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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 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 l'ESR renderebbe possibile sia l'identificazione dei condensatori guasti (ad eccezione di cortocircuiti e perdite), sia la diagnosi precoce dei difetti del dispositivo che non si sono ancora manifestati. Per fare ciò, è possibile misurare la complessa resistenza del condensatore a una frequenza sufficientemente elevata, alla quale la capacità è significativamente inferiore all'ESR consentito. Ad esempio, a 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 ossido-elettrolitici misurando l'ESR ha dimostrato che nella stragrande maggioranza dei casi in condensatori difettosi con una capacità da 10 a 100 μF, supera significativamente 1 Ohm. Questo criterio non è rigoroso e dipende da diversi fattori. È generalmente accettato che buoni condensatori con una capacità da 10 a 100 μF abbiano un ESR compreso tra 0,3 e 6 Ohm, a seconda della capacità e della tensione operativa [2]. L'accuratezza della misurazione per determinare i condensatori difettosi non svolge 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 5...10 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 circa 15 a 300 microfarad (2 intervalli). Il diagramma schematico della sonda è mostrato in fig. uno.
Sull'elemento DD1.1 viene realizzato un generatore di impulsi rettangolari (elementi di impostazione della frequenza R2, C2). Il resistore R3 imposta la corrente attraverso il condensatore testato Cx, dal quale un segnale con un livello proporzionale all'ESR del condensatore controllato viene inviato 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 scaricati. Le tensioni residue su di esse non superiori a 25 ... 50 V non sono pericolose per il dispositivo. Il chip DA1 ha un indicatore di livello LED a cinque fasi, tale chip viene utilizzato in alcuni lettori video. Il microcircuito comprende: un amplificatore del segnale di ingresso, un rilevatore lineare, comparatori con stabilizzatori di corrente alle 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 di visualizzazione 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 rivelatore. Il resistore R10 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. 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 di 3,5 V, tuttavia, controllando più copie, hanno mostrato le loro prestazioni fino a una tensione di 2,7 V, con un'ulteriore diminuzione di essa, i LED smettono di illuminarsi. Questa proprietà viene utilizzata per monitorare lo stato delle batterie della sonda. 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 con il condensatore C1. In questo caso, la frequenza del generatore sarà ridotta a circa 1800 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. Va notato che in questa modalità, l'ESR del condensatore influenza anche le letture della sonda, quindi l'intervallo di controllo della capacità differisce da quello calcolato. La sonda utilizza resistori e condensatori a chip, ma è possibile utilizzare altre dimensioni ridotte. Condensatori C3 - C6, C8 - ceramici di piccole dimensioni importati. La loro capacità non è critica. LED VD2 - VD6 - microconsumo, si illuminano abbastanza intensamente anche con una corrente di 0,5 ... 1 mA. È possibile utilizzare altri LED rossi che soddisfano il requisito specificato, ad esempio KIPD-05A. Interruttore SA1 - scorrevole di piccole dimensioni, SB1 e SB2 - pulsante a membrana, senza fissaggio in posizione premuta. Il transistor VT1 può essere sostituito da KT315, KT3102 (con qualsiasi indice di lettere) 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 all'uscita di DD1.2. Dovrebbe essere compreso tra 60 e 80 kHz. Se necessario, viene installato selezionando gli elementi R2 o C2. Non eliminare o ridurre la resistenza del resistore R1. Altrimenti, durante la manipolazione della sonda, è possibile agganciare l'elemento DD1.1 con un livello di uscita non definito. La tensione sul collettore del transistor VT1 dovrebbe essere compresa tra 1 ... 2 V, viene impostata selezionando il resistore R5. Il generatore di sonde (evidenziato in Fig. 1 da una cornice tratteggiata) può essere realizzato secondo lo schema di Fig. 2. 1211. Il microcircuito KR1EU1554 utilizzato in questo generatore è più piccolo del KR3TLXNUMX.
La sonda viene calibrata collegando resistori non induttivi (non cablati) alle sonde nella modalità di misurazione ESR nell'intervallo "1,2 - 7,5 Ohm" (pulsante SB1 premuto) e selezionando il resistore R3. Le letture nell'intervallo "0,3 - 1,8 ohm" vengono corrette selezionando il resistore R7 mentre si preme il pulsante SB1. 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.
