Особенности работы прибора
Каждому, кто регулярно занимается ремонтом электронной техники, известно, какой процент неисправностей выпадает на долю дефектных электролитических конденсаторов. При этом если существенную потерю емкости удается диагностировать при помощи обычного мультиметра, то такой весьма характерный дефект как возрастание эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС, англ. ESR) обнаружить без специальных устройств принципиально невозможно.
Долгое время при проведении ремонтных работ мне удавалось обходиться без специализированных приборов для проверки конденсаторов путем подстановки параллельно «подозреваемым» конденсаторам заведомо исправных, в звуковой аппаратуре использовать проверку тракта прохождения сигнала на слух при помощи наушников, а также использовать методы косвенного дефектирования, основанные на личном опыте, накопленной статистике и профессиональной интуиции. Когда же пришлось приобщиться к массовому ремонту компьютерной техники, в которой на совести электролитических конденсаторов оказывается добрая половина всех неисправностей, необходимость контроля их ЭПС стала без преувеличения стратегической задачей. Существенным обстоятельством явился также тот факт, что в процессе ремонта неисправные конденсаторы очень часто приходится заменять не новыми, а демонтированными из других устройств, и их исправность совсем не гарантирована. Поэтому неизбежно наступил момент, когда пришлось всерьез задуматься о том, чтобы разрешить эту проблему обзаведшись, наконец, ЭПС-метром. Поскольку о покупке подобного прибора по ряду причин речь заведомо не шла, напрашивался однозначный выход – собрать его самостоятельно.
Анализ схемотехнических решений построения ЭПС-метров, имеющихся на просторах Сети, показал, что спектр подобных устройств чрезвычайно широк. Они отличаются функциональностью, напряжением питания, применяемой элементной базой, частотой генерируемых сигналов, наличием/отсутствием моточных элементов, формой отображения результатов измерений и т.п.
Основными критериями выбора схемы являлись ее простота, низкое напряжение питания и минимальное количество моточных узлов.
С учетом всей совокупности факторов было принято решение повторить схему Ю. Куракина, опубликованную в статье из журнала «Радио» (2008 г., №7, с.26-27). Ее отличает целый ряд положительных особенностей: предельная простота, отсутствие высокочастотных трансформаторов, малый потребляемый ток, возможность питания от одного гальванического элемента, низкая частота работы генератора.
Детали и конструкция. Собранный на макете прибор заработал сразу и после нескольких дней практических экспериментов со схемой было принято решение о его окончательной конструкции: прибор должен быть предельно компактным и представлять собой нечто вроде тестера, позволяющего максимально показательно отображать результаты измерений.
С этой целью в качестве измерительной головки был использован стрелочный индикатор типа М68501 от магниторадиолы «Сириус-324 пано» с током полного отклонения 250 мкА и оригинальной шкалой, отградуированной в децибелах, который оказался под рукой. Позднее в Сети мною было обнаружены сходные решения с применением магнитофонных индикаторов уровня в исполнении других авторов, что подтвердило правильность принятого решения. В качестве корпуса прибора был использован корпус от неисправного зарядного устройства для ноутбука LG DSA-0421S-12, идеально подходящий по габаритам и имеющий, в отличие от многих своих собратьев, легкоразборный корпус, скрепляющийся шурупами.
В устройстве использованы исключительно общедоступные и широкораспространенные радиоэлементы, имеющиеся в хозяйстве любого радиолюбителя. Итоговая схема полностью идентична авторской, исключение составляют лишь номиналы некоторых резисторов. Сопротивление резистора R2 в идеале должно составлять 470 кОм (в авторском варианте – 1МОм, хотя при этом примерно половина хода движка все равно не используется), но резистора такого номинала, имеющего необходимые габариты, у меня не нашлось. Однако этот факт позволил доработать резистор R2 таким образом, чтобы он одновременно являлся и выключателем питания при повороте его оси в одно из крайних положений. Для этого достаточно соскрести острием ножа часть резистивного слоя у одного из крайних контактов «подковки» резистора, по которой скользит его средний контакт, на участке длиной примерно 3…4 мм.
Номинал резистора R5 подбирается исходя из тока полного отклонения используемого индикатора таким образом, чтобы даже при глубоком разряде элемента питания ЭПС-метр сохранял свою работоспособность.
