Прибор для проверки конденсатора: виды устройств и техника измерений

КОНСТРУКЦИЯ

Схема устройства собрана на четырёх ОУ. На ОР 1 собран генератор частотой 120 кГц. Напряжение с этого генератора подаётся на инвертирующий усилитель на ОР 2, в цепь обратной связи которого включается тестируемый конденсатор. Так как величина коэффициента усиления инвертирующего усилителя на ОУ прямо пропорциональна величине сопротивления резистора в цепи ООС, то его выходное напряжение будет прямо пропорционально измеряемой величине. Далее следует нормирующий усилитель ОР 3. Меняя его коэффициент усиления, переключая резистор обратной связи, получаем возможность легко изменять диапазон измерения. Далее, следует линейный вольтметр на ОР 4. Если вместо микроамперметра включить резистор, величиной в несколько килоом, то напряжение на нём можно измерять цифровым мультиметром. Например, на FLUKE есть oчень удобный поддиапазон – 300 мВ.

Рис. 2 Принципиальная схема измерителя ESR электролитических конденсаторов

Схема устройства предоставлена на Рис.2, и имеет два предела измерения 1 Ом и 5 Ом. Но их может быть сколько угодно. Включив вместо резистора R9,например, 9 кОм, получим предел 10 Ом.

Вообще, как мне представляется, применение данного прибора для целей выявления неисправных конденсаторов при ремонтах РЭА ничем не лучше, чем применение устройства для измерения ESR на трансформаторе. Но, когда интересует точное значение ESR, при подборе конденсаторов, например, тогда его применение целесообразно.

Следует учитывать, что наличие даже очень маленькой индуктивности (ферритовой бусинки, например, надетой на провод) вызывает заметное (на пределе 1 Ом – более половины шкалы) отклонение стрелки. Так можно легко различать проволочные и плёночные резисторы, например, если по внешнему виду определить затруднительно.

Следует остановиться на конструкции щупов. Наилучшие результаты показали витые щупы из четырёх проводов, диаметром в изоляции, около одного миллиметра. Два провода свиваются между собой, а потом две косички свиваются между собой. При длине 40 см, вносимая погрешность – около 0.2 Ома. Такой же косичкой из четырёх проводов, только короткой, производится подключение к клеммам на корпусе прибора. В качестве клемм удобно использовать колодки для подключения звуковых колонок.

Номиналы деталей, за исключением номиналов резисторов R7, R8 и R9, определяющих границы диапазонов,не критичны. Питание устройства от 12 дисковых аккумуляторов, ёмкостью 0.28 А-Ч.

Номиналы деталей, за исключением номиналов резисторов R7, R8 и R9, определяющих границы диапазонов,не критичны. Питание устройства от 12 дисковых аккумуляторов, ёмкостью 0.28 А-Ч.

Принцип действия прибора для проверки конденсаторов

Перед тем, как производить измерение, нужно выполнить разрядку конденсатора. Для этого его выводы соединяют друг с другом.

Щупы мультиметра обеспечивают разность потенциалов, которая может быть использована для зарядки конденсатора. По времени зарядки можно приблизительно оценить емкость. Измеряя сопротивление, можно определить наличие повреждений или пробой конденсатора.

При измерении параметра ESR используются сложные алгоритмы. В таком тестере используются специальные микросхемы для управления процессом проверки.

Виды конденсаторов


Для косвенных измерений можно использовать омметр или вольтметр. Некоторые радиолюбители собирают самодельный измерительный прибор.

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:

  1. Сопротивление утечки. Это внутренний импеданс, через который происходит разряд конденсатора, неподключенного к внешней цепи.
  2. Эквивалентную индуктивность. Это паразитная характеристика, влияющая на работу элемента на высоких частотах.
  3. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Состоит из обобщённого сопротивления выводов и обкладок, представляется как резистор, подключённый последовательно с конденсатором.

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:

  1. Постоянными. Относящиеся к этому виду конденсаторы обладают постоянным значением ёмкости.
  2. Переменными. К ним относятся радиоэлементы, величину ёмкости которых можно изменять в процессе работы устройства. Изменение происходит за счёт смены температурного режима, электрических параметров цепи и механических методов.
  3. Построечными. Позволяют изменять ёмкость при настройке аппаратуры, при этом элемент не должен быть подключён к источнику питания.

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.


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.

Самодельный С – метр

Собрать простой измеритель емкости конденсаторов своими руками можно на интегральной микросхеме серии 155ЛА3.

На самодельную печатную плату устанавливается микросхема К155ЛА3. Плату предварительно отмывают от грязи и флюса, которые останутся после изготовления. Используемые детали:

  • микросхема К155ЛА3;
  • диоды КД 509;
  • подобранные резисторы 47 кОм;
  • резисторы 11 кОм;
  • конденсатор 0,1 мкФ;
  • подобранные ёмкости: С1 0-50 пФ, С2 0-500 пФ, С3 0-5000 пФ, С4 0-0,05 мкФ.

К выводам присоединяется питание 5 В. На вывод 7 – минус, на вывод 14 – плюс. Выводы считаются от ключа, нанесённого на корпус. Источник питания – 5 В при токе 0.1 А.

Проводники, которые соединяют резисторы с переключателем, выполняются по возможности короче. Переменные резисторы после подбора заменяются постоянными эквивалентами. Настройку выполняют с измерительным прибором, который будет использоваться.

Регулировка сводится к установке максимальных границ каждого диапазона при помощи подбора резисторов 47 К.


Регулировка сводится к установке максимальных границ каждого диапазона при помощи подбора резисторов 47 К.

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.

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.

Цифровой измеритель ёмкости

Автор: admin Vladimir | Опубликовано 12-11-2014

Из заголовка статьи понятно, что сегодня речь пойдет о приборе для измерения ёмкости конденсаторов. Не в каждом простом мультиметре есть данная функция. А ведь при изготовлении очередной самоделки мы очень часто задумываемся: будет ли она работать, исправны ли конденсаторы, которые мы применили, как их проверить. Да и просто в процессе ремонта данный прибор будет необходим. Проверить на целостность электролитический конденсатор, конечно, можно при помощи тестера. Но мы узнаем: живой он или нет, а вот определить ёмкость , насколько он сухой, мы не сможем.

В некоторых дешевых мультиметрах, которые присутствуют сейчас на рынке, имеется эта функция. Но предел измерения ограничен цифрой в 200 микрофарад. Что явно мало. Нужно хотя бы четыре тысячи микрофарад. Но такие мультиметры стоят на порядок выше. Поэтому я наконец-то решил купить измеритель ёмкости конденсаторов. Выбирал самый дешевый с приемлемыми характеристиками. Остановил свой выбор на XC6013L:

Поставляется это устройство в красивой коробке. Правда, на коробке изображение другого мультиметра:

А сверху наклейка с моделью данного прибора, наверно, у китайцев не хватает коробок:

Прибор заключён в защитный желтый кожух из мягкой пластмассы, похожей на резину. В руках чувствуется увесистость, что говорит о серьезности прибора. С нижней стороны имеется откидная подставка, которая многим может и не пригодиться:

Питается измеритель ёмкости от батарейки напряжением 9 вольт типа крона, которая поставляется в комплекте:

Характеристики прибора просто великолепны. Он может производить измерения от 200 пикофарад до 20 тысяч микрофарад. Что вполне достаточно для радиолюбительских целей:

Сверху прибора расположился большой и информативный жидкокристаллический дисплей. Под ним находятся две кнопки. Слева — красная кнопка, при помощи которой можно зафиксировать на дисплее текущее показание ёмкости. А справа — синяя кнопка, которая очень порадовала, — подсветкой экрана, что, несомненно, является плюсом данного прибора. Между кнопками имеется коннектор для измерения малогабаритных конденсаторов. Правда, проверить бушные конденсаторы, выпаянные из плат доноров, не получается, так как контактные площадки расположены достаточно глубоко. Поэтому данным коннектором можно воспользоваться, только проверяя конденсаторы с длинными выводами:

Под селектором выбора диапазонов измерений находится коннектор для подключения щупов. Кстати, щупы выполнены из такого же материала, как защитный кожух прибора, наощупь они довольно-таки мягкие:

Там же находится, несомненно, самая важная функция прибора — это установка нулевых показаний при измерении ёмкостей в разряде пикофарад. Что наглядно видно на следующих двух фотографиях. Здесь умышленно извлечен один щуп и при помощи регулятора выставлен ноль:

Здесь щуп поставлен на место. Как видите, ёмкость щупов влияет на показания. Теперь достаточно при помощи регулятора выставить ноль и произвести измерения, что будет достаточно точно:

Теперь давайте протестируем прибор в работе и посмотрим, на что он способен.

