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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sonda di condensatori ad ossido. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Quando si riparano i moderni elettrodomestici, uno dei processi difettologici più difficili è determinare la salute dei condensatori. E "invecchiano" molto più velocemente di altri radioelementi. Questo articolo è dedicato al problema dell'identificazione rapida e affidabile di un elemento difettoso durante la riparazione. L'affidabilità dei dispositivi a semiconduttore nelle apparecchiature moderne è aumentata così tanto che i condensatori ossido-elettrolitici hanno preso il primo posto in termini di numero di difetti [1]. Ciò è dovuto alla presenza di un elettrolita in essi. L'esposizione a temperature elevate, la dissipazione delle perdite di potenza nel condensatore, la depressurizzazione nelle guarnizioni dell'alloggiamento portano all'essiccazione dell'elettrolita. Un condensatore ideale, quando opera in un circuito a corrente alternata, ha solo resistenza reattiva (capacitiva). Il vero condensatore, per il caso considerato di seguito, può essere rappresentato come un condensatore ideale e un resistore collegato in serie con esso. Questo resistore è chiamato la resistenza in serie equivalente del condensatore (di seguito denominata ESR, nella letteratura inglese è possibile trovare un termine simile con l'abbreviazione ESR - Resistenza in serie equivalente). Nella fase iniziale del verificarsi di difetti nei condensatori di ossido, l'ESR del condensatore è sovrastimato. Per questo motivo, la perdita di potenza aumenta, riscaldando il condensatore dall'interno. Questa potenza è direttamente proporzionale all'ESR del condensatore e al quadrato della sua corrente di ricarica. In futuro, il processo procede rapidamente, fino alla completa perdita di capacità del condensatore. La comparsa di difetti nei prodotti in cui vengono utilizzati condensatori di ossido può verificarsi in diverse fasi di questo processo. Tutto dipende dalle condizioni operative del condensatore, comprese le sue modalità elettriche e le caratteristiche del dispositivo stesso. La difficoltà nella diagnosi di tali difetti è che le misurazioni della capacità con strumenti convenzionali nella maggior parte dei casi non danno risultati, poiché la capacità rientra nell'intervallo normale o è solo leggermente sottostimata. Particolarmente esigenti per la qualità dei condensatori di ossido sono gli alimentatori con convertitori ad alta frequenza, dove tali condensatori vengono utilizzati come filtri e nei circuiti di commutazione di elementi di potenza a frequenze fino a 100 kHz. La capacità di misurare la VES consentirebbe sia di identificare i condensatori guasti (ad eccezione di cortocircuiti e perdite), sia di diagnosticare tempestivamente i difetti del dispositivo che non si sono ancora manifestati. Per fare ciò, è possibile misurare la sua resistenza complessa a una frequenza sufficientemente elevata, alla quale la capacità è molto inferiore all'ESR consentito. Ad esempio, ad una frequenza di 100 kHz, un condensatore da 10 uF ha una capacità di circa 0,16 ohm, che è già un valore abbastanza piccolo. Se un segnale di tale frequenza viene applicato attraverso un resistore di impostazione della corrente a un condensatore controllato, la tensione ai capi di quest'ultimo sarà proporzionale al modulo della sua resistenza complessa. La sorgente del segnale può essere qualsiasi generatore adatto e la forma del segnale non gioca un ruolo speciale e l'impedenza di uscita del generatore può fungere da resistore. È possibile utilizzare un oscilloscopio o un millivoltmetro CA per misurare la tensione ai capi di un condensatore. Quindi, con un livello del segnale di uscita del generatore di 0,6 V, un resistore da 600 Ohm su un condensatore con un ESR pari a 1 Ohm, la tensione