Тип применяемых в схеме диодов и транзисторов абсолютно некритичен, поэтому предпочтение было отдано элементам, имеющим минимальные габариты. Гораздо более важен тип применяемых конденсаторов – они по возможности должны быть максимально термостабильны. В качестве С1…С3 были использованы импортные конденсаторы, которые удалось отыскать в плате от неисправного ИБП компьютера, обладающие очень малым ТКЕ и имеющие гораздо меньшие габариты в сравнении с отечественными К73-17.
Дроссель L1 выполнен на ферритовом кольце с магнитной проницаемостью 2000НМ, имеющем размеры 10×6×4,6 мм. Для частоты генерации 16 кГц необходимо 42 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм (длина проводника для намотки составляет 70 см) при индуктивности дросселя 2,3 мГн. Разумеется, можно использовать любой другой дроссель с индуктивностью 2…3,5 мГн, что будет соответствовать частотному диапазону 16…12 кГц, рекомендованному автором конструкции. У меня при изготовлении дросселя была возможность воспользоваться осциллографом и измерителем индуктивности, поэтому необходимое количество витков я подобрал экспериментальным путем исключительно из соображений вывести генератор точно на частоту 16 кГц, хотя практической необходимости в этом, конечно же, не было.
Щупы ЭПС-метра выполнены несъемными – отсутствие разъемных соединений не только упрощает конструкцию, но и делает ее более надежной, устраняя потенциальную возможность нарушения контактов в низкоомной измерительной цепи.
Печатная плата устройства имеет габариты 27×28 мм, ее чертеж в формате.LAY6 можно скачать по ссылке https://yadi.sk/d/CceJc_CG3FC6wg . Шаг сетки – 1,27 мм.
Компоновка элементов внутри готового устройства приведена на фото.
Результаты испытаний. Отличительной особенностью примененного в устройстве индикатора явилось то, что диапазон измерения ЭПС составил от 0 до 5 Ом. При проверке конденсаторов значительной емкости (100 мкФ и более), наиболее характерных для фильтров цепей питания материнских плат, блоков питания компьютеров и телевизоров, зарядных устройств ноутбуков, преобразователей сетевого оборудования (коммутаторов, маршрутизаторов, точек доступа) и их выносных адаптеров этот диапазон чрезвычайно удобен, поскольку шкала прибора является максимально растянутой. На основании усредненных экспериментальных данных для ЭПС электролитических конденсаторов различной емкости, приведенных в таблице, отображение результатов измерений оказывается очень наглядным: конденсатор можно считать исправным лишь в том случае, если стрелка индикатора при измерении располагается в красном секторе шкалы, соответствующем положительным значениям децибелов. Если стрелка располагается левее (в черном секторе), конденсатор из указанного выше диапазона емкостей является неисправным.
Разумеется, прибором можно тестировать и конденсаторы малой емкости (примерно от 2,2 мкФ), при этом показания прибора будут находиться в пределах черного сектора шкалы, соответствующего отрицательным значениям децибелов. У меня получилось примерно следующее соответствие ЭПС заведомо исправных конденсаторов из стандартного ряда емкостей градуировке шкалы прибора в децибелах:
Прежде всего, эту конструкцию следует рекомендовать начинающим радиолюбителям, еще не имеющим достаточного опыта в конструировании радиоаппаратуры, но осваивающим азы ремонта электронной техники. Низкая цена и высокая повторяемость данного ЭПС-метра выгодно отличают его от более дорогих промышленных устройств аналогичного назначения.
