Надежность полупроводниковых приборов в современной аппаратуре возросла настолько, что на первое место по числу дефектов вышли оксидно-электролитические конденсаторы . 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 комплексное сопротивление конденсатора 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 оксидно-электролитических 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 емкостью от 10 до 100 мкФ имеют ЭПС в пределах 0,3...6 Ом в зависимости от емкости и рабочего напряжения . 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 5...10 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

Дополнительно пробник может быть использован для оценки емкости электролитических конденсаторов - в авторском варианте исполнения примерно от 15 до 300 мкФ (2 диапазона).

Принципиальная схема пробника изображена на рис. 1.

На элементе DD1.1 выполнен генератор прямоугольных импульсов (частотозадающие элементы R2, C2). Резистор R3 задает ток через тестируемый конденсатор Cx, 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 используется в некоторых видеоплеерах. 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 R10 ограничивает потребляемый светодиодами ток. Критерии выбора его значения: необходимая яркость свечения светодиодов с одной стороны и потребляемый от источника питания ток с другой.

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. Это свойство используется для контроля за состоянием элементов питания пробника.

Контролируемое значение ЭПС прибор индицирует по принципу: чем ниже сопротивление, тем меньше число зажженных светодиодов.

При замыкании контактов выключателя SA1 параллельно конденсатору C2 подключают еще и конденсатор C1. Частота генератора при этом будет снижена примерно до 1800 Гц, поэтому уровень сигнала на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть в основном от его емкости. Чем выше емкость, тем меньше число зажженных светодиодов. Следует заметить, что в этом режиме на показания пробника влияет и ЭПС конденсатора, поэтому диапазон контроля емкости отличается от расчетного.

В пробнике применены чип-резисторы и конденсаторы, но можно использовать и другие малых размеров. Конденсаторы C3 – C6, C8 – 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 и SB2 – кнопочные мембранные, 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 выходе DD1.2. Она должна быть в пределах 60...80 кГц. При необходимости ее устанавливают подбором элементов R2 или С2. Не следует исключать или снижать сопротивление резистора R1. Иначе при манипуляциях с пробником возможно защелкивание элемента DD1.1 с неопределенным уровнем на выходе. Напряжение на коллекторе транзистора VT1 должно быть в пределах 1...2 В, его устанавливают подбором резистора R5.

Генератор пробника (на рис. 1 выделен пунктирной рамкой) может быть выполнен по схеме, изображенной на рис. 2. Микросхема КР1211ЕУ1 использованная в данном генераторе имеет меньшие размеры по сравнению с КР1554ТЛ3.

Калибруют пробник, подключая в режиме измерения ЭПС в диапазоне "1.2 – 7.5 Ом" (кнопка SB1 отжата) безиндуктивные (непроволочные) резисторы к щупам и подбирая резистор R3. Показания в диапазоне "0,3 - 1,8 Ом" корректируют подбором резистора R7 при нажатой кнопке SB1. 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. Щупы изготовлены из жесткой стальной или латунной 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. Ориентировочно, для хороших конденсаторов емкостью от 22 мкФ и выше на рабочие напряжения до 100 В на 2-м диапазоне все светодиоды должны погаснуть. Конденсаторы меньшей емкости и на большее рабочее напряжение имеют более высокий ЭПС, поэтому могут светиться 1 – 3 светодиода.

Кнопка включения 1-го диапазона расположена рядом с кнопкой включения питания. При нажатии только кнопки включения питания контролируется ЭПС в диапазоне 1,2 – 7,5 Ом (в подавляющем большинстве случаев достаточно), при нажатии обеих кнопок – в диапазоне 0,3 – 1,8 Ом (конденсаторы в ответственных узлах и относительно большой емкости). Как показала практика, это намного удобнее, чем использовать переключатель пределов с фиксированным положением.

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 2-х вариантов пробника в условиях мастерской по ремонту телевизоров в течение 2 лет показала оптимальность их 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. Ресурса элементов питания пробника хватает на 6 – 10 месяцев достаточно интенсивной эксплуатации.