La foto mostra l'aspetto della versione della sonda dell'autore. Come custodia è stato utilizzato il corpo dell'interruttore cablato remoto del tiflomagnetofono "Legend P-405T".
Durante le misure, il prodotto in prova deve essere diseccitato, i condensatori, sui quali possono accumularsi tensioni pericolose, devono essere scaricati. Le sonde della sonda devono essere premute contro i pad di contatto della scheda, a cui è saldato il condensatore testato, e il pulsante di accensione deve essere premuto. A causa dei transitori, tutti i LED lampeggiano per un breve periodo, dopodiché, dal numero di LED accesi, è possibile valutare lo stato del condensatore. Pertanto, il tempo di accensione della sonda per testare un condensatore non supera 1 s. Approssimativamente, per buoni condensatori con una capacità di 22 uF e superiore per tensioni operative fino a 100 V nella 2a gamma, tutti i LED dovrebbero spegnersi. I condensatori di capacità inferiore e per una tensione operativa più elevata hanno un ESR più elevato, quindi possono accendersi da 1 a 3 LED. Il pulsante di accensione della prima gamma si trova accanto al pulsante di accensione. Quando viene premuto solo il pulsante di accensione, l'EPS viene controllato nell'intervallo 1 - 1,2 Ohm (nella maggior parte dei casi è sufficiente), quando vengono premuti entrambi i pulsanti, nell'intervallo 7,5 - 0,3 Ohm (condensatori nei nodi critici e relativamente grande capacità). L'esperienza ha dimostrato che questo è molto più conveniente rispetto all'utilizzo di un finecorsa fisso.
I criteri per valutare l'idoneità dei condensatori di ossido dipendono dalle funzioni che svolgono nelle unità dell'apparato, dalle modalità elettriche e dalle condizioni operative. I nodi più critici: il circuito di controllo del transistor chiave negli alimentatori con conversione ad alta frequenza, filtri in tali sorgenti, compresi quelli alimentati da un trasformatore a scansione orizzontale di TV e monitor, un filtro nel circuito di alimentazione della scansione orizzontale transistor, ecc. Maggiore è la frequenza operativa e le correnti di ricarica, migliori dovrebbero essere i condensatori utilizzati. Nei circuiti di cui sopra, dovrebbero essere utilizzati condensatori con un intervallo di temperatura fino a 105°C, che hanno un ESR significativamente inferiore e una maggiore affidabilità a temperature elevate. In assenza di tali elementi a portata di mano, è opportuno shunt condensatori di 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 di 1 μF a 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 nasce 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 di idoneità - non idoneità. Pertanto, in casi dubbi e particolarmente critici, è necessario controllare ulteriormente i condensatori utilizzando i metodi disponibili o sostituirli con quelli noti. Il funzionamento di 2 varianti della sonda in un'officina di riparazione TV per 2 anni ha mostrato l'ottimalità dei loro parametri metrologici e il tipo di indicazione selezionato. Le prestazioni in diagnostica sono notevolmente aumentate, soprattutto nei dispositivi che hanno funzionato per più di 5 - 7 anni, è diventato possibile diagnosticare precocemente i difetti, associati a un graduale deterioramento dello stato dei condensatori di ossido. La durata della batteria della sonda è sufficiente per 6 - 10 mesi di uso abbastanza intenso. Nella modalità di controllo capacitivo, un segnale in frequenza audio è presente sulle sonde del dispositivo. Può essere utilizzato per testare emettitori acustici o per controllare il flusso del segnale negli amplificatori AF. Letteratura
Autore: R. Khafizov, elec@udm.net; Pubblicazione: cxem.net
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Commenti sull'articolo: San Valentino 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 opportuno limitare la tensione massima sulle sonde del dispositivo a 1...2 V e la corrente attraverso di esse a 5...10 mA, in modo da non disabilitare altri elementi del dispositivo. Questa è una citazione dal testo. Non riesco a capire cosa stesse pensando l'autore?
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