Основными достоинствами ЭПС-метра можно считать следующие:
— чрезвычайная простота схемы и доступность элементной базы для ее практической реализации при сохранении достаточной функциональности устройства и его компактности, отсутствие необходимости в высокочувствительном регистрирующем приборе;
— отсутствие необходимости в наладке, требующей наличия специальных измерительных приборов (осциллографа, частотомера);
— низкое напряжение питания и, соответственно, дешевизна его источника (не требуется дорогостоящая и малоемкая «Крона»). Устройство сохраняет свою работоспособность при разряде источника даже до 50% его номинального напряжения, то есть имеется возможность использовать для его питания элементы, которые уже не способны нормально функционировать в других устройствах (пультах ДУ, часах, фотоаппаратах, калькуляторах и т.п.);
— низкий ток потребления – около 380 мкА в момент измерения (зависит от используемой измерительной головки) и 125 мкА в режиме ожидания, что существенно продлевает срок эксплуатации источника питания;
— минимальное количество и предельная простота моточных изделий – в качестве L1 можно использовать любой подходящий дроссель или легко изготовить его самостоятельно из подручных материалов;
— сравнительно низкая частота работы генератора и возможность ручной установки нуля, позволяющие использовать щупы с проводами практически любой разумной длины и произвольного сечения. Это преимущество является неоспоримым в сравнении с универсальными цифровыми тестерами элементов, использующими для подключения проверяемых конденсаторов ZIF-панель с глубоким расположением контактов;
— визуальная наглядность отображения результатов тестирования, позволяющая быстро оценить пригодность конденсатора для дальнейшего использования без необходимости точной численной оценки величины ЭПС и ее соотнесения с таблицей значений;
— удобство эксплуатации — возможность выполнения непрерывных измерений (в отличие от цифровых ESR-тестеров, требующих нажатия кнопки измерения и выдержки паузы после подключения каждого поверяемого конденсатора), что существенно ускоряет работу;
— необязательность предварительной разрядки конденсатора перед измерением ЭПС.
К недостаткам прибора можно отнести:
— ограниченную функциональность в сравнении с цифровыми ESR-тестерами (отсутствие возможности измерения емкости конденсатора и процента его утечки);
— отсутствие точных численных значений результатов измерений в омах;
— сравнительно узкий диапазон измеряемых сопротивлений.
В последнее время в радиолюбительской и профессиональной литературе очень много внимания уделяется таким устройствам как электролитические конденсаторы. И не удивительно, ведь частоты и мощности растут «на глазах», и на эти конденсаторы ложится огромная ответственность за работоспособность как отдельных узлов, так и схемы в целом.
Хочу сразу предупредить, что большинство узлов и схемных решений было почерпнуто из форумов и журналов, поэтому я никакого авторства со своей стороны не заявляю, напротив, хочу помочь начинающим ремонтникам определиться в бесконечных схемах и вариациях измерителей и пробников. Все предоставленные здесь схемы были не однократно собраны и проверены в работе, и сделаны соответствующие выводы по работе той или иной конструкции.
Итак, первая схема, ставшая чуть ли не классикой для начинающих ESR Метростроителей «Манфред» - так ее любезно называют форумчане, по имени ее созидателя, Манфреда Луденса ludens.cl/Electron/esr/esr.html
Её повторили сотни, а может и тысячи радиолюбителей, и остались в основном довольны результатом. Основное его достоинство, это последовательная схема измерения, благодаря чему, минимальному ESR соответствует максимальное напряжение на шунтовом резисторе R6, что, в свою очередь полезно сказывается на работе диодов детектора.
Эту схему я сам не повторял, но пришел к аналогичной путем проб и ошибок. Из недостатков можно отметить «гуляние» нуля от температуры, и зависимость шкалы от параметров диодов и ОУ. Повышенное напряжение питания, требуемое для работы прибора. Чувствительность прибора можно легко повысить, уменьшив резисторы R5 и R6 до 1-2 ома и, соответственно увеличив усиление ОУ, возможно придется его заменить на 2 более скоростных.
Мой первый пробник ЕПС, исправно работающий по сегодняшний день.
Схемы не сохранилось, да ее и можно сказать и не было, собрал со всего миру по нитке, то что меня устраивало схемотехнически, правда, за основу была взята такая вот схема из журнала радио:
Были произведены следующие изменения:
1. Питание от литиевого аккумулятора мобильника
2. исключен стабилизатор, так как пределы рабочих напряжений Литиевого Аккумулятора довольно узкие
3. трансформаторы TV1 TV2 шунтированы резисторами 10 и 100 Ом, для уменьшения выбросов при измерении малых ескостей
4. Выход 561лн2 был буферизирован 2мя комплементарными транзисторами.
В общем получился такой вот девайс:
После сборки и калибровки данного девайса были тут-же отремонтированы 5 цифровых телефонных аппаратов «Мередиан», которые уже лет 6 лежали в коробке с надписью «безнадежные». Все в отделе начали делать себе аналогичные пробнички:).
Для большей универсализации, мною были добавлены дополнительный функции:
1. приемник инфрокрасного излучения, для визуальной и слуховой проверки пультов ДУ, (очень востребованная функция для ремонтов телеков)
2. подсветка места касания щупами конденсаторов
3. «вибрик» от мобилки, помогает локализовать плохие пайки и микрофонный эффект в деталях.