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

Источники

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.
3. Хафизов Р. Пробник оксидных конденсаторов. - Радио, 2003, № 10, с. 21.

Список радиоэлементов

В настоящее время всё большее число бытовых и промышленных приборов оснащаются импульсными источниками питания, надёжная и долговечная работа которых напрямую связана с качеством применяемых электролитических конденсаторов, главным показателем которых является эквивалентное последовательное сопротивление. Предлагаемое устройство позволит с большой точностью определить значение ЭПС конденсатора, что поможет не только ускорить ремонт радиоаппаратуры, но и выбрать конденсаторы с подходящими параметрами для самодельных конструкций.

Измеритель представляет собой приставку к вольтметру. Измеряемое сопротивление в 0,001 Ом преобразуется на выходе устройства в напряжение 0,1 мВ. Ёмкость проверяемого конденсатора – от 10 мкф, при меньших значениях ёмкости ухудшается точность измерения. Максимальное измеряемое значение ЭПС – 10 Ом. Ниже изображена схема измерителя.

Процессом измерения управляет счётчик-дешифратор DD1. На таймере DA2 собран генератор, номиналы элементов которого R3, R4, C2 рассчитаны таким образом, чтобы на выходах «0»…«9» DD1 формировались импульсы (такты) длительностью около 10 мкс. Полный цикл измерения составляет 100 мкс и изображён на рисунке ниже. (На осциллограмме представлен процесс измерения ЭПС конденсатора ёмкостью в 22 мкф, для наглядности последовательно с ним соединён резистор 1 Ом. Развёртка 10 мкс, 10 мВ, осциллограф С1-73.)

Выводы «9», «0», «1», «2», «3» DD1 объединены через диоды VD3, VD7, VD4, VD8, VD6 по схеме логического «или» и управляют работой ключа VT2…VT4. Ключ необходим для разряда проверяемого конденсатора. На четвёртом такте транзистор VT4 закрывается, и проверяемый конденсатор начинает заряжаться от источника стабильного тока 10 мА, который формирует стабилизатор DA7. Точное значение тока принципиального значения не имеет – его отклонение в пределах +-0,5 от 10 мА будет скомпенсировано при регулировке устройства. В момент отключения ключа происходит скачкообразное увеличение напряжения на конденсаторе (на графике – «ЭПС»), величина которого определяется как Rэпс*Iзар. После скачка, напряжение на конденсаторе плавно растёт, и к концу пятого такта достигает значения Ucap=(Iзар*t)/C+ Rэпс*Iзар, где t- время заряда конденсатора (20 мкс), С - его ёмкость. На пятом такте ключ DA5.2 открывается высоким логическим уровнем, поступаемого с выв. 1 DD1, и напряжение на исследуемом конденсаторе, равное Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C, запоминается на конденсаторе С11. Следующие 3 такта, поступающие с выв. 5,6,9 DD1 через диоды VD10, VD5, VD9 на ключ VT1 отключают источник стабильного тока. В этот момент времени напряжение на проверяемом конденсаторе соответствует значению Ucap=(Iзар*t)/C. Седьмой такт DD1 открывает ключ DA5.1, сохраняя это значение на конденсаторе С10. На ОУ DA4, DA6 собран дифференциальный усилитель. Он вычитает напряжение, сохранённое на конденсаторе С10 из напряжения, сохранённого на конденсаторе С11, выделяя тем самым напряжение, падающее на ЭПС проверяемого конденсатора: (Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C) - (Iзар*t)/C = Rэпс*Iзар. Разность напряжений умножается дифференциальным усилителем на 10, и для значения зарядного тока 10 мА ЭПС проверяемого конденсатора будет определяться Rэпс = (Uэпс/0,01 А)*10, т.е. 0,1 мВ на выходе DA6 будет соответствовать сопротивлению в 0,001 Ом.

Отрицательное напряжение для питания ОУ DA4, DA6 формируют элементы DA1, DA3. Диоды VD11, VD12 ограничивают напряжение холостого хода на щупах, а также защищают измерительные цепи от предварительно заряженных конденсатор. Для компенсации конечного сопротивления проводов измерительных щупов применяется четырёхпроводная схема измерения.