Для начала будем проверять конденсаторы заведомо исправные, новые и извлечённые из плат доноров. Первым будет подопытный на 120 микрофарад. Это новый экземпляр. Как видите, показания слегка занижены. Кстати, таких конденсаторов у меня штуки 4, и ни один не показал 120 микрофарад. Возможна погрешность прибора. А может, сейчас делают одну некондицию:

По изменению емкости

По этой характеристике можно выделить следующие устройства:

  • Постоянные. Во время работы их емкость не меняется.
  • Переменные. Обладают способностью изменять свою емкость. Это может быть механический метод — реостат. Либо изменение электрического напряжения, либо температуры.
  • Подстроечные. Подстраиваются механически вручную при настройке схемы прибора. Чтобы устройство работало нормально.

В настоящее время сложно встретить электрическую схему, где бы ни использовались конденсаторы.

Прибор NM8032 для проверки ESR электролитических конденсаторов

Мастера хорошо знают, как часто в отказе аппарата виноват «высохший» электролитический конденсатор. Познакомьтесь с несложным и недорогим прибором, позволяющим достаточно достоверно проверить качество конденсаторов без их демонтажа. Его можно изготовить самостоятельно из набора Мастер Кит NM8032 или приобрести готовый щуп измеритель RLC и ESR BM8032.

Существует обширный класс неисправностей радиоэлектронной аппаратуры, связанный с отказами электролитических конденсаторов. Электролитические конденсаторы – это сложные электрохимические устройства, содержащие жидкий активный электролит, в них применяется точечная сварка и клепка химически несовместимых металлов. Изготовление электролитических конденсаторов требует строгого соблюдения технологической дисциплины, так как малейшее ее нарушение ведет к отказам компонентов. Причем коварство этих отказов заключается в том, что их часто невозможно обнаружить при входном контроле, они проявляются только через несколько месяцев, а то и лет эксплуатации радиоаппаратуры. Кроме того, многие отказы электролитических конденсаторов не являются внезапными – они проявляются очень постепенно, в течение длительного времени. А так как электролитические конденсаторы используются чаще всего как фильтры питания и переходные конденсаторы, то аппаратура не перестает работать полностью, а происходит постепенное ухудшение качества ее работы. Увеличивается количество помех на экране телевизора, усилители начинают все больше «фонить», звук в них постепенно теряет басы, а управляющие микроконтроллеры все чаще начинают «сходить с ума». Потребители обычно такие отказы даже не относят к поломкам, а считают это естественным результатом старения аппаратуры. Но даже когда отказ конденсатора привел к полной неработоспособности устройства, то замена отказавшего конденсатора не гарантирует качественного ремонта. Ведь велика вероятность того, что и другие конденсаторы в устройстве уже находятся на грани отказа, и это приведет к повторным ремонтам и нареканиям со стороны заказчика. По этой причине некоторые ремонтники предпочитают в ответственных случаях заменять на плате все электролитические конденсаторы в случае отказа одного из них. Способ, конечно надежный, но весьма трудоемкий и дорогостоящий. Имея же прибор для внутрисхемной диагностики электролитических конденсаторов, можно быстро проверить их все и заменить только низкокачественные.

Методы оценки качества электролитических конденсаторов

Диагностика электролитических конденсаторов основывается на принципе: «сопротивление конденсатора должно быть бесконечно большим на постоянном токе и предельно малым на высокой частоте». Сопротивление конденсатора на постоянном токе легко проверить при помощи любого омметра постоянного тока, а для проверки сопротивления конденсаторов на высокой частоте существуют специальные приборы – измерители эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). К сожалению, в нашей стране такие приборы пока мало распространены. В журнале РЭТ была публикация на эту тему [1]. Имеется также ряд описаний импортных приборов и методик [2-5]. Одним из самых лучших считается прибор ESR & Low Ohms Meter K 7204, описанние которого можно найти на сайте. Этот прибор построен на базе микроконтроллера, имеет три автоматически переключаемых диапазона измерений (0-0,99 Ом; 0-9,9 Ом; 0-99 Ом), индикацию результатов на двухразрядном семисегментном индикаторе. К недостаткам прибора можно отнести достаточно высокую стоимость, а также применение цифровой индикации. Цифровая индикация, необходимая при точных измерениях, оказывается достаточно неудобной для быстрых качественных оценок. К тому же конструкция щупов прибора, несмотря на использование цифровой коррекции, не позволяет проводить правильные измерения очень малых сопротивлений. Это связано с тем, что прибор измеряет модуль комплексного сопротивления цепи между своими клеммами, но она состоит из суммы сопротивления щупов и сопротивления тестируемого конденсатора. Теоретически можно вычесть сопротивление щупов из суммарного сопротивления цепи и получить точное значение сопротивления конденсатора. Но на практике комплексное сопротивление щупов в процессе измерений меняется из-за нестабильности контакта в клеммах прибора, изменения индуктивности проводов при изменении их взаимного расположения и влияния на них окружающих предметов. Все это не позволяет правильно оценивать сверхмалые сопротивления.

При разработке тестера для ремонтников было решено сделать прибор, работающий на принципе тестирования конденсатора переменным током фиксированной величины. В этом случае переменное напряжение на конденсаторе прямо пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Такой прибор реагирует не только на увеличенное внутреннее сопротивление, но и на потерю конденсатором емкости, что тоже полезно. В приборе использован аналоговый индикатор на 10 светодиодах с логарифмической шкалой. Шкала измерителя нелинейна: сжата в области больших и растянута в области малых сопротивлений. Такая шкала удобна для считывания показаний и обеспечивает наглядный отсчет в широком диапазоне измерений. Для дополнительного расширения диапазона измерений в прибор введен переключатель диапазонов.

Другая особенность прибора – это использование четырехпроводной схемы подключения измерительных щупов. При такой схеме к измеряемому конденсатору двумя проводами подводится сигнал от генератора, а двумя другими проводами к тому же конденсатору подключается измерительная цепь. Между собой эти две пары проводов соединяются только на конденсаторе. При такой схеме подключения сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерений, что позволило надежно регистрировать сопротивления порядка 0,05 Ом. Основные технические характеристики прибора приведены в табл.1.

Таблица 1. Технические характеристики прибора.

Напряжение питания6 В (4 элемента ААА)
Ток потребления, не более75 мА
Размеры печатной платы63х63 мм
Диапазон измеряемых сопротивлений0,1…3 Ом (х1), 1…30 Ом (х10)
Вид индикацииЛинейка из 10 светодиодов
Формат индикации«Светящийся столб»/«бегающая точка»

Принцип работы

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1. Питание прибора включается выключателем SW2. На микросхеме DA1 [HEF4049BP] собран генератор импульсов, работающий на частоте около 80

кГц. С выхода генератора (выводы 2, 4, 6, 11, 15 DA1) сигнал поступает через разделительный конденсатор С3, токоограничивающий резистор R3 [или R2, в зависимости от предела измерения] и переключатель SW1 на тестируемый конденсатор. Переключатель SW1 служит для переключения диапазонов измерения прибора. Так как значения измеряемых сопротивлений много меньше номиналов токоограничивающих резисторов, можно считать, что конденсатор тестируется фиксированным током. В этом случае напряжение на конденсаторе прямо пропорционально его комплексному сопротивлению.

Читайте также:  Импульсное реле для управления освещением: как работает, виды, маркировка и подключение

Рис.1. Принципиальная схема прибора

Сигнал с конденсатора поступает на микросхему DA2 [КР157ДА1], которая представляет собой сдвоенный линейный детектор с динамическим диапазоном более 50 дБ. Здесь эта микросхема использована в нестандартном включении. Одна ее половина включена в режиме линейного усилителя переменного тока с коэффициентом усиления около 10, а другая в режиме линейного детектора. Такое включение позволило увеличить чувствительность прибора без увеличения постоянного смещения на выходе детектора.