Видео проверки пульта
А недавно на форуме «radiokot.ru» господин Simurg выложил статью посвященную аналогичному прибору. В нем он применил низковольтное питание, мостовую схему измерения, что позволило измерять конденсаторы со сверхнизким уровнем ESR.
Его коллега RL55 взяв схему Simurg за основу, предельно упростил приборчик, по его заявлениям не ухудшив параметры. Его схема выглядит вот так:
Прибор ниже, мне пришлось собирать на скорую руку, как говорится «по нужде». Был в гостях у родственников,так там телевизор сломался, никто не мог его отремонтировать. Вернее ремонтировать удавалось, но не более чем на неделю, все время горел транзистор строчной развертки, схемы телевизора не было. Тут вспомнил, что видел на форумах простенький пробничек, схему помнил наизусть, родственник тоже немного занимался радиолюбительством, аудио усилители «клепал», поэтому все детали быстро нашлись. Пару часов пыхтения паяльником, и родился вот такой приборчик:
Были в 5 минут локализованы и заменены 4 подсохших електролитика, которые мультиметром определялись как нормальные, выпито за успех некоторое количество благородного напитка. Телек после ремонта уже 4 года работает исправно.
Прибор этого типа стал как панацея в трудные минуты, когда нет с собою нормального тестера. Собирается быстро, производится ремонт, и напоследок торжественно дарится хозяину на память, и, «на случай чего». После такой церемонии душа платящего как правило раскрывается вдвое, а то и втрое шире:)
Захотелось чего-то синхронного, начал думать над схемой реализации, и вот в журнале «Радио 1 2011», как по мановению вошебнлй палочки опубликована статья, даже думать не пришлось. Решил проверить, что за зверь. Собрал, получилось вот так:
Особого восторга изделие не вызвало, работает практически как и все предыдущие, есть, конечно разница в показаниях в 1-2 деления, в определенных случаях. Может его показания и более достоверны, но пробник есть пробник, на качестве дефектации это почти никак не отражается. Тоже снабдил светодиодом, чтобы смотреть «куда суешь?».
В общем, для души и ремонтов делать можно. А для точных измерений надо поискать схему измерителя ESR посолиднее.
Ну, и на последок на сайте monitor.net, участник buratino выложил простейший проект, как из обычного дешевого цифрового мультиметра можно сделать пробник ESR. Проект так меня заинтриговал, что решил попробовать, и вот что у меня из этого вышло.
Корпус приспособил от маркера Наиболее слабым местом в любой радиосхеме являются электролитические конденсаторы, которые подвержены постоянному высыханию. И чем большие токи проходят через них - тем этот процесс быстрее. Обычным омметром определить плохой конденсатор не получится, поэтому необходим спецприбор - esr измеритель.
Схема электрическая esr измерителя конденсаторов
Печатные платы - рисунок
В типичной схеме, может быть 10 или даже 100 конденсаторов. Выпаивать каждый для тестирования очень утомительно и существует большой риск повреждения платы. Этот тестер использует низкое напряжение (250 мВ) высокой частоты (150 кГц), и он способен мерять ESR конденсаторов прямо в схеме. Напряжение выбрано достаточно низкими, чтобы другие окружающие радиоэлементы схемы не влияли на результаты замеров. А если вам случайно доведется испытать заряженный конденсатор - не беда. Этот измеритель выдерживает до 400В заряда на конденсаторе. Опыт показал, что ЭПС метр выявляет около 95% конденсаторов с потенциальными проблемами.
Особенности работы прибора
- Тест электролитических конденсаторов > 1 мкФ.
- Полярность не важна для тестирования.
- Переносит заряд конденсаторов до 400В.
- Низкий ток потребления от батареи - около 25 мА.
- Легко читать данные аналогового измерителя.
- Меряет ЭПС в диапазоне от 0-75 Ом по расширенной шкале с помощью омметра.