misurata sarà di circa 1 mV e con una resistenza del resistore da 50 Ohm - 12 mV. La pratica di diagnosticare i difetti nei condensatori all'ossido misurando l'ESR ha dimostrato che nella stragrande maggioranza dei casi nei condensatori difettosi con una capacità compresa tra 10 e 100 μF, supera significativamente 1 Ohm. Questo criterio non è rigoroso e dipende da diversi fattori. È generalmente accettato che i buoni condensatori abbiano una ESR compresa tra 0,3 e 6 Ohm, a seconda della capacità e della tensione operativa [2]. La precisione della misurazione per determinare i condensatori difettosi non gioca un ruolo speciale. Un errore fino a 1,5 ... 2 volte può essere considerato abbastanza accettabile. Questi dati sono stati utilizzati nello sviluppo del dispositivo descritto di seguito. Inoltre, è molto importante poter misurare senza rimuovere i condensatori dal dispositivo. Per fare ciò, è necessario che il condensatore controllato non sia deviato da elementi con una resistenza vicina ai valori ESR misurati, cosa che avviene nella maggior parte dei casi. I dispositivi a semiconduttore non influiscono sui risultati della misurazione, poiché la tensione di misurazione sul condensatore è di unità e decine di millivolt. È inoltre auspicabile limitare la tensione massima sulle sonde del dispositivo a 1...2 V e la corrente che le attraversa a 3...5 mA, in modo da non disabilitare altri elementi del dispositivo. Per quanto riguarda il design del dispositivo, ovviamente, dovrebbe essere autoalimentato e di dimensioni contenute. Il collegamento di conduttori e morsetti per il collegamento ai condensatori testati è indesiderabile. Quando lavori con loro, entrambe le mani sono impegnate, hai bisogno di un posto dove posizionare il dispositivo stesso e devi guardare costantemente dai punti di misurazione all'indicatore del dispositivo. Questi requisiti sono soddisfatti da una piccola sonda con sonde appuntite. Principali caratteristiche tecniche
Inoltre, la sonda può essere utilizzata per valutare la capacità dei condensatori elettrolitici - nella versione dell'autore, da 15 a 90 microfarad. Il diagramma schematico della sonda è mostrato in fig. uno.
Sull'elemento DD1.1 del microcircuito digitale viene realizzato un generatore di impulsi rettangolari (elementi di impostazione della frequenza R2, C2). Le rese dei restanti elementi vengono combinate per aumentare la capacità di carico. I resistori R3, R4 e la resistenza interna degli elementi impostano la corrente attraverso il condensatore testato Cx, da cui un segnale con un livello proporzionale all'ESR del condensatore controllato viene alimentato all'ingresso del preamplificatore sul transistor VT1. Il diodo zener VD1 limita gli impulsi di tensione quando le sonde del dispositivo sono collegate a condensatori non scarichi. Le tensioni residue su di essi non superiori a 25 ... 50 V non sono pericolose per il dispositivo. Il chip DA1 è dotato di un indicatore di livello LED a cinque fasi, tale chip viene utilizzato in alcuni videoregistratori. Il microcircuito comprende un amplificatore del segnale di ingresso, un rilevatore lineare, comparatori con stabilizzatori di corrente sulle uscite. I rapporti dei livelli del segnale di ingresso ai quali si accende il comparatore successivo corrispondono a -10; -5; 0; 3; 6dB. Pertanto, l'intera gamma del display copre 16 dB. Per accendere tutti i LED è necessario applicare all'ingresso del chip DA1 (pin 8) un segnale con un livello di circa 170 mV. Il circuito RC collegato al pin 7 determina la costante di tempo del suo rilevatore. Il resistore R12 limita la corrente consumata dai LED. Criteri per la scelta del suo valore: la luminosità richiesta dei LED da un lato e la corrente consumata dalla fonte di alimentazione dall'altro. Gli elementi R6, C6 e R11, C7 sono filtri nei circuiti di potenza dei nodi corrispondenti. La possibilità di