С выхода линейного выпрямителя сигнал поступает на сглаживающий фильтр R9, C7 и далее на вход логарифмического индикатора на микросхеме DA3 [LM3915]. Значения сигнала с шагом 3 дБ отображаются линейкой из 10 светодиодов. Использование логарифмического индикатора позволило обеспечить широкий диапазон измеряемых значений при относительно небольшом числе светодиодов индикации. Особенностью включения микросхемы является то, что опорное напряжение на вывод 6 микросхемы подается не от внутреннего стабилизатора, а с делителя R10, R12, подключенного непосредственно к шине питания. При таком включении при снижении напряжения питания повышается чувствительность индикатора. Одновременно при этом снижается выходное напряжение генератора на микросхеме DA1. Оба эти эффекта компенсируют друг друга, и поэтому удается обеспечить правильные показания прибора при изменении напряжения питания без использования дополнительных стабилизаторов. Яркость свечения светодиодов индикатора задается резистором R11.

Суммарный потребляемый прибором ток определяется главным образом током потребления светодиодов индикации. На плате предусмотрена съемная перемычка J1, определяющая режим работы индикатора. При установленной перемычке индикатор работает в режиме «светящийся столб», а при снятой – в более экономичном режиме «бегающая точка».

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты прибора при подключении его к неразряженным конденсаторам. С той же целью рекомендуется использовать конденсаторы C3 и C4 на рабочее напряжение не менее 250 В.

Конструкция прибора для проверки конденсаторов

Рис.2. Внешний вид и внутренняя компоновка прибора для проверки качества электролитических конденсаторов.

Прибор выполнен в стандартном корпусе BOX-G080 размером 120х70х20 мм. В корпусе закреплена печатная плата размером 63х63 мм и кассета на 4 батареи размера ААА. Чертеж печатной платы и расположение элементов показаны на рис.3 и 4 соответственно.

Рис.3. Чертеж печатной платы.

Рис.4. Расположение элементов.

Сборка прибора производится в следующей последовательности:

  • срежьте у печатной платы два угла по пунктирным линиям;
  • временно установите печатную плату в корпус и, используя ее как трафарет, просверлите для светодиодов 10 отверстий Ф3 мм;
  • извлеките печатную плату из корпуса и смонтируйте на ней радиокомпоненты, за исключением светодиодов;
  • впаяйте провода щупов в контактные отверстия 1-2 и 3-4. Перевейте между собой с шагом 5-8 мм провода подходящие к контактам 1 и 3. Подпаяйте к зажимам типа «крокодил» провода, подходящие к контактам 1-3 и 2-4. Провода должны соединяться между собой непосредственно на зажимах;
  • в контактные отверстия светодиодов запаяйте проволочные штыри согласно рис.5 (можно использовать обрезки от выводов элементов), подпаяйте кассету питания;
  • в отверстия корпуса вставьте светодиоды, смонтируйте плату в корпусе и распаяйте светодиоды (рис.5) в соответствии со схемой;
  • приклейте на двусторонний скотч кассету с батареями (может потребоваться удаление неиспользуемых стоек в корпусе);
  • проверьте правильность монтажа;
  • сделайте в корпусе отверстия для переключателей и проводов щупов и соберите корпус;
  • включите питание.

Правильно собранный прибор не требует настройки. Его работоспособность можно проверить, например, при помощи низкоомного безиндуктивного резистора известного номинала, например 1,5 Ом. При подключении такого резистора к щупам прибора, он должен показывать правильное значение номинала. При необходимости чувствительность прибора на шкале х1 можно подстроить изменяя номинал резистора R2, а на шкале х10 – изменяя номинал резистора R3. Калибровочная шкала прибора приведена в табл.2.

Суммарный потребляемый прибором ток определяется главным образом током потребления светодиодов индикации. На плате предусмотрена съемная перемычка J1, определяющая режим работы индикатора. При установленной перемычке индикатор работает в режиме «светящийся столб», а при снятой – в более экономичном режиме «бегающая точка».

Измеритель емкости электролитических конденсаторов с тестом на утечку

Одной из самых частых причин выхода радиоэлектронной аппаратуры из строя или ухудшения ее параметров является изменение свойств электролитических конденсаторов. Иногда при ремонте аппаратуры (особенно произведенной в бывшем СССР), изготовленной с применением некоторых типов электролитических конденсаторов (например, K50-. ), для восстановления работоспособности устройства прибегают к полной или частичной замене старых электролитических конденсаторов. Все это приходится делать из-за того, что свойства материалов, входящих в электролитический (именно электролитический, т.к. в составе используется электролит) конденсатор, под электрическим, атмосферным, тепловым воздействиями со временем изменяются. И таким образом важнейшие характеристики конденсаторов, такие как емкость и ток утечки – так же изменяются (конденсатор “высыхает” и емкость его увеличивается, часто даже более чем на 50% от первоначальной, а ток утечки возрастает, т.е. внутреннее сопротивление, шунтирующее конденсатор уменьшается), что естественно приводит к изменению характеристик, а в худшем случае и к полному отказу аппаратуры.

Вашему вниманию предлагается схема и пример конструкции измерителя емкости электролитических конденсаторов с тестом их на утечку. Сразу оговорюсь – оригинальная идея схемы не моя, а разработана [1], мною была исправлена одна ошибка, добавлена встроенная калибровка и тест на утечку конденсатора, разработан вариант конструкции и произведено изготовление с настройкой, испытаниями. Прекрасные результаты работы прибора заставили меня поделиться информацией с Вами.

Измеритель обладает следующими качественными и количественными характеристиками :

1) измерение емкости на 8 поддиапазонах :

  • 0 . 3 мкф;
  • 0 . 10 мкф;
  • 0 . 30 мкф;
  • 0 . 100 мкф;
  • 0 . 300 мкф;
  • 0 . 1000 мкф;
  • 0 . 3000 мкф;
  • 0 . 10000 мкф.

2) оценка тока утечки конденсатора по светодиодному индикатору;
3) возможность точного измерения при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды (встроенная калибровка измерителя);
4) напряжение питания 5-15 В ;
5) определение полярности электролитических (полярных) конденсаторов;
6) ток потребления в статическом режиме . не более 6 мА;
7) время измерения емкости . не более 1 с;
8) ток потребления во время измерения емкости с каждым поддиапазоном возрастает,
но . не более 150 мА на последнем поддиапазоне.

Суть прибора – измерение напряжения на выходе дифференцирующей цепи, рис.1.

Напряжение на резисторе: Ur = i*R ,
где i – общий ток через цепь, R – зарядное сопротивление ;

Т.к. цепь дифференцирующая, то ее ток : i = С*(dUc/dt) ,
где С – заряжаемая емкость цепи, но конденсатор будет линейно заряжаться через источник тока, т.е. стабилизированным током : i = С*const,
значит напряжение на сопротивлении (выходное для этой цепи): Ur = i*R = C*R*const – прямо пропорционально емкости заряжаемого конденсатора, а значит измеряя вольтметром напряжение на резисторе мы измеряем в некотором масштабе и исследуемую емкость конденсатора.

Схема представлена на рис. 2.
В исходном положении испытуемый конденсатор Сх (или калибровочный С1 при включенном тумблере SA2) разряжен через R1. Измерительный конденсатор, на котором (не на испытуемом непосредственно) измеряется напряжение, пропорциональное емкости испытуемого Сх, разряжен через контакты SA1.2. При нажатии кнопки SA1 испытуемый Сх (С1) заряжается через соответствующие поддиапазону (галетный переключатель SA3) резисторы R2 . R11. При этом зарядный ток Сх (С1) проходит через светодиод VD1, чья яркость свечения позволяет судить о токе утечки (сопротивлении, шунтирующем конденсатор) в конце заряда конденсатора. Одновременно с Сх (С1) через источник стабилизированного тока VT1,VT2,R14,R15 заряжается и измерительный (заведомо исправный и с малым током утечки) конденсатор С2. VD2, VD3 используются для предотвращения разряда измерительного конденсатора через источник напряжения питания и стабилизатор тока соответственно. После заряда Сх (С1) до уровня, определяемого R12, R13 (в данном случае до уровня примерно половины напряжения источника питания), компаратор DA1 отключает источник тока, синхронный с Сх (С1) заряд С2 прекращается и напряжение с него, пропорциональное емкости испытуемого Сх (С1) индицируется микроамперметром PA1 (две шкалы со значениями кратными 3 и 10, хотя можно настроить на любую шкалу) через повторитель напряжения DA2 с высоким входным сопротивлением, что также обеспечивает долгое сохранение заряда на С2.