На рисунках ниже приведены чертежи печатной платы («под утюг») и схемы расположения элементов на ней.

Регулировку устройства начинают с установки нулевого напряжения на выходе DA6 (выв.6) подстройкой сопротивления резистора R6 при закороченных измерительных щупах. Далее, к измерительным щупам устройства подключается эталонное сопротивление. Его значение может лежать в пределах от 10ти до 1го ома. Подстройкой резистором R9 необходимо добиться показаний, соответствующих эталонному сопротивлению. Например, вольтметр на пределе 200 мВ для сопротивления в 1 ом должен показывать значение 100,0 мВ. На этом настройка заканчивается. Фото собранного измерителя приведено ниже.

Применяемые ОУ DA4 AD823 и DA6 AD711 недёшевы – но такова плата за точность и стабильность измерений. Тем не менее, их можно заменить на более доступные TL072/082 и TL071/081 соответственно. Разумеется в ущерб точности измерения. Конденсаторы C1, C2, C10…C14 – плёночные

Напряжение при проверке исправных конденсаторах даже небольшой ёмкости и больших значений ЭПС существенно меньше падения напряжения на переходах полупроводников, что позволяет, в большинстве случаев проверять ёмкости не выпаивая их из плат.

Помимо измерения ЭПС конденсаторов устройство можно применять в качестве миллиомметра. В этом случае измеренное значение сопротивления в 0,001 также будет соответствовать напряжению на выходе 0,1 мВ.

P.S. Если добавить к измерителю ЭПС преобразователь напряжения и вольтметр, то в итоге получится автономное и компактное устройство, которое поможет, к примеру, выбрать электролитические конденсаторы непосредственно в магазине.

Эта возможность оказалась особенно актуальной при сравнении конденсаторов, выпаянных из материнских плат и источников питания ATX в сравнении с новыми, приобретёнными в магазине. ЭПС купленных конденсаторов (Jamicon, возможно подделка, но других в продаже не было) часто оказывался хуже проработавших на 10-20%...

Ниже вы можете скачать печатную плату в формате Autocad

Список радиоэлементов

ПРОБНИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

"ЭКВИВАЛЕНТНОГО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ"

ОКСИДНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Описание устройства

В последнее время возрос интерес к такому параметру оксидных конденсаторов как эквивалент­ное последовательное сопротивление (ЭПС). Практика показывает, что оценка ЭПС конденсатора, при ремонте радиоаппаратуры, во многих случаях более информативна, чем измерение ёмкости или "про­звонка" стрелочным омметром. Поскольку величины ЭПС исправных конденсаторов составляют макси­мум единицы Ом, то измерение данного параметра вполне допустимо производить непосредственно в устройстве, без демонтажа конденсаторов, что, несомненно, является большим плюсом.

Принцип работы большинства конструкций основан на измерении падения напряжения доста­точно большой частоты на проверяемом конденсаторе. Условно считают, что в этом случае ёмкостное сопротивление конденсатора значительно меньше ЭПС и, стало быть, падение напряжения пропорцио­нально ЭПС. Однако, как хорошо показано в , процедура измерения действительного значения ЭПС с заданной погрешностью, несколько сложнее простого измерения напряжения на конденсаторе. Статья настоятельно рекомендуется к прочтению, для ясного представления о трудностях, возникающих при измерении ЭПС. Весьма интересен метод измерения ЭПС, предложенный в .

С другой стороны, в ремонтной практике важно не столько точное определение "абсолютного" зна­чения ЭПС, сколько примерное значение "ЭПС" данного конденсатора в сравнении с образцовым. В пользу данного соображения можно отнести тот факт, что значения ЭПС исправных конденсаторов на­ходятся в пределах единиц Ом для конденсаторов малой ёмкости (1-10 мкФ) и долей Ома для конденса­торов большей ёмкости. Поэтому, ограничив предел измерения ЭПС на уровне, скажем, 20 Ом, можно условно разбить шкалу на три сектора: "плохой - сомнительный - хороший". При этом явно высохшие или оборванные конденсаторы будут всегда попадать в "плохой сектор". Границы секторов определя­ются пробными измерениями некоторого количества "образцовых" конденсаторов.