utilizzare il chip a frequenze fino a 100 kHz è stata determinata sperimentalmente. Il valore minimo del passaporto della tensione di alimentazione del microcircuito è 3,5 V, tuttavia, il controllo di diverse copie ha mostrato le loro prestazioni fino a una tensione di 2,7 V, con un'ulteriore diminuzione i LED smettono di accendersi. Il dispositivo indica il valore controllato dell'EPS secondo il principio: minore è la resistenza, minore è il numero di LED accesi. Quando i contatti dell'interruttore SA1 sono chiusi, anche il condensatore C2 è collegato in parallelo al condensatore C1. In questo caso, la frequenza del generatore verrà ridotta a circa 1200 Hz, quindi il livello del segnale ai terminali del condensatore testato dipenderà principalmente dalla sua capacità. Maggiore è la capacità, minore è il numero di LED accesi. Nel dispositivo vengono utilizzati resistori e condensatori a chip, ma è possibile utilizzare altre dimensioni più piccole. Condensatori C3-C5, C8, C10 - ceramici importati di piccole dimensioni. La loro capacità non è critica. I LED VD2-VD6 consumano micro, si illuminano in modo abbastanza intenso già con una corrente di 0,5 ... 1 mA. È possibile utilizzare altri LED rossi che soddisfano i requisiti specificati, ad esempio KIPD-05A. Interruttore SA1 - scorrevole di piccole dimensioni, SB1 - pulsante, senza fissaggio in posizione premuta. Il transistor VT1 può essere sostituito da KT315, KT3102 (con qualsiasi indice di lettera) con un coefficiente di trasferimento di corrente superiore a 100. La sonda è alimentata da due elementi alcalini LR44 (357, G13) con una dimensione di 11,6x5,4 mm. La frequenza operativa del generatore è controllata dal resistore R3. Dovrebbe essere compreso tra 60 e 80 kHz. Se necessario si installa selezionando gli elementi R2 o C2. La tensione sul collettore del transistor VT1 dovrebbe essere compresa tra 1,0 ... 1,7 V, viene impostata selezionando il resistore R8. La sonda viene calibrata collegando resistori non induttivi (senza fili) alle sonde nella modalità di misurazione ESR e selezionando il resistore R3. L'intervallo di controllo della capacità richiesto nella posizione chiusa dei contatti dell'interruttore SA1 viene impostato selezionando il condensatore C1, collegando condensatori con una capacità nota alle sonde.
L'aspetto della sonda è mostrato in fig. 2.
Le sonde sono realizzate in filo di acciaio duro del diametro di 1 mm, le estremità sono leggermente curve e appuntite. La distanza tra le sonde è di 4 mm, il che consente, tenendo conto delle dimensioni dei contatti sul circuito stampato, di controllare condensatori con una distanza tra i conduttori da 2,5 a 7,5 mm. Gli apparenti inconvenienti legati all'orientamento della posizione del dispositivo rispetto ai terminali dei condensatori scompaiono dopo pochi giorni di utilizzo. Durante le misurazioni, il prodotto in prova deve essere diseccitato, i condensatori, sui quali possono essere accumulate tensioni pericolose, devono essere scaricati. Le sonde della sonda devono essere premute contro i cuscinetti di contatto della scheda, a cui è saldato il condensatore testato, e deve essere premuto il pulsante di accensione. A causa dei transitori, tutti i LED lampeggiano per un breve periodo, dopodiché lo stato del condensatore può essere stimato dal numero di LED accesi. Pertanto, il tempo di accensione della sonda per testare un condensatore non supera 1 s. Per buoni condensatori con una capacità di 10 uF e superiore per tensioni operative fino a 100 V, tutti i LED dovrebbero spegnersi. I condensatori di capacità inferiore e per una tensione operativa maggiore hanno una ESR più elevata, quindi possono accendersi 1-2 LED. I criteri per valutare l'idoneità dei condensatori a ossido dipendono dalle funzioni che svolgono nelle unità dell'apparato, dalle modalità elettriche e dalle condizioni operative. I nodi più critici: il circuito chiave di controllo del transistor negli alimentatori con conversione ad alta frequenza, i filtri in tali fonti, comprese quelle alimentate da un trasformatore a scansione orizzontale di televisori e monitor, un filtro nel circuito di alimentazione dell '"accumulo" di il transistor di scansione orizzontale, ecc. Maggiore è la frequenza operativa e la corrente di ricarica, migliori dovrebbero essere i condensatori utilizzati. Nei circuiti sopra indicati dovrebbero essere utilizzati condensatori con un intervallo di temperatura fino a 105 °C, che hanno una ESR significativamente inferiore e una maggiore affidabilità a temperature elevate. In assenza di tali elementi a portata di mano, è preferibile shuntare i condensatori all'ossido con condensatori ceramici con una capacità di 0,33-1 μF. A volte tali condensatori vengono installati dal produttore del dispositivo. Possono distorcere le letture della sonda nella modalità di misurazione ESR (la capacità del condensatore è 1 μF ad una frequenza di 80 kHz - circa 2 ohm). Succede che i condensatori difettosi, dopo averli saldati fuori dalla scheda, possano essere identificati come riparabili dal dispositivo durante la composizione. Apparentemente, ciò è dovuto all'effetto dell'alta temperatura durante lo smantellamento. Non ha senso reinstallare tali condensatori nel dispositivo: il difetto riapparirà prima o poi. Questo è un altro argomento a favore del test dei condensatori senza smontarli. Il dispositivo è stato creato come un "cavallo di battaglia", comodo da usare in quasi tutte le condizioni, senza fronzoli ed è destinato non tanto alle misurazioni quanto alla determinazione secondo il principio "buono - cattivo". Pertanto, in casi dubbi e particolarmente critici, è necessario controllare ulteriormente i condensatori utilizzando i metodi disponibili o sostituirli con quelli sicuramente funzionanti. Il funzionamento della sonda in un'officina di riparazione TV per 6 mesi ha mostrato l'ottimalità dei suoi parametri metrologici e del tipo di indicazione selezionato. Le prestazioni nella diagnostica sono notevolmente aumentate, soprattutto nei dispositivi che hanno funzionato per più di 5-7 anni, è diventato possibile diagnosticare precocemente difetti associati a un graduale deterioramento dello stato dei condensatori all'ossido. Durante questo periodo non è stato necessario sostituire le batterie della sonda. L'intervallo di valori controllati della ESR della sonda può essere esteso verso resistenze inferiori aumentando la corrente attraverso il condensatore testato. Per fare ciò, è necessario sostituire il chip DD1 con il KR1554TLZ, che aumenterà la corrente di uscita del generatore riducendo la resistenza del resistore R3. È sufficiente utilizzare un solo elemento del microcircuito nel generatore collegando la sua uscita a sinistra, secondo lo schema, uscita del resistore R3. Collegare gli ingressi degli elementi non utilizzati (pin 4, 5, 9, 10, 12, 13) a un filo comune. La corrente consumata dal dispositivo aumenterà. In questo modo è possibile ridurre il limite inferiore del controllo EPS a 0,5...1 Ohm. Per coprire l'intervallo consigliato di valori ESR, sarà necessario introdurre un interruttore di limite utilizzando due resistori commutabili invece di un resistore R3. È possibile aggiungere un altro intervallo di misurazione della capacità utilizzando l'interruttore a tre posizioni SA1 e aggiungendo un altro condensatore simile a C1. Intervalli consigliati: 7...40 e 40...220 uF (frequenza del generatore - circa 2400 e 550 Hz). Nella modalità di misurazione della capacità, sulle sonde del dispositivo è presente un segnale di frequenza audio. Può essere utilizzato per testare trasduttori acustici o per controllare il flusso del segnale negli amplificatori 3H. Letteratura
Autore: R. Khafizov, Sarapul, Udmurtia
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