритный источ­ник питания - батарею из трех миниа­тюрных дисковых элементов для ла­зерной указки.

Несколько измененная схема при­ведена на рис. 1. Прибор позволяет с допустимой для пробника точностью оценивать эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) конден­сатора в пределах от 2 до 50 Ом и ем­кость от 5 до 50 мкФ.

Конструктивно прибор может быть выполнен в виде мини-тестера с вы­носными щупами и выключателем пи­тания с фиксацией либо как пробник с установкой коротких заостренных щупов и кнопочным включением пита­ния, что существенно увеличит срок службы батареи.

В данном варианте размеры корпу­са составляют 90 x 45 x 20 мм. Индика­тор расположен с левой стороны попе­рек корпуса. Его магнитная система вставлена в отверстие в корпусе, а сам он приклеен к корпусу с внешней сто­роны. Монтаж элементов прибора вы­полнен на печатной плате, чертеж ко­торой приведен на рис. 2

Детали и замена

Для выбора вида измерений ис­пользован переключатель SA1 с фик­сацией из серии ПКН. Выключатель питания SA2 - миниатюрный движко­вый или кнопочный, расположен с внешней стороны корпуса рядом с индикатором.

Вместо указанной на схеме микро­схемы можно использовать К561ЛЕ5, аналогичные серии К176 или импортный аналог CD4011BE.

Транзистор КТ315Б можно заменить любым маломощным транзистором структуры п-p-n с коэффициентом передачи тока базы не менее 100 или импортным аналогом С1815. Конденсаторы - малогабаритные керамические, резис­торы - мощностью 0,125 — 0,25 Вт. Ок­сидный конденсатор - К50-16 или импортный. Диоды VD2-VD5 - любые германиевые высокочастотные. Тип стрелочного индикатора сущест­венного значения не имеет.

Настройка прибора

Налаживание прибора заключается в установке частоты генератора в пре­делах 60…80 кГц для измерения ЭПС и 800… 1000 Гц для измерения емкости путем подбора резистора R2 и соот­ветственно С2 и С1, а также в установ­ке стрелки индикатора на конец шкалы в режиме холостого хода подбором ре­зисторов R4, R5, R8. Предварительно резистором R6 выставляют постоян­ное напряжение на коллекторе транзи­стора, примерно равное половине на­пряжения питания.

Градуировка шкалы не составит большого труда, так как пластмассо­вые индикаторы уровня легко вскры­ваются: достаточно по периметру крышки «пройтись» лезвием ножа. На место старой шкалы наклеивают полоску бумаги, на которую затем на­носят соответствующие риски и над­писи. После градуировки шкалы крышку устанавливают на место и фиксируют клеем.

Нелинейность шкалы таких индика­торов играет положительную роль, позволяя несколько расширить диапа­зон измерений. Градуировка шкалы электрической емкости производи­лась путем усреднения замеров не­скольких новых конденсаторов одного номинала (по возможности с малым допуском), для градуировки шкалы ЭПС были использованы обычные не­проволочные резисторы.

После изготовления прибора была проведена проверка всего личного запаса оксидных конденсаторов. В результате более 30 % из них при­шлось выбросить. Далее прибор был опробован при поиске неисправности в мониторе, в котором не включалась строчная развертка. Этот монитор по­бывал уже у двух мастеров и был воз­вращен назад ввиду «отсутствия элек­трической схемы и сложности ремон­та». В течение нескольких минут ока­залось возможным проверить ЭПС и емкость всех имеющихся на плате оксидных конденсаторов, среди кото­рых был обнаружен один с завышен­ным значением ЭПС и заниженной емкостью. После его замены монитор заработал!

Редактор - А. Соколов, графика - Ю. Андреев

Вариант изготовленной печатной платы прибора

Вид со стороны дорожек

Набор для самостоятельной сборки прибора Вы можете купить на нашем сайте «Мастер» (В наборе печатная плата и все детали, кроме измерительной головки)

Вариант внешнего вида прибора

От редакции журнала «Радио». Эквивалентное по­следовательное сопротивление (ЭПС, а в англоязычной терминологии - ESR) конденсатора зависит от многих факто­ров: его типа, емкости, номинального напряжения, частоты, на которой про­водят измерения, и т. д. Например, ЭПС танталовых конденсаторов для поверх­ностного монтажа емкостью от 4,7 до 47 мкФ на напряжение от 10 до 35 В, измеренное на частоте 100 кГц, нахо­дится в пределах от 0,9 до 5 Ом, причем оно увеличивается с уменьшением ем кости и номинального напряжения. У алюминиевых конденсаторов К50-38 емкостью от 4,7 до 47 мкФ на напряже­ние от 6,3 до 160 В ЭПС, также изме­ренное на частоте 100 кГц, увеличива­ется от 0,5 (47 мкФ х 160 В) до 5 Ом (47мкФх6,ЗВ) и от 4,5 (4,7мкФх160В) до 14 Ом (4,7 мкФ х 100 В). Поэтому универсального критерия оценки при­годности конденсатора в зависимости от значения ЭПС не существует реше­ние по отбраковке следует принимать в каждом конкретном случае.

