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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Sonde von Oxidkondensatoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen in modernen Geräten ist so stark gestiegen, dass Oxid-Elektrolytkondensatoren hinsichtlich der Anzahl der Defekte den ersten Platz eingenommen haben [1]. Dies ist auf das Vorhandensein eines Elektrolyten in ihnen zurückzuführen. Die Einwirkung erhöhter Temperaturen, die Ableitung der Verlustleistung im Kondensator und die Druckentlastung der Gehäusedichtungen führen zur Austrocknung des Elektrolyten. Ein idealer Kondensator hat beim Betrieb in einem Wechselstromkreis nur einen reaktiven (kapazitiven) Widerstand. Der reale Kondensator kann für den unten betrachteten Fall als idealer Kondensator und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand dargestellt werden. Dieser Widerstand wird als äquivalenter Serienwiderstand des Kondensators bezeichnet (im Folgenden als ESR bezeichnet, in der englischen Literatur findet man einen ähnlichen Begriff mit der Abkürzung ESR – Equivalent Series Resistance). Im Anfangsstadium des Auftretens von Defekten in Oxidkondensatoren wird der ESR des Kondensators überschätzt. Dadurch erhöht sich die Verlustleistung, wodurch sich der Kondensator von innen erwärmt. Diese Leistung ist direkt proportional zum ESR des Kondensators und dem Quadrat seines Ladestroms. In Zukunft schreitet der Prozess schnell voran, bis hin zum vollständigen Kapazitätsverlust des Kondensators. Das Auftreten von Mängeln an Produkten, in denen Oxidkondensatoren verwendet werden, kann in verschiedenen Phasen dieses Prozesses auftreten. Es hängt alles von den Betriebsbedingungen des Kondensators ab, einschließlich seiner elektrischen Betriebsarten und den Eigenschaften des Geräts selbst. Die Schwierigkeit bei der Diagnose solcher Defekte besteht darin, dass Kapazitätsmessungen mit herkömmlichen Instrumenten in den meisten Fällen keine Ergebnisse liefern, da die Kapazität im normalen Bereich liegt oder nur geringfügig unterschätzt wird. Besondere Anforderungen an die Qualität von Oxidkondensatoren stellen Netzteile mit Hochfrequenzwandlern dar, bei denen solche Kondensatoren als Filter und in Schaltkreisen von Leistungselementen bei Frequenzen bis 100 kHz eingesetzt werden. Die Möglichkeit, den ESR zu messen, würde es ermöglichen, sowohl ausgefallene Kondensatoren zu identifizieren (mit Ausnahme von Kurzschlüssen und Lecks) als auch frühzeitig Gerätedefekte zu diagnostizieren, die sich noch nicht manifestiert haben. Dazu können Sie den komplexen Widerstand des Kondensators bei einer ausreichend hohen Frequenz messen, bei der die Kapazität deutlich unter dem zulässigen ESR liegt. Beispielsweise hat ein 100 uF-Kondensator bei einer Frequenz von 10 kHz eine Kapazität von etwa 0,16 Ohm, was bereits ein recht kleiner Wert ist. Wenn ein Signal einer solchen Frequenz über einen Stromeinstellwiderstand an einen gesteuerten Kondensator angelegt wird, ist die Spannung an diesem proportional zum Modul seines komplexen Widerstands. Die Signalquelle kann jeder geeignete Generator sein, die Form des Signals spielt keine besondere Rolle und die Ausgangsimpedanz des Generators kann als Widerstand dienen. Zur Messung der Spannung an einem Kondensator kann ein Oszilloskop oder ein Wechselstrom-Millivoltmeter verwendet werden. Bei einem Generatorausgangssignalpegel von 0,6 V und einem 600-Ohm-Widerstand an einem Kondensator mit einem ESR von 1 Ohm beträgt die gemessene Spannung also etwa 1 mV und bei einem 50-Ohm-Widerstandswiderstand 12 mV. Die Praxis der Fehlerdiagnose bei Oxid-Elektrolytkondensatoren durch ESR-Messung hat gezeigt, dass dieser bei defekten Kondensatoren mit einer Kapazität von 10 bis 100 µF in den allermeisten Fällen deutlich über 1 Ohm liegt. Dieses Kriterium ist nicht streng und hängt von mehreren Faktoren ab. Es ist allgemein anerkannt, dass gute Kondensatoren mit einer Kapazität von 10 bis 100 μF je nach Kapazität und Betriebsspannung einen ESR im Bereich von 0,3 ... 