Поскольку не требуется высокая точность измерений ("одночастотный" метод не может обеспе­чить её в принципе), то на первый план выходят такие показатели измерителя как простота конструк­ции, малый потребляемый ток, хорошая повторяемость. Здесь нужно отметить статью . Соображения, изложенные в ней, представляются весьма разумными. Индикатор ЭПС, описываемый в статье , по­слу­жил прототипом проб­ника для измерения "ЭПС":

Основные характеристики :

Верхний предел измеряемого сопротивления - 20 Ом;

Нижний предел измеряемой ёмкости - 1 мкФ;

Потребляемый ток при разомкнутых щупах - не более 200 мкА;

Потребляемый ток при замкнутых щупах - не более 6 мА;

Частота генерации - 10...15 кГц.

Потребляемый ток при замкнутых щупах определяется, главным образом, током полного отклоне­ния миллиамперметра PA 1. Относительно низкая частота генерации позволяет реализовать "классиче­ский" вариант компоновки прибора, когда вся схема размещается в отдельном корпусе, а щупы "Cx " при­соединяются к ней проводами стандартной длины. При более высокой частоте , длина проводов ста­новится критичной, а работать со "щупом" внушительных размеров не представляется удобным.

Работа с прибором проста. Замкнув щупы " Cx ", резистором R 2 устанавливают стрелку миллиампер­метра на конечное деление шкалы. Поскольку в авторском варианте потенциометр R 2 со­вмещён с выключателем S 1, то включение прибора и установка нуля выполняется за одно движение. После этого можно приступать к измерениям.

Для того чтобы оценить величины ЭПС различных конденсаторов, нужно сделать серию измере­ний новых "образцовых" конденсаторов различных номиналов ёмкостей. Электролитические конденса­торы 1-10 мкФ полезно сравнить с такими же (по ёмкости) но неэлектролитами - К73, МБГЧ и т.д. По­сле этого оценка состояния конденсаторов не будет представлять никаких трудностей.

Детали и конструкция

Отправной точкой при сборке пробника является выбор миллиамперметра (или микроампер­метра) PA 1. Если будет использоваться микроамперметр с током полного отклонения порядка 50 мкА, то транзистор VT 2 вполне можно исключить, используя в качестве детектора диод типа КД522Б. В автор­ском варианте использован миллиамперметр М325 с достаточно большим током полного отклонения - 5 мА (R внут ~ 95 Ом):

Данный миллиамперметр выбран из-за внушительных размеров корпуса, боль­шого угла отклонения стрелки и необычного внешнего вида. Внутри корпуса свободно размести­лись:

Элемент питания типоразмера " D " (отечественный "373");

Потенциометр с выключателем СП3-10 (как в старой радиоаппаратуре);

Плата с элементами схемы.

Поскольку со свободным местом в корпусе миллиамперметра трудностей не возникало, то использо­ваны "крупногабаритные" конденсаторы:

C2, C3, C4, C5 - К73;

C1 - К71.

Катушка L 1 намотана на кольце К10х4х2 из феррита марки М2000НМ и содержит 50-60 витков про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,3...0,5 мм.

Транзисторы VT 1, VT 2 можно заменить другими, с аналогичными параметрами.

Наладка прибора

Так как параметры применяемого миллиамперметра, скорее всего, будут отличаться от описывае­мого в статье, то ёмкость конденсатора C 4 придётся подобрать опытным путём. При пер­вых запусках пробника его рекомендуется отключить.

Для начала необходимо убедиться в том, что генератор на транзисторе VT 1 работает устойчиво при различных положениях движка R 1 и активном сопротивлении между выводами "Cx " - 0...20 Ом.