Радио №10, 2005г.

П О П У Л Я Р Н О Е:

Схема переключения автомобильных сигналов и/или ламп

Для звукового и светового эффекта можно собрать простенькую схему на трёх транзисторах.

Прошло примерно полтора года, с тех пор, как я начал регулярно заниматься ремонтами электроники. Как оказалось дело это не менее интересное, чем конструирование электронных конструкций. Понемногу появились люди, желающие, кто время от времени, а кто и регулярно, сотрудничать со мной как с мастером. В связи с тем что рентабельность большинства производимых ремонтов не позволяет снимать помещение, иначе аренда съедает большую часть прибыли, работаю в основном на дому либо выезжаю с инструментами к знакомым ИП имеющим скупку бытовой электроники и мастерскую.

Это абсолютно любые схемы с применением стабилизаторов, DC-DC преобразователей питания, импульсные блоки питания для любой техники, от компьютерной - до мобильных зарядок.

Вздувшийся конденсатор

Без этого устройства значительная часть ремонтов выполняемых мною либо вообще не могла бы быть выполнена, либо все же была выполнена, но с большими неудобствами в виде постоянного выпаивания и запаивания обратно электролитических конденсаторов небольшого номинала, с целью измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью транзистор тестера. Мой же прибор, позволяет измерять этот параметр не выпаивая деталь, просто прикоснувшись пинцетом к выводам конденсатора.

Данные конденсаторы номиналом 0.33-22 мкФ, как известно очень редко имеют насечки в верхней части корпуса, по которым конденсаторы большего номинала, вздуваются и раскрываются розочкой, например всем знакомые конденсаторы на материнских платах и блоках питания. Дело в том, что конденсатор, не имеющий этих насечек для выпускания излишнего образовавшегося давления, визуально, без измерения прибором, даже для опытного электронщика ничем не отличим от полностью рабочего.

Конечно, если домашнему мастеру предстоит разовый ремонт, например компьютерного блока питания АТХ формата, собирать данный прибор не имеет смысла, проще заменить сразу все конденсаторы мелкого номинала на новые, но если вы ремонтируете хотя бы пять блоков питания в полгода вам этот прибор уже желателен к сборке. Какие альтернативы есть, сборке этого измерителя? Покупной прибор стоимостью порядка 2000 рублей, ESR micro.

ESR micro - фото

Из отличий и достоинств покупного прибора могу назвать только то, что у него показания выводятся сразу в миллиОмах, а у моего прибора нужно переводить из миллиВольт в миллиОмы. Что впрочем не вызывает затруднений, достаточно откалибровать прибор по значениям низкоомных точных резисторов и составить для себя таблицу. Поработав с прибором пару месяцев, уже визуально, безо всяких таблиц, просто взглянув на дисплей мультиметра уже видишь нормальное значение ESR конденсатора - на грани либо уже необходима замена. Схема моего прибора, кстати, в свое время была взята из журнала Радио.

Схема принципиальная прибора

Изначально прибор был собран с самодельными щупами - пинцетом, имеющим широкие губки, неудобным при измерении на платах, с плотным монтажом. Затем присмотрел себе на Али экспресс щупы - пинцет для измерения SMD, подключаемые к мультиметру. Заказав пинцет, провод был безжалостно укорочен, для того чтобы точность не сильно пострадала при измерении, из-за длины проводов щупов. Не забывайте, там счет идет на миллиОмы.

Сначала прибор у меня подключался щупами к мультиметру и был выполнен в виде приставки, но постепенно надоело крутить каждый раз ручку мультиметра, вырабатывая тем самым ресурс переключений. Мне тогда как раз товарищ подарил мультиметр, в связи с тем что свой я временно попалил на неразрядившемся электролитическом конденсаторе. Впоследствии прибор был восстановлен, резисторы были перепаяны, а этот мультиметр, у него были отломлены разъемы для подключения щупов на плате, и были кем-то брошены перемычки, но точность измерений уже была не та.

Но для моих целей погрешность 1-2 процента ничего не решала и решил сделать прибор полностью автономным. Для этого скрепил корпус мультиметра и корпус ESR метра на винты, и сделал для большего удобства коммутацию одновременного включения, встроенного мультиметра и ESR метра с помощью выключателя на две группы контактов. Соединения мультиметра и ESR метра, ранее осуществляемые с помощью щупов, были сделаны проводами, внутри соединенных корпусов.