Настройка

При настройке положение калибровочного переменного резистора R17 фиксируется в каким-либо положении (например, в среднем). Подключая эталонные конденсаторы с точно известными значениями емкости в соответствующем диапазоне, резисторами R2, R4, R6-R11 производится калибровка измерителя – подбирается такой ток заряда, чтобы эталонные значения емкостей соответствовали определенным значениям на выбранной шкале.

В моей схеме точные значения зарядных сопротивлений при напряжении питания 9 В составили:

После калибровки один из эталонных конденсаторов становится калибровочным С1. Теперь при изменении напряжения питания (изменения температуры окружающей среды, например при сильном охлаждении готового отлаженного прибора на морозе показания емкости у меня получались заниженными процентов на 5) или просто для контроля точности измерений достаточно подключить С1 тумблером SA2 и, нажав SA1, калибровочным резистором R17 произвести подстройку PA1 на выбранное значение емкости С1.

Конструкция

Перед началом изготовления прибора необходимо выбрать микроамперметр с подходящей шкалой(-ами), габаритами и током максимального отклонения стрелки, но ток может быть любым (порядка десятков, сотен микроампер) благодаря возможности настройки и калибровки прибора. Я применил микроамперметр ЭА0630 с Iном = 150 мкА, классом точности 1.5 и двумя шкалами 0 . 10 и 0 . 30.

Плата была разработана с учетом того, что она будет крепиться непосредственно на микроамперметре при помощи гаек на его выводах, рис.3. Такое решение обеспечивает и механическую, и электрическую целостность конструкции. Прибор размещается в подходящий по габаритам корпус, достаточный для размещения также (кроме микроамперметра и платы):

– SA1 – кнопка КМ2-1 из двух малогабаритных переключателей;
– SA2 – малогабаритный тумблер МТ-1;
– SA3 – малогабаритный галетный переключатель на 12 положений ПГ2-5-12П1НВ;
– R17 – СП3-9а – VD1 – любой, я применил какой-то из серии КИПх-хх, красного цвета свечения;
– 9-ти вольтовая батарея «Корунд» с габаритами 26.5 х 17.5 х 48.5 мм (без учета длины контактов).

SA1, SA2, SA3, R17, VD1 закрепляются на верхней крышке (панели) прибора и располагаются над платой (батарея укрепляется при помощи проволочного каркаса прямо на плате), но соединяются с платой проводами, а все остальные радиоэлементы схемы располагаются на плате (и под микроамперметром непосредственно тоже) и соединяются печатным монтажом. Отдельного выключателя питания я не предусматривал (да и в выбранный корпус он бы уже не поместился), совместив его с проводами для подключения испытуемого конденсатора Сх в разъеме типа СГ5. «Мама» XS1 разъема имеет пластмассовый корпус для установки на печатную плату (она устанавливается в углу платы), а «папа» XP1 подключается через отверстие в торце корпуса прибора. При подключение разъема «папа» своими контактами 2-3 включает питание прибора. К проводам Сх параллельно неплохо приладить разъем (колодку) какой-либо конструкции для подключения отдельных отпаянных конденсаторов.

Работа с прибором

При работе с прибором нужно быть внимательным с полярностью подключения электролитических (полярных) конденсаторов. При любой полярности подключения индикатор показывает одно и то же значение емкости конденсатора, но при неправильной полярности подключения, т.е. «+» конденсатора к «-» прибора, светодиод VD1 индицирует большой ток утечки (после заряда конденсатора светодиод продолжает ярко гореть), тогда как при правильной полярности подключения светодиод вспыхивает и постепенно гаснет, демонстрируя уменьшение зарядного тока до очень малой величины, практически до полного потухания (следует наблюдать 5-7 секунд), при условии, что испытуемый конденсатор обладает малым током утечки. Неполярные неэлектролитические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, что и видно по очень быстрому и полному гашению светодиода. А если же ток утечки велик (сопротивление, шунтирующее конденсатор мало), т.е. конденсатор старый и «течет», то свечение светодиода видно уже при Rутечки = 100 кОм, а при меньших шунтирующих сопротивлениях светодиод горит еще ярче.
Таким образом можно по свечению светодиода определять полярность электролитических конденсаторов: при том подключении, когда ток утечки меньше (светодиод менее ярок) – полярность конденсатора соответствует полярности прибора.

Для большей точности показаний любое измерение следует повторять не менее 2-х раз, т.к. в первый раз часть тока заряда идет на создание оксидного слоя конденсатора, т.е. показания емкости чуть-чуть занижены.

1) измерение емкости на 8 поддиапазонах :

Конденсатор и емкость

Конденсаторы используются практически во всех микросхемах и являются частой причиной ее неработоспособности. Так что в случае неисправности устройства следует проверять в первую очередь именно этот элемент.

Виды конденсаторов по типу диэлектрика:

  • вакуумные;
  • с газообразным диэлектриком;
  • с неорганическим диэлектриком;
  • с органическим диэлектриком;
  • электролитические;
  • твердотельные.

Обычно используются электролитические конденсаторы

Основные неисправности конденсаторов:

  • Электрический пробой. Обычно вызван превышением допустимого напряжения.
  • Обрыв. Связан с механическими повреждениями, встрясками, вибрациями. Причиной может служить некачественная конструкция и нарушение эксплуатационных условий.
  • Повышенные утечки. Сопротивление между обкладками изменяется, и это приводит к низкой емкости конденсатора, которая не способна сохранять заряд.

Все эти причины приводят к тому, кто конденсатор становится непригодным для дальнейшего использования.

В данном случае присутствует протечка электролита

  • вакуумные;
  • с газообразным диэлектриком;
  • с неорганическим диэлектриком;
  • с органическим диэлектриком;
  • электролитические;
  • твердотельные.

Обычно используются электролитические конденсаторы

Проверка конденсатора схема прибора

В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется т. н. переходное сопротивление, достигающее порою десятков Ом. Это эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе. Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого “резистора”, что еще больше усугубляет разрушительный процесс.

Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора – это известное радиолюбителям “высыхание”, когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, т.к. емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10 – 20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение Эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов (причем всего до 3 – 5 Ом) на работе импульсных блоков питания, вызывая выход из строя дорогостоящих транзисторов или микросхем.

Принцип работы описываемых измерителей эквивалентного последовательного сопротивления основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е. по сути – это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известно,

Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ – 0,016 Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений и не нужна. Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, в технических условиях максимальное значение ESR задают именно на этой частоте. Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемые же измерители работают с генераторами прямоугольных импульсов. Но, как было замечено выше, нам нужна не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например, 0,5 и 5 Ом.

Генератор импульсов генерирует импульсы с частотой следования 120кГц, построен на логических элементах 1 и 2. Частота генератора задается RC контуром на радиокомпонентах R1 и C1.

Для согласования логических уровней используется третий логический элемент DD1.3. Для усиления импульсов в схему добавлены DD1.4-DD1.6. Затем сигнал следуя через делитель напряжения на сопротивлениях R2 и R3 поступает на неизвестный конденсатор Сх. Блок измерителя переменного напряжения состоит из диодов VD1 и VD2 и мультиметра, . Последний, требуется перевести в режим измерения постоянного напряжения. Подстройку прибора для проверки конденсаторов осуществляют путем изменения номинала резистора R2.

Конструктивно прибор размещен в одном корпусе с элементом питания. Щуп Х1 присоединен к корпусу устройства, щуп X2 обычный провод не более 10 сантиметров на конце которого игла или крокодил. Проверка исследуемых конденсаторов возможна прямо на плате, не выпаивая их из схемы, что существенно ускоряет время ремонта любой радио аппаратуры.

Читайте также:  Подключение датчика движения для освещения с выключателем: схема и пошаговая инструкция

По завершению сборки устройства для проверки электролитических конденсаторов, желательно измерить осциллографом частоту на щупах X1 и X2. Она должна находиться в диапазоне 120-180 кГц. Иначе потребуется подбор номинала резистора R1.

Затем используя резисторы следующих номиналов: 1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 и 80 Ом. К выводам X1 и X2 подключаем сопротивление в 1 Ом и регулировкой R2 добиваемся, чтобы на мультиметре было значение 1мВ. Затем берем следующий резистор 5 Ом и не изменяя сопротивление R2 записываем показание мультиметра. Так же и далее с оставшимися сопротивлениями. В результате этого получим таблицу значений, по которой можно будет узнать реактивное сопротивление.

Рассмотрим работу схемы простейшего измерителя ESR для проверки оксидных конденсаторов. Сразу следует сделать оговорку, что суть электрических процессов, происходящих в схеме, для облегчения понимания дается в несколько упрощенном виде.