Для этого замыкают накоротко выводы " Cx " , устанавливают движок R 1 в левое по схеме положение и включают питание. Плавно вращая движок R 1, наблюдают осциллографом возникновение и увеличение амплитуды колебаний на эмиттере VT 1. Максимальная амплитуда колебаний должна составлять 600-700 мВ. При дальнейшем вращении R 1 амплитуда колебаний уменьшается. Частота колебаний должна быть порядка 10-15 кГц.

Установив резистором R 1 максимальную амплитуду колебаний, подключают к выводам "Cx " рези­сторы величиной от 1 до 20 Ом (удобнее всего, использовать магазин сопротивлений) и наблюдают уменьшение амплитуды колебаний. Колебания при любом значении резистора должны быть устойчи­выми. Если это не так (маловероятный случай), то следует заменить транзистор VT 1.

Далее размыкают выводы " Cx " и устанавливают движок резистора в левое по схеме положение. К выводу базы VT 2 подключают вольтметр (относительно "земли"). Плавно вращая R 1, наблюдают уве­личение постоянного напряжения. При величине напряжения порядка 400 мВ начнёт открываться тран­зистор VT 2, что обнаруживается по отклонению стрелки миллиамперметра PA 1. Положение резистора R 1 соответствующее началу отклонения стрелки PA 1 назовём граничным - "R гр". Диапазон изменения R 1 при работе с прибором - от левого по схеме до R гр.

При отключенном конденсаторе С4 и замкнутых выводах " Cx " эпюра напряжения на выводе эмит­тера VT 2 будет иметь вид однополупериодного выпрямления. При вращении R 1 должна меняется ам­плитуда колебаний и угол отсечки тока.

Теперь нужно определиться с отклонением стрелки PA 1. Идеально, если при максимальной ампли­туде колебаний на эмиттере VT 1 ток через PA 1 на 30 % больше тока полного отклонения стрелки, для компенсации разряда источника питания. Если стрелка "не дотягивает" до конечного деления шкалы, следует сгладить пульсации подключением конденсатора C 4. Если же наоборот, чувствительность слишком высока, то последовательно с PA 1 нужно включить гасящий резистор.

Последним этапом является оцифровка шкалы пробника. Процедура очень простая. Подключая к выводам " Cx " резисторы известных номиналов, отмечают положение стрелки. После чего изготавли­вают шкалу в любом графическом редакторе.

Можно поступить иначе. Подбирать значение резистора до совпадения стрелки с имеющимися на шкале делениями. Плюс этого метода в том, что "родную" шкалу миллиамперметра можно отсканиро­вать, а подставить необходимые значения в полученный рисунок гораздо проще. Ми­нус метода - зна­чения на шкале, скорее всего, будут дробными.

Файлы к статье

1) ЭПС и не только... (Esr 1.rar, 42 кБ)

2) Оценка ЭПС с помощью осциллографа (Esr

Не ослабевает интерес наших читателей и авторов к разработке и изготовлению устройств измерения ЭПС (ESR) оксидных конденсаторов. Предлагаемая ниже приставка к мультиметрам серии 83х продолжает эту тему. Мультиметры, далее приборы, серии 83х - очень популярны среди радиолюбителей из-за доступной цены и приемлемой точности измерений.

На страницах журнала "Радио" неоднократно публиковались статьи по расширению возможностей этих приборов, например, . При разработке предлагаемой приставки, так же как и в , была поставлена задача не применять дополнительный источник питания. Схема приставки показана на рис. 1 .

Рис.1

В приборах, построенных на микросхемах АЦП ICL71x6 или их аналогах, есть внутренний стабилизированный источник напряжения 3 В с максимальным током нагрузки 3 мА . С выхода этого источника подано напряжение питания на приставку через разъём "СОМ" (общий провод) и внешнее гнездо "NPNc", которое входит в состав восьмиконтактной розетки для подключения маломощных транзисторов в режиме измерения статического коэффициента передачи тока. Метод измерения ЭПС аналогичен применённому в цифровом измерителе, который описан в статье . По сравнению с этим устройством предлагаемая приставка существенно отличается простотой схемы, малым числом элементов и их низкой ценой.