Как использовать ESR метр
Включаете прибор. Убедитесь, что проверяемая схема находится не под напряжением. Разрядите конденсатор перед тестированием - ЭПС метр не делает этого автоматически. Замкните выводы конденсатора и удерживайте их так в течение нескольких секунд. С помощью вольтметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен. Вольтметр должен показывать нулевое значение. Прикоснитесь щупами ESR метра к конденсатору. Определите сопростивление ESR. Является ли значение ESR приемлемым узнаём путем сравнения измеренного ESR с эталонными данными. Посмотреть эту таблицу
Прошло примерно полтора года, с тех пор, как я начал регулярно заниматься ремонтами электроники. Как оказалось дело это не менее интересное, чем конструирование электронных конструкций. Понемногу появились люди, желающие, кто время от времени, а кто и регулярно, сотрудничать со мной как с мастером. В связи с тем что рентабельность большинства производимых ремонтов не позволяет снимать помещение, иначе аренда съедает большую часть прибыли, работаю в основном на дому либо выезжаю с инструментами к знакомым ИП имеющим скупку бытовой электроники и мастерскую.
Это абсолютно любые схемы с применением стабилизаторов, DC-DC преобразователей питания, импульсные блоки питания для любой техники, от компьютерной - до мобильных зарядок.
Вздувшийся конденсатор
Без этого устройства значительная часть ремонтов выполняемых мною либо вообще не могла бы быть выполнена, либо все же была выполнена, но с большими неудобствами в виде постоянного выпаивания и запаивания обратно электролитических конденсаторов небольшого номинала, с целью измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью транзистор тестера. Мой же прибор, позволяет измерять этот параметр не выпаивая деталь, просто прикоснувшись пинцетом к выводам конденсатора.
Данные конденсаторы номиналом 0.33-22 мкФ, как известно очень редко имеют насечки в верхней части корпуса, по которым конденсаторы большего номинала, вздуваются и раскрываются розочкой, например всем знакомые конденсаторы на материнских платах и блоках питания. Дело в том, что конденсатор, не имеющий этих насечек для выпускания излишнего образовавшегося давления, визуально, без измерения прибором, даже для опытного электронщика ничем не отличим от полностью рабочего.
Конечно, если домашнему мастеру предстоит разовый ремонт, например компьютерного блока питания АТХ формата, собирать данный прибор не имеет смысла, проще заменить сразу все конденсаторы мелкого номинала на новые, но если вы ремонтируете хотя бы пять блоков питания в полгода вам этот прибор уже желателен к сборке. Какие альтернативы есть, сборке этого измерителя? Покупной прибор стоимостью порядка 2000 рублей, ESR micro.
ESR micro - фото
Из отличий и достоинств покупного прибора могу назвать только то, что у него показания выводятся сразу в миллиОмах, а у моего прибора нужно переводить из миллиВольт в миллиОмы. Что впрочем не вызывает затруднений, достаточно откалибровать прибор по значениям низкоомных точных резисторов и составить для себя таблицу. Поработав с прибором пару месяцев, уже визуально, безо всяких таблиц, просто взглянув на дисплей мультиметра уже видишь нормальное значение ESR конденсатора - на грани либо уже необходима замена. Схема моего прибора, кстати, в свое время была взята из журнала Радио.
Схема принципиальная прибора
Изначально прибор был собран с самодельными щупами - пинцетом, имеющим широкие губки, неудобным при измерении на платах, с плотным монтажом. Затем присмотрел себе на Али экспресс щупы - пинцет для измерения SMD, подключаемые к мультиметру. Заказав пинцет, провод был безжалостно укорочен, для того чтобы точность не сильно пострадала при измерении, из-за длины проводов щупов. Не забывайте, там счет идет на миллиОмы.
Сначала прибор у меня подключался щупами к мультиметру и был выполнен в виде приставки, но постепенно надоело крутить каждый раз ручку мультиметра, вырабатывая тем самым ресурс переключений. Мне тогда как раз товарищ подарил мультиметр, в связи с тем что свой я временно попалил на неразрядившемся электролитическом конденсаторе. Впоследствии прибор был восстановлен, резисторы были перепаяны, а этот мультиметр, у него были отломлены разъемы для подключения щупов на плате, и были кем-то брошены перемычки, но точность измерений уже была не та.
Но для моих целей погрешность 1-2 процента ничего не решала и решил сделать прибор полностью автономным. Для этого скрепил корпус мультиметра и корпус ESR метра на винты, и сделал для большего удобства коммутацию одновременного включения, встроенного мультиметра и ESR метра с помощью выключателя на две группы контактов. Соединения мультиметра и ESR метра, ранее осуществляемые с помощью щупов, были сделаны проводами, внутри соединенных корпусов.