Проверка конденсатора схема устройства с использованием головки микроамперметра

На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2) и буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4). Частота генерации определяется элементами С2 и R1 и приблизительно равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор СЗ и резистор R2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде VD1 включен микроамперметр РА1, по шкале которого отсчитывается значение ESR. Конденсатор С4 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2), это ее положение соответствует бесконечному значению ESR .

Если теперь подключить исправный оксидный конденсатор Сх параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению (помните, при С = 10 мкФ, Хс = 0,16 Ом на частоте 100 кГц), конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя упадет практически до нуля. При наличии же в измеряемом конденсаторе какого-либо из описанных выше дефектов, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка отклонится на некоторый угол.

Чем больше будет ESR, тем больший ток будет течь через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению “бесконечность” будет отклоняться стрелка. Шкала прибора нелинейна и напоминает шкалу омметра обычного тестера. В качестве измерительной головки можно использовать любой микроамперметр на ток до 500 мкА, хорошо подходят головки от индикаторов уровня записи магнитофонов. Градуировать шкалу не обязательно, достаточно засечь, где будет находиться стрелка, подключая калибровочные резисторы.

Но об этом поговорим чуть позже. Благодаря разделительному повышающему трансформатору, напряжение на измерительных щупах прибора не превышает значения 0,05 – 0,1 В, при котором еще не открываются переходы полупроводниковых приборов. Это дает возможность проверять конденсаторы, не выпаивая их из схемы!

Нетрудно заметить, что если к схеме подключить неисправный конденсатор, имеющий пробой диэлектрика, стрелка прибора так же, как и в случае проверки исправного конденсатора, упадет до нулевой отметки. Для устранения указанного недостатка в схему введен переключатель S1. В верхнем положении контактов (как показано на схеме) прибор работает как измеритель ESR, и стрелка измерительной головки отклоняется под воздействием выпрямленного напряжения генератора. В нижнем же положении контактов переключателя S1 стрелка измерителя отклоняется под воздействием постоянного напряжения источника питания, а измеряемый конденсатор подключается параллельно головке. Процедура измерения выглядит так: подключаем щупы к измеряемому конденсатору и наблюдаем за стрелкой. Допустим, стрелка упала до нуля, по части ESR конденсатор исправен. Переключаем S1 в нижнее положение. При исправном конденсаторе стрелка измерительного прибора должна вернуться в положение “бесконечность”, т.к. конденсаторы не проводят (вернее сказать: не должны проводить ) постоянный ток. Пробитый же конденсатор зашунтирует головку, и стрелка измерителя останется в нулевом положении. Отклонения стрелки на конечную отметку шкалы на постоянном токе (в нижнем положении S1) добиваются подбором резистора R3.

Для защиты измерительной головки от механических повреждений импульсом разрядного тока (при случайном подключении измерительных щупов к заряженному конденсатору) служат диоды VD2, VD3. Заряженный конденсатор будет разряжаться через обмотку I трансформатора Т1.

Наличие переключателя S1 дает возможность “прозванивать” проводники печатной платы, позволяя выявлять обрывы, микротрещины или случайные замыкания между дорожками. На переменном токе этого сделать нельзя, т. к., например, из-за наличия в схеме блокировочного конденсатора, прибор покажет замыкание между общим проводом и проводником питания.

Существуют и другие области применения прибора. С его помощью, благодаря наличию генераторе импульсов, можно проверять исправность трактов РЧ и ПЧ радиоприемников и телевизоров, а также видеоусилители, формирователи импульсов и т.д. Спектр гармоник сигнала прямоугольной формы генератора, работающего на частоте 100 кГц, простирается вплоть до сотен мегагерц. Телевизор реагирует на подключение щупов прибора даже к антенному входу ДМВ диапазона. В диапазоне MB на экране телевизора отчетливо просматриваются горизонтальные полосы.

Чтобы иметь возможность проверять тракты ЗЧ, в схему прибора введен еще один переключатель (S2), с помощью которого частота генератора импульсов понижается до 1 кГц. Кроме того, измерения показали, что потребляемый прибором ток не превышает 3-5 мА. Питать прибор можно от батарейки типа “Крона” через маломощный 5-вольтовой стабилизатор. Переключателем S3 включается питание прибора.

Длительная работа с прибором позволила выявить еще один “скрытый резерв” – при помощи него можно проверять катушки индуктивности (обмотки трансформаторов) на предмет наличия короткозамкнутых витков. При этом прибор измеряет все то же реактивное сопротивление, только на этот раз индуктивное (XL). Индуктивное сопротивление можно рассчитать по формуле:

Например, катушка индуктивностью в 100 микрогенри (мкГн) на частоте 100 кГц будет иметь индуктивное сопротивление XL = 62,8 Ом (при синусоидальной форме тока). Если такую катушку подключить к нашему прибору, стрелка измерителя практически останется в положении “бесконечность”, отклонение будет едва заметно. Наличие же в обмотке катушки короткозамкнутого витка (витков) приведет к резкому уменьшению индуктивного сопротивления до единиц Ом, и стрелка прибора в этом случае покажет какое-то малое сопротивление. Индуктивность катушек, применяемых в радиотехнических устройствах, может находиться в очень широких пределах – от единиц микрогенри в ВЧ дросселях до десятков генри в силовых трансформаторах, поэтому проверка катушек с большой индуктивностью на частоте 100 кГц может вызвать затруднения. Чтобы проверять такие катушки (например, первичные обмотки силовых трансформаторов), частоту генератора нужно установить в 1 кГц (переключателем S2).

Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце с внешним диаметром 10-15 мм и магнитной проницаемостью 600-2000 (значения не критичны). Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,4-0,5 мм, вторичная – 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1-0,15 мм. В качестве провода для “первички” отлично подходит монтажный провод марки МГТФ-0,5. Диод VD1 обязательно должен быть германиевым, например, типов Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5-0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы прибора в области измерения малых сопротивлений. Германиевые же диоды начинают проводить ток при прямом напряжении 0,1-0,2 В. Правильно собранный прибор начинает работать сразу, нужно только лишь подобрать сопротивление резисторов, как было указано выше. Чтобы облегчить настройку, в качестве резисторов R2 и R3 можно использовать подстроечные резисторы.

Задающий генератор можно собран и по другой схеме, важно лишь, чтобы частота сигнала генератора была около 100 кГц. Можно вообще обойтись без внутреннего генератора, используя уже имеющийся в распоряжении стационарный генератор и стрелочный авометр, а прибор оформить в виде приставки к ним.

Градуируют прибор проверки электролетических конденсаторовс помощью нескольких постоянных резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, замечаем, где будет нулевая отметка шкалы. Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими, сечением 0,75-1 мм2. Далее подключаем два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и замечаем положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом. Затем подключаем резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и замечаем положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, т. к. электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом, хотя и могут работать, например, в качестве разделительных в УНЧ, однако вызывают большие сомнения в их долговечности.

Значение ESR новых исправных конденсаторов зависит от фирмы-изготовителя, типа, свойств применяемых при изготовлении материалов и др. Повышенным (до 3-6 Ом) ESR обладают большинство конденсаторов емкостью 1-4,7 мкФ на напряжение 50-400 В, а также низковольтные сверхмалогабаритные конденсаторы. Проверенный же конденсатор, например, емкостью 1000 мкФ на 16 В, имеющий ESR 5 Ом, явно “нехороший” и подлежит замене. Как было отмечено выше, в особо ответственных узлах радиоаппаратуры, например, в импульсных блоках питания, схемах развертки телевизоров, должны использоваться качественные конденсаторы с ESR не более 0,5-1 Ом. Для междукаскадных конденсаторов НЧ – цепей эти требования могут быть не такими жесткими. (Именно в УНЧ, собранном пару лет назад, благополучно работают упомянутые выше миниатюрные “электролитики”).

Для проверки возможности прибора обнаруживать коротко-замкнутые витки проведите такой эксперимент: подключите прибор к исправному дросселю, например, ДМ – 0,1 с индуктивностью 20-100 мкГн, при частоте 100 кГц. Стрелка слегка отклонится в сторону уменьшения измеряемого сопротивления. Затем намотайте поверх дросселя пару витков монтажного провода со снятой изоляцией и скрутите вместе его концы. Снова подключите прибор: на этот раз стрелка должна отклониться на значительно больший угол, показывая сопротивление несколько Ом. В любом случае функция проверки катушек является дополнительной.