Основные технические характеристики
Интервал измерения ЭПС, Ом:
при разомкнутых контактах выключателя SA1 0,1... 199,9
при его замкнутых контактах (положение "х0,1") 0,01...19,99
Ёмкость проверяемых конденсаторов, не менее, мкФ 20
Ток потребления, мА 1,5

При работе с приставкой переключатель рода работ прибора устанавливают в положение измерения напряжения постоянного тока с пределом "200 мВ". Внешние вилки приставки "СОМ", "VΩmA", "NPNc" стыкуются с соответствующими гнёздами прибора. Временная диаграмма показана на рис. 2 . Генератор, собранный на логическом элементе DD1.1 - триггере Шмитта, диоде VD1, конденсаторе С1 и резисторах R1, R2, вырабатывает последовательность положительных импульсов длительностью t r = 4 мкс с паузой 150 мкс и стабильной амплитудой около 3 В (рис. 2, а ). Эти импульсы можно наблюдать осциллографом относительно общего провода гнезда "СОМ". Во время каждого импульса через проверяемый конденсатор, подключённый к гнёздам "Сх" приставки, протекает заданный резисторами R4, R5 стабильный ток, который равен 1 мА при разомкнутых контактах выключателя SA1 или 10 мА при его замкнутых контактах (положение "х0,1").

Рассмотрим работу узлов и элементов приставки с подключённым проверяемым конденсатором с момента появления очередного импульса длительностью t r на выходе элемента DD1.1. От инвертированного элементом DD1.2 импульса низкого уровня длительностью t r транзистор VT1 закрывается на 4 мкс. После зарядки ёмкости сток-исток закрытого транзистора VT1 напряжение на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть практически только от тока протекающего через его ЭПС. На логическом элементе DD1.3, резисторе R3 и конденсаторе С2 собран узел задержки фронта импульса генератора на 2 мкс. За время задержки t 3 ёмкость сток-исток закрытого транзистора VT1, шунтирующая испытуемый конденсатор, успевает зарядиться и практически не влияет на точность следующего после t 3 процесса измерения (рис. 2,б ). Из задержанного на 2 мкс и укороченного по длительности до 2 мкс импульса генератора на выходе инвертора DD1.4 формируется измepиteльный импульс длительностью t изм = 2 мкс (рис. 2,в) высокого уровня. От него открывается транзистор VT2, а запоминающий конденсатор СЗ начинает заряжаться от падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора через резисторы R6, R7 и открытый транзистор VT2. По окончании измерительного импульса и импульса с выхода генератора от высокого уровня на выходе элемента DD1.2 транзистор VT1 открывается, a VT2 от низкого уровня на выходе элемента DD1.4 закрывается. Описанный процесс повторяется каждые 150 мкс, что приводит к зарядке конденсатора СЗ до падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора после нескольких десятков периодов. На индикаторе прибора отображается значение эквивалентного последовательного сопротивления в омах. При положении выключателя SA1 "х0,1" показания индикатора нужно умножить на 0,1. Открытый между импульсами генератора транзистор VT1 устраняет рост напряжения (заряд) на ёмкостной составляющей проверяемого конденсатора до значений ниже минимальной чувствительности прибора, равной 0,1 мВ. Наличие входной ёмкости транзистора VT2 приводит к смещению нуля прибора. Для устранения её влияния применены резисторы R6 и R7. Подбором этих резисторов добиваются отсутствия напряжения на конденсаторе СЗ при замкнутых гнёздах "Сх" (установка нуля).

О погрешностях измерений. Во-первых, имеет место систематическая погрешность, достигающая примерно 6 % для сопротивлений, близких к максимуму в каждом интервале. Она связана с уменьшением тока тестирования, но не так важна - конденсаторы с такими ЭПС подлежат браковке. Во-вторых, существует погрешность измерения, зависящая от ёмкости конденсатора.
Объясняется это ростом напряжения во время импульса с генератора на ёмкостной составляющей конденсаторов: чем меньше ёмкость, тем быстрее её зарядка. Эту погрешность нетрудно рассчитать, зная ёмкость, ток и время зарядки: U = М/С. Так, для конденсаторов ёмкостью более 20 мкФ она не влияет на результат измерений, а вот для 2 мкФ измеренное значение будет больше реального примерно на 1,5 Ома (соответственно, 1 мкФ - 3 Ома, 10 мкФ - 0,3 Ома и т. п.).