Прибор испытатель конденсаторов - внешний вид
Как показала практика, времени на приведение прибора в боевую готовность, а затем, после проведения измерений, отключения, стало уходить существенно меньше, а соответственно повысилось удобство использования. Из дальнейших доработок планируемых в данном приборе - это перевести его на аккумуляторное питание, от Li-ion аккумулятора от телефона, с возможностью подзарядки от платы адаптера заряда через встроенное Mini USB гнездо, от любого зарядного устройства от смартфона с возможностью подключения USB кабеля.
Как показала практика, ранее мною уже был переделан на аккумуляторное питание с помощью аналогичного способа , также имеющий, как и ESR метр, высокое потребление благодаря установленному в нем графическому дисплею. Ощущения от переделки остались только положительные. За полгода заряжал всего один раз. В устройстве был установлен повышающий DC-DC преобразователь превращающий 3.7 вольта на выходе аккумулятора в 9 вольт, необходимые для работы прибора.
В данном случае, в моем приборе будет двойное преобразование напряжения: сначала с 3.7 вольта в 9 вольт, хотя возможно я выставлю и минимально допустимое для входа стабилизатора 7805 CV напряжение 7.5 вольт, от данного стабилизатора сейчас запитана схема прибора. Сам прибор, как можно видеть на фото, изначально питается от батареи Крона, которая, как известно, имеет относительно небольшую емкость.
Напряжение питания данной микросхемы позволяет питать ее напрямую от 9 вольт, но дело в том, что по мере разряда батареи заметил, что показания при измерении начинают потихоньку уплывать. Для борьбы с этим, и был установлен стабилизатор 7805, который, как известно, выдает у нас стабильные 5 вольт на выходе.
Также в связи с тем, что прибор приходится часто носить с собой в дипломате, на ремонты на выездах, и уже были случаи самопроизвольного включения выключателя, и соответственно высаживании батареи Крона в ноль, что сейчас, при коммутации данным выключателем 2 линий питания, мультиметра и самого прибора, было бы уже более нежелательным, так как в таком случае, придется покупать уже две кроны, стоимостью 45 рублей.
Решено было просто приклеить на термоклей, по краям выключателя, два самореза, от крепления кулера, в компьютерном блоке питания. Микросхема, применяемая в приборе, широко распространенная, и довольно дешевая, я приобретал ее, по стоимости, всего порядка 15-20 рублей.
Весь прибор, обошелся мне, с учетом бесплатного мультиметра, щупов - пинцета , стоимостью 100 рублей, и стоимости деталей для сборки прибора, и батареи крона, всего ушло порядка 150 рублей, итого все необходимое обошлось в смешную сумму 250 рублей.
Пинцет для измерения конденсаторов на плате
Что окупилось уже с применением прибора в ремонтах давно и многократно. Конечно кто нибудь, имеющий возможность и желание приобрести ESR micro, может сказать сейчас, зачем мне эти неудобства, каждый раз переводить из миллиВольт, в миллиОмы, хотя это и не требуется, как я уже выше писал, если на покупном приборе я могу сразу видеть, уже готовые значения.
Таблица значений ESR
Дело в том, что подобные приборы имеют в своем составе микроконтроллер, и при измерении подключаются напрямую, условно говоря “портом” микроконтроллера к измеряемому конденсатору. Что крайне нежелательно, достаточно один раз не разрядить конденсатор после обесточивания схемы перед измерением, путем замыкания его выводов металлическим предметом, например отверткой, как мы рискуем получить нерабочий прибор.
Первая версия щупов
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.
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.
Финальная версия
В целом прибор получился просто шикарным и очень удобным, и даже если бы детали для его сборки стоили в 2 раза больше - я бы все-равно смело мог бы рекомендовать этот ЭПС-метр к сборке всем начинающим мастерам имеющим скромный бюджет, либо желающим сэкономить и не переплачивать лишнего. Всем удачных ремонтов! AKV.
В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом - электролитом. Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.
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,
Х с = 1/ 2ПfC (1), где Х с - емкостное сопротивление. Ом; f - частота, Гц; С - емкость, Ф
Проверка конденсатора. Средние величины ESR в миллиоммах для новых конденсаторов в зависимости от напряжения
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.
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, Х с = 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:
X L = 2ПfL (2), где X L - индуктивное сопротивление, Ом; t - частота, Гц; L - индуктивность, Гн.
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 . 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.