Пробник собран на микросборке К155ЛА3. Если проверяемый конденсатор пробит, то светодиод тухнет. Если емкость в обрыве, то светодиод постоянно светится. Если же контролируемый конденсатор исправен, то светодиод мигает, а частота мигания световых последовательностей меняется в зависимости от сопротивления переменного резистора.

Конструктивно прибор размещен в одном корпусе с элементом питания. Щуп Х1 присоединен к корпусу устройства, щуп X2 обычный провод не более 10 сантиметров на конце которого игла или крокодил. Проверка исследуемых конденсаторов возможна прямо на плате, не выпаивая их из схемы, что существенно ускоряет время ремонта любой радио аппаратуры.

Приборы для проверки конденсаторов

Бывает так, что при монтаже печатной платы возникает необходимость в проверке устанавливаемых конденсаторов на предмет обрывов выводов, отсутствия внутреннего замыкания или значительной утечки. Особенно это касается конденсаторов большой ёмкости, в частности оксидных.


Для быстрой проверке конденсаторов ёмкостью не менее 50 пФ подойдёт прибор (Рис.1), содержащий цифровую микросхему, светодиод, стрелочный индикатор и несколько других деталей.
На элементах DD1.1 – DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой около 75 кГц. ( она зависит от сопротивления резистора R1 и ёмкости конденсатора С1 ). Через инвертор DD1.4 импульсы генератора поступают на цепь нагрузки – она составлена из резисторов R2, R3, конденсатора С2 и проверяемого конденсатора Сх. Параллельно резистору R2 подключен через диод VD1 стрелочный индикатор РА1.
Детали цепи нагрузки подобраны так, что при подключении кнопкой SB2 источника питания GB1 через индикатор протекает ток около 15 мкА. Если же параллельно конденсатору С2 будет подключён кнопкой SB1 исправный проверяемый конденсатор, ток возрастёт и будет находиться в пределах 40 … 60 мкА независимо от ёмкости конденсатора. Эти пределы принимают за нормальные и отмечают на шкале ( или на стекле индикатора ), скажем цветным сегментом.
Следует учитывать, что при проверке конденсаторов ёмкостью более 5 мкФ стрелка индикатора вначале резко отклоняется в сторону конечного деления шкалы ( 100 мкА ), а затем возвращается в пределы сегмента. При проверке полярных оксидных конденсаторов их плюсовой вывод обязательно соединяют с гнездом XS1 (” + “).
В случае подключения испытываемого конденсатора с внутренним обрывом, стрелка индикатора останется на делении 15 мкА. Если же выводы конденсатора замкнуты ( конденсатор пробит ), стрелка индикатора может отклониться за конечное деление шкалы. При подключении конденсатора с утечкой стрелка индикатора выйдет за пределы сегмента, если сопротивление утечки менее 60 кОм.
Напряжение питания прибора контролируется светодиодом HL1, ток через который ограничен резистором R4.
Деталей в приборе немного, и их можно разместить в любом подходящем корпусе, габариты которого определяются стрелочным индикатором и источником питания.
Налаживают прибор в такой последовательности. Нажав кнопку SB2 убеждаются в отклонении стрелки индикатора на деление 15 мкА. В случае отклонении показаний более чем на 20%, нужно подобрать резистор R3.
Далее подключают к гнёздам XS1 и XS2 конденсатор ёмкостью 250 пФ и нажав кнопку SB1 ( конечно, одновременно с SB2 ), замечают показания стрелочного индикатора. Подбором резистора R2 доводят стрелку индикатора до деления 50 мкА ( середина сегмента ). Замкнув после этого гнёзда, убеждаются в отклонении стрелки индикатора за конечное деление шкалы.
Конденсатор можно проверить иначе – измерить его ёмкость. Для целей во многих случаях окажется достаточным собрать приставку к авометру, позволяющую измерять ёмкость конденсаторов от 100 пФ до 1 мкФ. Схема такой приставки приведена на Рис.2


На транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1 собран генератор импульсов, частоту следования которых можно изменять переключателем SA1. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал генератора поступает через диод VD1 на переменный резистор R6 – это регулятор установки своеобразного “нуля” отсчёта. С его движка сигнал поступает через один из эталонных конденсаторов С2 – С5 или проверяемый конденсатор ( его подключают к зажиму ” Сх ” ) на выпрямительный диод VD2 и авометр, подсоединённый к зажимам XS3 и XS4.
Пользуются приставкой так. В зависимости от ёмкости проверяемого конденсатора устанавливают переключателем один из пределов измерения. К примеру, в положении ” 1 ” переключателя можно измерять ёмкости от 0,1 до 1мкФ, в положении ” 2 ” от 0,01 до 0,1 мкФ, в положении ” 3 ” – от 1000 пФ до 0,01 мкФ в положении ” 4 ” – от 100 до 1000 пФ.
Переключатель SA2 устанавливают в положении ” Калибровка “ и переменным резистором R6 добиваются отклонением стрелки авометра на десятую часть шкалы. Тогда вся шкала будет соответствовать десяти “единицам” выбранного диапазона измерений. Поэтому удобно пользоваться, например, шкалой постоянных напряжений до 10 В – стрелку индикатора устанавливают на одно деление 1 В.
Подключают к зажимам XS1 и XS2 проверяемый конденсатор и переводят переключатель SA2 в положение ” Сх “. По отклонению стрелки авометра судят о ёмкости конденсатора. К примеру, стрелка отклонилась на 2,5 деления, а переключатель SA1 стоит в положении ” 3 “. Значит, ёмкость конденсатора равна 1000 пФ Х 2,5 = 2500 пФ. Точность измерений зависит в основном от точности подбора ёмкости эталонных конденсаторов.
Трансформатором в пробнике может быть согласующий трансформатор от радиоприёмников марки ” ВЭФ” ( “ВЭФ-12”, “ВЭФ-201”, “ВЭФ-204”). Транзисторы – любые из серий МП39 – МП42 с коэффициентом передачи тока не менее 50. Диоды – любые из серий Д2, Д9. Источник питания – “Крона” или две батареи 3336, соединённых последовательно, а также другие подобные напряжением 9 В.

Б. С. Иванов ” В ПОМОЩЬ РАДИОКРУЖКУ”, ” Радио и связь”, Москва, 1990 г, стр. 19 – 21

На транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1 собран генератор импульсов, частоту следования которых можно изменять переключателем SA1. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал генератора поступает через диод VD1 на переменный резистор R6 – это регулятор установки своеобразного “нуля” отсчёта. С его движка сигнал поступает через один из эталонных конденсаторов С2 – С5 или проверяемый конденсатор ( его подключают к зажиму ” Сх ” ) на выпрямительный диод VD2 и авометр, подсоединённый к зажимам XS3 и XS4.
Пользуются приставкой так. В зависимости от ёмкости проверяемого конденсатора устанавливают переключателем один из пределов измерения. К примеру, в положении ” 1 ” переключателя можно измерять ёмкости от 0,1 до 1мкФ, в положении ” 2 ” от 0,01 до 0,1 мкФ, в положении ” 3 ” – от 1000 пФ до 0,01 мкФ в положении ” 4 ” – от 100 до 1000 пФ.
Переключатель SA2 устанавливают в положении ” Калибровка “ и переменным резистором R6 добиваются отклонением стрелки авометра на десятую часть шкалы. Тогда вся шкала будет соответствовать десяти “единицам” выбранного диапазона измерений. Поэтому удобно пользоваться, например, шкалой постоянных напряжений до 10 В – стрелку индикатора устанавливают на одно деление 1 В.
Подключают к зажимам XS1 и XS2 проверяемый конденсатор и переводят переключатель SA2 в положение ” Сх “. По отклонению стрелки авометра судят о ёмкости конденсатора. К примеру, стрелка отклонилась на 2,5 деления, а переключатель SA1 стоит в положении ” 3 “. Значит, ёмкость конденсатора равна 1000 пФ Х 2,5 = 2500 пФ. Точность измерений зависит в основном от точности подбора ёмкости эталонных конденсаторов.
Трансформатором в пробнике может быть согласующий трансформатор от радиоприёмников марки ” ВЭФ” ( “ВЭФ-12”, “ВЭФ-201”, “ВЭФ-204”). Транзисторы – любые из серий МП39 – МП42 с коэффициентом передачи тока не менее 50. Диоды – любые из серий Д2, Д9. Источник питания – “Крона” или две батареи 3336, соединённых последовательно, а также другие подобные напряжением 9 В.

Приборы для проверки конденсаторов

Бывает так, что при монтаже печатной платы возникает необходимость в проверке устанавливаемых конденсаторов на предмет обрывов выводов, отсутствия внутреннего замыкания или значительной утечки. Особенно это касается конденсаторов большой ёмкости, в частности оксидных.


Для быстрой проверке конденсаторов ёмкостью не менее 50 пФ подойдёт прибор (Рис.1), содержащий цифровую микросхему, светодиод, стрелочный индикатор и несколько других деталей.
На элементах DD1.1 – DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой около 75 кГц. ( она зависит от сопротивления резистора R1 и ёмкости конденсатора С1 ). Через инвертор DD1.4 импульсы генератора поступают на цепь нагрузки – она составлена из резисторов R2, R3, конденсатора С2 и проверяемого конденсатора Сх. Параллельно резистору R2 подключен через диод VD1 стрелочный индикатор РА1.
Детали цепи нагрузки подобраны так, что при подключении кнопкой SB2 источника питания GB1 через индикатор протекает ток около 15 мкА. Если же параллельно конденсатору С2 будет подключён кнопкой SB1 исправный проверяемый конденсатор, ток возрастёт и будет находиться в пределах 40 … 60 мкА независимо от ёмкости конденсатора. Эти пределы принимают за нормальные и отмечают на шкале ( или на стекле индикатора ), скажем цветным сегментом.
Следует учитывать, что при проверке конденсаторов ёмкостью более 5 мкФ стрелка индикатора вначале резко отклоняется в сторону конечного деления шкалы ( 100 мкА ), а затем возвращается в пределы сегмента. При проверке полярных оксидных конденсаторов их плюсовой вывод обязательно соединяют с гнездом XS1 (” + “).
В случае подключения испытываемого конденсатора с внутренним обрывом, стрелка индикатора останется на делении 15 мкА. Если же выводы конденсатора замкнуты ( конденсатор пробит ), стрелка индикатора может отклониться за конечное деление шкалы. При подключении конденсатора с утечкой стрелка индикатора выйдет за пределы сегмента, если сопротивление утечки менее 60 кОм.
Напряжение питания прибора контролируется светодиодом HL1, ток через который ограничен резистором R4.
Деталей в приборе немного, и их можно разместить в любом подходящем корпусе, габариты которого определяются стрелочным индикатором и источником питания.
Налаживают прибор в такой последовательности. Нажав кнопку SB2 убеждаются в отклонении стрелки индикатора на деление 15 мкА. В случае отклонении показаний более чем на 20%, нужно подобрать резистор R3.
Далее подключают к гнёздам XS1 и XS2 конденсатор ёмкостью 250 пФ и нажав кнопку SB1 ( конечно, одновременно с SB2 ), замечают показания стрелочного индикатора. Подбором резистора R2 доводят стрелку индикатора до деления 50 мкА ( середина сегмента ). Замкнув после этого гнёзда, убеждаются в отклонении стрелки индикатора за конечное деление шкалы.
Конденсатор можно проверить иначе – измерить его ёмкость. Для целей во многих случаях окажется достаточным собрать приставку к авометру, позволяющую измерять ёмкость конденсаторов от 100 пФ до 1 мкФ. Схема такой приставки приведена на Рис.2

Читайте также:  Твердотельное реле своими руками: инструкция по сборке и советы по подключению


На транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1 собран генератор импульсов, частоту следования которых можно изменять переключателем SA1. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал генератора поступает через диод VD1 на переменный резистор R6 – это регулятор установки своеобразного “нуля” отсчёта. С его движка сигнал поступает через один из эталонных конденсаторов С2 – С5 или проверяемый конденсатор ( его подключают к зажиму ” Сх ” ) на выпрямительный диод VD2 и авометр, подсоединённый к зажимам XS3 и XS4.
Пользуются приставкой так. В зависимости от ёмкости проверяемого конденсатора устанавливают переключателем один из пределов измерения. К примеру, в положении ” 1 ” переключателя можно измерять ёмкости от 0,1 до 1мкФ, в положении ” 2 ” от 0,01 до 0,1 мкФ, в положении ” 3 ” – от 1000 пФ до 0,01 мкФ в положении ” 4 ” – от 100 до 1000 пФ.
Переключатель SA2 устанавливают в положении ” Калибровка “ и переменным резистором R6 добиваются отклонением стрелки авометра на десятую часть шкалы. Тогда вся шкала будет соответствовать десяти “единицам” выбранного диапазона измерений. Поэтому удобно пользоваться, например, шкалой постоянных напряжений до 10 В – стрелку индикатора устанавливают на одно деление 1 В.
Подключают к зажимам XS1 и XS2 проверяемый конденсатор и переводят переключатель SA2 в положение ” Сх “. По отклонению стрелки авометра судят о ёмкости конденсатора. К примеру, стрелка отклонилась на 2,5 деления, а переключатель SA1 стоит в положении ” 3 “. Значит, ёмкость конденсатора равна 1000 пФ Х 2,5 = 2500 пФ. Точность измерений зависит в основном от точности подбора ёмкости эталонных конденсаторов.
Трансформатором в пробнике может быть согласующий трансформатор от радиоприёмников марки ” ВЭФ” ( “ВЭФ-12”, “ВЭФ-201”, “ВЭФ-204”). Транзисторы – любые из серий МП39 – МП42 с коэффициентом передачи тока не менее 50. Диоды – любые из серий Д2, Д9. Источник питания – “Крона” или две батареи 3336, соединённых последовательно, а также другие подобные напряжением 9 В.

Б. С. Иванов ” В ПОМОЩЬ РАДИОКРУЖКУ”, ” Радио и связь”, Москва, 1990 г, стр. 19 – 21

Для быстрой проверке конденсаторов ёмкостью не менее 50 пФ подойдёт прибор (Рис.1), содержащий цифровую микросхему, светодиод, стрелочный индикатор и несколько других деталей.
На элементах DD1.1 – DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой около 75 кГц. ( она зависит от сопротивления резистора R1 и ёмкости конденсатора С1 ). Через инвертор DD1.4 импульсы генератора поступают на цепь нагрузки – она составлена из резисторов R2, R3, конденсатора С2 и проверяемого конденсатора Сх. Параллельно резистору R2 подключен через диод VD1 стрелочный индикатор РА1.
Детали цепи нагрузки подобраны так, что при подключении кнопкой SB2 источника питания GB1 через индикатор протекает ток около 15 мкА. Если же параллельно конденсатору С2 будет подключён кнопкой SB1 исправный проверяемый конденсатор, ток возрастёт и будет находиться в пределах 40 … 60 мкА независимо от ёмкости конденсатора. Эти пределы принимают за нормальные и отмечают на шкале ( или на стекле индикатора ), скажем цветным сегментом.
Следует учитывать, что при проверке конденсаторов ёмкостью более 5 мкФ стрелка индикатора вначале резко отклоняется в сторону конечного деления шкалы ( 100 мкА ), а затем возвращается в пределы сегмента. При проверке полярных оксидных конденсаторов их плюсовой вывод обязательно соединяют с гнездом XS1 (” + “).
В случае подключения испытываемого конденсатора с внутренним обрывом, стрелка индикатора останется на делении 15 мкА. Если же выводы конденсатора замкнуты ( конденсатор пробит ), стрелка индикатора может отклониться за конечное деление шкалы. При подключении конденсатора с утечкой стрелка индикатора выйдет за пределы сегмента, если сопротивление утечки менее 60 кОм.
Напряжение питания прибора контролируется светодиодом HL1, ток через который ограничен резистором R4.
Деталей в приборе немного, и их можно разместить в любом подходящем корпусе, габариты которого определяются стрелочным индикатором и источником питания.
Налаживают прибор в такой последовательности. Нажав кнопку SB2 убеждаются в отклонении стрелки индикатора на деление 15 мкА. В случае отклонении показаний более чем на 20%, нужно подобрать резистор R3.
Далее подключают к гнёздам XS1 и XS2 конденсатор ёмкостью 250 пФ и нажав кнопку SB1 ( конечно, одновременно с SB2 ), замечают показания стрелочного индикатора. Подбором резистора R2 доводят стрелку индикатора до деления 50 мкА ( середина сегмента ). Замкнув после этого гнёзда, убеждаются в отклонении стрелки индикатора за конечное деление шкалы.
Конденсатор можно проверить иначе – измерить его ёмкость. Для целей во многих случаях окажется достаточным собрать приставку к авометру, позволяющую измерять ёмкость конденсаторов от 100 пФ до 1 мкФ. Схема такой приставки приведена на Рис.2

Принцип действия

Прибор выполнен в корпусе BOX-G080 (Рис. 1). В корпусе закреплена печатная плата и кассета на 4 батареи размера AAA (Рис. 2).