Чертё ж печатной платы показан на рис. 3 . Три отверстия под штыри следует просверлить так, чтобы последние входили в них с небольшим усилием.

Это облегчит процесс их пайки к контактным площадкам. Штырь "NPNc" - позолоченный от подходящего разьёма, подойдёт и кусок лужёного медного провода. Отверстие под него сверлят в подходящем месте после установки штырей "СОМ" и "VΩmA". Последние - от вышедших из строя измерительных щупов. Конденсатор СЗ желательно применить из группы ТКЕ не хуже Н10 (X7R). Транзистор IRLML6346 (VT1) можно заменить на IRLML6246, IRLML2502, IRLML6344 (в порядке ухудшения). Критерии замены - сопротивление открытого канала не более 0,06 Ом при напряжении затвор-исток 2,5 В, ёмкость сток-исток - не более 300...400 пФ. Но если ограничиться только интервалом 0,01...19,00 Ом (выключатель SA1 в этом случае заменяют перемычкой, резистор R5 удаляют), то максимальная ёмкость сток-исток может достигать 3000 пФ. Транзистор 2N7000 (VT2) заменим на 2N7002, 2N7002L, BS170C пороговым напряжением не более 2...2,2 В. Перед монтажом транзисторов следует проверить соответствие расположения выводов проводникам печатной платы. Гнёзда XS1, XS2 в экземпляре автора - клеммник винтовой 306-021-12.

Перед налаживанием приставку следует подключить не к мультиметру, чтобы не вывести его из строя, а к автономному источнику питания напряжением 3 В, например, к двум последовательно соединённым гальваническим элементам. Плюс этого источника временно подключают к штырю "NPNc" приставки (не подключая этот штырь к мультиметру), а минус - к её общему проводу. Измеряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, после чего автономный источник отключают. Гнёзда "Сх" временно замыкают коротким отрезком медного провода диаметром не менее 1 мм. Штыри приставки вставляют в одноимённые гнёзда прибора. Подбором резисторов R6 и R7 устанавливают нулевые показания прибора при обоих положениях выключателя SA1. Для удобства эти резисторы можно заменить одним подстроечным, а после настройки нуля впаивают резисторы R6 и R7 с суммарным сопротивлением, равным подстроечному.

Удаляют отрезок провода, замыкающий гнёзда "Сх". К ним подключают резистор 1...2 0м при замкнутом положении SA1, затем - 10...20 Ом при разомкнутом. Сверяют показания прибора с сопротивлениями резисторов. В случае необходимости подбирают R4 и R5, добиваясь желаемой точности измерения. Внешний вид приставки показан на фото рис. 4 .
Приставку можно использовать как омметр малых сопротивлений Также ею можно измерять внутреннее сопротивление малогабаритных гальванических или аккумуляторных элементов и батарей через последовательно соединённый конденсатор ёмкостью не менее 1000 мкФ, соблюдая полярность его подключения. Из полученного результата измерения необходимо вычесть ЭПС конденсатора, который должен быть измерен заранее.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов. - Радио, 1999, №8,с.42,43.
2. Чуднов В. Приставка к мультиметру для измерения температуры. - Радио, 2003, № 1, с. 34.
3. Подушкин И. Генератор + одновибратор = три приставки к мультиметру. - Радио, 2010, № 7, с. 46, 47; № 8, с. 50-52.
4. Даташит ICL7136 http://radio-hobby.org/modules/datasheets/2232-icl7136
5. Бирюков С. Цифровой измеритель ESR. - Схемотехника, 2006, № 3, с. 30-32; №4, с. 36,37.

АРХИВ: Скачать с сервера

Раздел: [Измерительная техника]
Сохрани статью в: