Приставка к мультиметру для измерения ESR конденсаторов
Не секрет, что наибольшее число отказов современной аппаратуры происходит по вине оксидных конденсаторов. Это не только обрыв, потеря емкости, короткое замыкание, но и дефект, выражающийся в увеличении активной составляющей конденсатора. Идеальный конденсатор, работая на переменном токе должен обладать только реактивным (емкостным) сопротивлением.
Активная составляющая должна быть близка к нулю. Реальный, хороший электролитический конденсатор должен обладать активным сопротивлением (ESR) не более 0,5-5 Ом (зависит от емкости и номинального напряжения).
Очень часто в аппаратуре, проработавшей несколько лет,можно встретить, казалось бы исправный конденсатор емкостью 10 мкФ с ESR до 100 Ом и более.
Такой конденсатор, несмотря на наличие емкости, негоден, и возможно является причиной неисправности или некачественной работы схемы, в которой он работает.
Принципиальная схема
На рисунке 1 показана схема приставки к мультиметру для измерения ESR оксидных конденсаторов. Чтобы измерить активную составляющую сопротивления конденсатора необходимо выбрать такой режим измерения, при котором реактивная составляющая будет очень мала. Как известно, реактивное сопротивление емкости снижается с увеличением частоты.
Например, на частоте 100 кГц при емкости 10 мкФ реактивная составляющая будет менее 0,2 Ом. То есть, измеряя сопротивление оксидного конденсатора емкостью более 10 мкФ по падению на нем переменного напряжения частотой 100 кГц и более, можно утверждать, что, при заданной погрешности 10-20% результат измерения можно будет принять практически только как величину активного сопротивления.
Рис. 1. Принципиальная схема приставки к мультиметру для измерения ESR конденсаторов.
Схема, показанная на рисунке 1, представляет собой генератор импульсов частотой около 120 кГц, выполненный микросхеме D1, делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R2, R3 и тестируемого конденсатора СХ, а так же измерителя переменного напряжения на СХ, состоящего из детектора VD1-VD2 и мультиметра, включенного на измерение малых постоянных напряжений.
Частота установлена цепью R1-C1. Собственно генератор импульсов сделан на элементе D1.1, а на остальных пяти элементах микросхемы сделан его выходной буферный каскад повышенной мощности.
Повышение мощности достигается путем параллельного включения пяти логических элементов. Таким образом, мощность возрастает в пять раз по сравнению с одиночным элементом.
Импульсы с выходов соединенных параллельно элементов D1.2-D1.6 поступают через делитель на резисторах R2 и R3 на конденсатор СХ, ESR которого требуется определить. Подстройкой сопротивления R2 выполняют юстировку прибора.
Так как в популярном мультиметре М838 нет режима измерения малых переменных напряжений (а именно с этим прибором у автора работает приставка), в схеме пробника имеется детектор на германиевых диодах VD1-VD2.
Мультиметр измеряет постоянное напряжение на С4, и уже по величине этого напряжения можно судить о величине ESR конденсатора, при этом зависимость прямо пропорциональная.
Детали и конструкция
Источником питания служит «Крона». Это такая же батарея, как та, которой питается мультиметр, но приставка должна питаться от отдельной батареи. Конструктивно приставка выполнена в одном корпусе с источником питания.
Для подключения к мультиметру используются собственные щупы мультиметра. Корпусом служит обычная мыльница. От точек Х1 и Х2 сделаны коротенькие щупы.
Один из них жесткий, в виде шила, а второй гибкий длиной не более 10 см, оконечный таким же заостренным щупом. Эти щупы можно подключать к конденсаторам, как к немонтированным, так к расположенным на плате (выпаивать их не требуется), что значительно упрощает поиск дефектного конденсатора при ремонте. Желательно подобрать к этим щупам «крокодильчики» для удобства проверки не монтированных (или демонтированных) конденсаторов.
Микросхему CD40106 можно заменить любым КМОП аналогом, содержащим шесть инвертирующих элементов со свойствами триггера Шмитта.
Диоды Д9Б - любые германиевые, например, любые Д9, Д18, ГД507. Можно попробовать применить и кремниевые. Налаживание приставки. После проверки монтажа и работоспособности подключите мультиметр.
Желательно частотомером или осциллографом проверить частоту на Х1-Х2. Если она лежит в пределах 120-180 кГц, - нормально. Если нет, - подберите сопротивление R1. Для налаживания потребуется набор достаточно точных постоянных резисторов.
Подготовьте набор постоянных резисторов сопротивлением 1 Ом, 5 Ом, 10 Ом, 15 Ом, 25 Ом, 30 Ом, 40 Ом, 60 Ом, 70 Ом и 80 Ом (или около того). Подготовьте лист бумаги.
Подключите вместо испытуемого конденсатора резистор сопротивлением 1 Ом. Затем подстраивайте подстроечный резистор R2 так, чтобы мультиметр показывал напряжение 1 mV. На бумаге запишите «1 Ом = ІтV».
Далее, подключайте другие резисторы, и, не меняя сопротивления резистора R2, делайте аналогичные записи (например, «60 Ом = 17тV»).
В результате получится таблица для расшифровки показаний мультиметра, ведь численно показания мультиметра не будут совпадать с величиной ESR. Эту таблицу нужно аккуратно оформить (вручную или на компьютере) и наклеить на корпус приставки, так чтобы таблицей было удобно пользоваться.
Если таблица бумажная, - наклейте на её поверхность скотч-ленты, чтобы защитить бумагу от истирания. Теперь, проверяя конденсаторы, вы считываете показания мультиметра в милливольтах, затем по таблице примерно определяете ESR конденсатора и принимаете решение о его пригодности.
Хочу заметить, что эту приставку можно приспособить и для измерения емкости оксидных конденсаторов. Для этого нужно существенно понизить частоту мультивибратора, подключив параллельно С1 конденсатор емкостью 0,01 мкФ или более.
Для удобства можно сделать для этого переключатель «С / ESR». Для измерения емкости так же потребуется сделать еще одну таблицу, - со значениями емкостей. Соответственно, потребуется набор хороших конденсаторов с точно известными емкостями.
Желательно, для соединения с мультиметром использовать экранированный кабель, чтобы исключить влияние наводок на показания мультиметра.
Аппарат, на плате которого вы ищите неисправный конденсатор, должен быть выключен, как минимум за полчаса до начала поисков (чтобы конденсаторы, имеющиеся в его схеме, разрядились).
Приставку можно использовать не только с мультиметром, но и с любым прибором, способным измерять милливольты постоянного или переменного напряжения.
Если ваш прибор способен измерять малое переменное напряжение (милливольтметр переменного тока или более «профессиональный» мультиметр) можно детектор на диодах VD1 и VD2 не делать, а измерять переменное напряжение прямо на испытуемом конденсаторе.
Естественно, табличку нужно делать под конкретный прибор, с которым вы планируете работать в дальнейшем. А в случае использования прибора со стрелочным индикатором можно на его шкалу нанести дополнительную шкалу для измерения ESR.
РК-03-2019. Степанов В.
Литература: 1. С. Рычихин. Пробник оксидных конденсаторов. Р-10-2008, с. 14-15.