Прибор испытатель конденсаторов - внешний вид

Как показала практика, времени на приведение прибора в боевую готовность, а затем, после проведения измерений, отключения, стало уходить существенно меньше, а соответственно повысилось удобство использования. Из дальнейших доработок планируемых в данном приборе - это перевести его на аккумуляторное питание, от Li-ion аккумулятора от телефона, с возможностью подзарядки от платы адаптера заряда через встроенное Mini USB гнездо, от любого зарядного устройства от смартфона с возможностью подключения USB кабеля.

Как показала практика, ранее мною уже был переделан на аккумуляторное питание с помощью аналогичного способа , также имеющий, как и ESR метр, высокое потребление благодаря установленному в нем графическому дисплею. Ощущения от переделки остались только положительные. За полгода заряжал всего один раз. В устройстве был установлен повышающий DC-DC преобразователь превращающий 3.7 вольта на выходе аккумулятора в 9 вольт, необходимые для работы прибора.

В данном случае, в моем приборе будет двойное преобразование напряжения: сначала с 3.7 вольта в 9 вольт, хотя возможно я выставлю и минимально допустимое для входа стабилизатора 7805 CV напряжение 7.5 вольт, от данного стабилизатора сейчас запитана схема прибора. Сам прибор, как можно видеть на фото, изначально питается от батареи Крона, которая, как известно, имеет относительно небольшую емкость.

Напряжение питания данной микросхемы позволяет питать ее напрямую от 9 вольт, но дело в том, что по мере разряда батареи заметил, что показания при измерении начинают потихоньку уплывать. Для борьбы с этим, и был установлен стабилизатор 7805, который, как известно, выдает у нас стабильные 5 вольт на выходе.

Также в связи с тем, что прибор приходится часто носить с собой в дипломате, на ремонты на выездах, и уже были случаи самопроизвольного включения выключателя, и соответственно высаживании батареи Крона в ноль, что сейчас, при коммутации данным выключателем 2 линий питания, мультиметра и самого прибора, было бы уже более нежелательным, так как в таком случае, придется покупать уже две кроны, стоимостью 45 рублей.

Решено было просто приклеить на термоклей, по краям выключателя, два самореза, от крепления кулера, в компьютерном блоке питания. Микросхема, применяемая в приборе, широко распространенная, и довольно дешевая, я приобретал ее, по стоимости, всего порядка 15-20 рублей.

Весь прибор, обошелся мне, с учетом бесплатного мультиметра, щупов - пинцета , стоимостью 100 рублей, и стоимости деталей для сборки прибора, и батареи крона, всего ушло порядка 150 рублей, итого все необходимое обошлось в смешную сумму 250 рублей.

Пинцет для измерения конденсаторов на плате

Что окупилось уже с применением прибора в ремонтах давно и многократно. Конечно кто нибудь, имеющий возможность и желание приобрести ESR micro, может сказать сейчас, зачем мне эти неудобства, каждый раз переводить из миллиВольт, в миллиОмы, хотя это и не требуется, как я уже выше писал, если на покупном приборе я могу сразу видеть, уже готовые значения.

Таблица значений ESR

Дело в том, что подобные приборы имеют в своем составе микроконтроллер, и при измерении подключаются напрямую, условно говоря “портом” микроконтроллера к измеряемому конденсатору. Что крайне нежелательно, достаточно один раз не разрядить конденсатор после обесточивания схемы перед измерением, путем замыкания его выводов металлическим предметом, например отверткой, как мы рискуем получить нерабочий прибор.

Первая версия щупов

Что при его немаленькой стоимости, согласитесь, не лучший вариант. В моем же приборе, параллельно измеряемому конденсатору подключается резистор 100 Ом, что означает если конденсатор все-же и будет заряжен, то он при подключении щупов начнет разряжаться. В самом же крайнем случае, если микросхема применяемая в моем приборе выгорит, вам для произведения ремонта достаточно будет лишь вынуть микросхему из DIP панельки и воткнуть новую.

Апгрейд прибора

Все, ремонт прибора окончен, можно снова производить измерения. А учитывая низкую стоимость микросхемы это не становится проблемой, достаточно лишь приобрести одну - две микросхемы про запас при закупе деталей для сборки данного ЭПС-метра.

Финальная версия

В целом прибор получился просто шикарным и очень удобным, и даже если бы детали для его сборки стоили в 2 раза больше - я бы все-равно смело мог бы рекомендовать этот ЭПС-метр к сборке всем начинающим мастерам имеющим скромный бюджет, либо желающим сэкономить и не переплачивать лишнего. Всем удачных ремонтов! AKV.