Принцип действия прибора заключается в следующем. На делитель напряжения, образованный образцовым резистором и проверяемым конденсатором, подается переменное напряжение с генератора прямоугольных импульсов. Конденсатор включен в нижнее плечо делителя. С выхода делителя переменное напряжение пропорциональное ESR измеряемого конденсатора поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение. С выхода преобразователя постоянное напряжение поступает на блок индикации, который преобразует поступившее на его вход постоянное напряжение в соответствующее ему количество светящихся светодиодов. Таким образом, измеряемое значение ESR в приборе преобразуется в количество «горящих» светодиодов.

Рассмотрим электрическую схему устройства. На микросхеме DA1 (HEF4049BP) выполнен генератор прямоугольных импульсов, частота которого определяется элементами времязадающей цепи Rl, C1 (- 80 кГц). С выхода генератора (выводы 2, 4, 6, 11, 15 DA1) прямоугольные импульсы поступают на конденсатор СЗ и далее на делитель напряжения, образованный резистором R3/R2 и испытуемым конденсатором С. Переключатель SW1 позволяет в качестве верхнего плеча делителя выбрать резистор R3 или R2. Так как значения измеряемых сопротивлений много меньше номиналов токоограничивающих резисторов, можно считать, что конденсатор тестируется фиксированным током. Напряжение на конденсаторе будет определяться его емкостным сопротивлением и ESR, то есть будет прямо пропорционально его комплексному сопротивлению.

Переменное напряжение с испытуемого конденсатора через конденсатор С4 поступает на вход (вывод 5 DA2) микросхемы преобразователя КР157ДА1. Микросхема представляет собой сдвоенный линейный детектор с динамическим диапазоном более 50 дБ. Здесь эта микросхема использована в нестандартном включении. Одна ее половина включена в режиме линейного усилителя переменного тока с коэффициентом усиления около 10, а другая в режиме линейного детектора. Такое включение позволило увеличить чувствительность прибора без увеличения постоянного смещения на выходе детектора. Микросхема с высокой точностью преобразует переменное напряжение на ее входе в пропорциональное ему постоянное напряжение на ее выходе. Поскольку входное напряжение, снимаемое с конденсатора С, пропорционально измеряемому значению ESR, напряжение на выходе преобразователя будет также пропорционально ESR.

С выхода преобразователя (вывод 12 DA2), постоянное напряжение поступает на сглаживающий фильтр R9, С7 и далее на вход логарифмического индикатора на микросхеме LM3915 (вывод 5 DA3). Значения сигнала с шагом 3 дБ отображаются линейкой из 10 светодиодов. Использование логарифмического индикатора позволило обеспечить широкий диапазон измеряемых значений при относительно небольшом числе светодиодов индикации. Особенностью включения микросхемы является то, что опорное напряжение на вывод 6 микросхемы подается не от внутреннего стабилизатора, а с делителя R10, R12, подключенного непосредственно к шине питания. При таком включении при снижении напряжения питания повышается чувствительность индикатора. Одновременно при этом снижается выходное напряжение генератора на микросхеме DA1. Оба эти эффекта компенсируют друг друга, и поэтому удается обеспечить правильные показания прибора при изменении напряжения питания без использования дополнительных стабилизаторов. Яркость свечения светодиодов индикатора задается резистором R11. Итак, микросхема DA3 преобразовала входное постоянное напряжение в соответствующее количество светящихся светодиодов, подключенных к ее выходам. Суммарный потребляемый прибором ток определяется главным образом током «потребления светодиодов индикации. На плате предусмотрена съемная перемычка J1, определяющая режим работы индикатора. При установленной перемычке индикатор работает в режиме «светящийся столб», а при снятой — в более экономичном режиме «бегущая точка», при котором снижается ток потребления прибора. Последний режим будет полезен при питании прибора от батарей.

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты прибора при подключении его к неразряженным конденсаторам. С той же целью рекомендуется использовать конденсаторы СЗ и С4 на рабочее напряжение не менее 250 В.

Переменное напряжение с испытуемого конденсатора через конденсатор С4 поступает на вход (вывод 5 DA2) микросхемы преобразователя КР157ДА1. Микросхема представляет собой сдвоенный линейный детектор с динамическим диапазоном более 50 дБ. Здесь эта микросхема использована в нестандартном включении. Одна ее половина включена в режиме линейного усилителя переменного тока с коэффициентом усиления около 10, а другая в режиме линейного детектора. Такое включение позволило увеличить чувствительность прибора без увеличения постоянного смещения на выходе детектора. Микросхема с высокой точностью преобразует переменное напряжение на ее входе в пропорциональное ему постоянное напряжение на ее выходе. Поскольку входное напряжение, снимаемое с конденсатора С, пропорционально измеряемому значению ESR, напряжение на выходе преобразователя будет также пропорционально ESR.

LCR+ESR метры

Для более опытных есть прибор, который относят если не к профессиональным, то уж точно близким к ним — это XJW01. Кроме стандартных замеров, он позволяет проводить комплексные, а также измерять добротность, диэлектрические потери. Тестер имеет четырехпроводное подключение.

XJW01 позволяет проводить измерения на трех частотах: 100 Гц, 1 и 7.8кГц. Продается XJW01 в виде конструктора для сборки, или собранным устройством.

Тестер может работать как в автоматическом режиме выбора измеряемой величины, так и в ручном. Лучше использовать с ручным режимом, так как автоматика иногда неверно определяет тип компонента.

Наличие четырехпроводного подключения сразу ставит XJW01 на голову выше многих других любительских приборов: такое подключение позволяет разделить цепи генератора тока и измерительной части, за счет чего длина проводов и сопротивление контакта перестает влиять на результаты замеров.

Такой тип подключения применяется в профессиональных приборах: даже там где компонент подключается прямо в клеммы прибора, также используется специальная контактная группа, состоящая из четырех контактов.

Для подключения радиодеталей используются зажимы, пинцеты или выносные контактные группы, а так как они также используют разъемы BNC для подключения, то даже фирменные устройства совместимы с показанным выше XJW01.

Фактически все то же самое есть у фирменных, но относительно бюджетных LCR-метров от фирм UNI-T и Hantek. Они также имеют четырехпроводное подключение, измерение емкости, индуктивности и сопротивления включая ESR и комплексные измерения.

Особенно выделяется новая модель измерителя Hantek 1832C, с которой можно проводить измерения на семи вариантах частоты с верхним пределом в 40 кГц. Базовая погрешность до 0,3%, есть автоматический режим измерения, режимы комплексных измерений.

В этой серии есть старшая модель – Hantek 1833C, отличающаяся расширенным диапазоном частот, но имеющая большую цену.

Hantek 1832C имеет большой экран, на который выводится одновременно все результаты тестирования. Подключение тестируемого компонента двух и четырех проводное (трех и пяти с учетом защитного контакта).

Размах тестового сигнала составляет 0,6 вольта, из-за чего можно проводить замеры многих пассивных радиокомпонентов без выпаивания из платы.

Заявленные диапазоны измеряемых параметров:

  • Индуктивность – до 20 Гн;
  • Ёмкость – до 20000 мкФ;
  • Сопротивление – до 20 Мом;

При этом часто современные устройства могут измерять на частотах до 100 кГц (например Hantek 1833C), что позволяет тестировать компоненты на более высоком уровне. Особенно это помогает при отборе конденсаторов для работы в импульсных блоках питания, частота работы которых находится на сопоставимом значении.

Но нужно быть внимательным: у многих измерителей LCR часто декларируется диапазон частот до 100 кГц. Однако если внимательно прочитать инструкцию, то станет ясно, что в режиме измерения на такой частоте максимальная измеряемая емкость существенно ниже.

Чтобы выбрать оптимальный с точки зрения мастера по ремонту формат или тип прибора для измерения ESR проведем сравнение 3-х основных категорий:

Ссылка на основную публикацию
×
×