6 Ohm haben [2]. Die Messgenauigkeit zur Bestimmung defekter Kondensatoren spielt keine besondere Rolle. Ein Fehler von bis zu 1,5 ... 2 Mal kann als durchaus akzeptabel angesehen werden. Diese Daten wurden bei der Entwicklung des unten beschriebenen Geräts verwendet. Darüber hinaus ist es sehr wichtig, messen zu können, ohne die Kondensatoren aus dem Gerät zu entfernen. Dazu ist es erforderlich, dass der gesteuerte Kondensator nicht durch Elemente mit einem Widerstand nahe den gemessenen ESR-Werten überbrückt wird, was in den meisten Fällen der Fall ist. Halbleiterbauelemente haben keinen Einfluss auf die Messergebnisse, da die Messspannung am Kondensator mehrere zehn Millivolt beträgt. Es ist außerdem wünschenswert, die maximale Spannung an den Sonden des Geräts auf 1 bis 2 V und den durch sie fließenden Strom auf 5 bis 10 mA zu begrenzen, um andere Elemente des Geräts nicht zu deaktivieren. Was das Design des Geräts betrifft, sollte es selbstverständlich über eine eigene Stromversorgung und eine geringe Größe verfügen. Verbindungsleiter und Klemmen zum Anschluss an die geprüften Kondensatoren sind unerwünscht. Bei der Arbeit sind beide Hände beschäftigt, man benötigt einen Platz zum Abstellen des Geräts selbst und muss ständig von den Messpunkten auf die Anzeige des Geräts blicken. Diese Anforderungen erfüllt eine kleine Sonde mit spitzen Sonden. Wichtigste technische Merkmale
Darüber hinaus kann die Sonde zur Beurteilung der Kapazität von Elektrolytkondensatoren verwendet werden – in der Version des Autors von etwa 15 bis 300 Mikrofarad (2 Bereiche). Das schematische Diagramm der Sonde ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Auf dem Element DD1.1 ist ein Generator von Rechteckimpulsen (Frequenzeinstellelemente R2, C2) angebracht. Der Widerstand R3 stellt den Strom durch den getesteten Kondensator Cx ein, von dem ein Signal mit einem Pegel proportional zum ESR des gesteuerten Kondensators dem Eingang des Vorverstärkers am Transistor VT1 zugeführt wird. Die Zenerdiode VD1 begrenzt die Spannungsimpulse, wenn die Sonden des Geräts an ungeladene Kondensatoren angeschlossen sind. Restspannungen an ihnen von nicht mehr als 25 ... 50 V sind für das Gerät ungefährlich. Der DA1-Chip verfügt über eine fünfstufige LED-Pegelanzeige, ein solcher Chip wird in einigen Videoplayern verwendet. Die Mikroschaltung umfasst: einen Eingangssignalverstärker, einen Lineardetektor, Komparatoren mit Stromstabilisatoren an den Ausgängen. Die Verhältnisse der Eingangssignalpegel, bei denen der nächste Komparator einschaltet, entsprechen -10; -5; 0; 3; 6 dB. Somit umfasst der gesamte Anzeigebereich 16 dB. Um alle LEDs zu zünden, muss am Eingang des DA1-Chips (Pin 8) ein Signal mit einem Pegel von ca. 170 mV angelegt werden. Die an Pin 7 angeschlossene RC-Schaltung bestimmt die Zeitkonstante ihres Detektors. Der Widerstand R10 begrenzt den von den LEDs aufgenommenen Strom. Kriterien für die Wahl des Wertes: einerseits die erforderliche Helligkeit der LEDs und andererseits der von der Stromquelle aufgenommene Strom. Die Einsatzmöglichkeit des Chips bei Frequenzen bis 100 kHz wurde experimentell ermittelt. Der minimale Passwert der Versorgungsspannung des Mikroschaltkreises beträgt 3,5 V, die Überprüfung mehrerer Exemplare zeigte jedoch ihre Leistung bis zu einer Spannung von 2,7 V, bei einer weiteren Abnahme hören die LEDs auf zu leuchten. Diese Eigenschaft wird verwendet, um den Status der Sondenbatterien zu überwachen. Das Gerät zeigt den Regelwert des EPS nach dem Prinzip an: Je geringer der Widerstand, desto geringer die Anzahl der leuchtenden LEDs. Bei geschlossenen Kontakten des Schalters SA1 ist auch der Kondensator C2 parallel zum Kondensator C1 geschaltet. In diesem Fall wird die Generatorfrequenz auf etwa 1800 Hz reduziert, sodass der Signalpegel an den Anschlüssen des getesteten Kondensators hauptsächlich von seiner Kapazität abhängt. Je höher die Kapazität, desto geringer ist die Anzahl der leuchtenden LEDs. Es ist zu beachten, dass in diesem Modus der ESR des Kondensators auch die Messwerte der Sonde beeinflusst, sodass der Kapazitätssteuerbereich vom berechneten abweicht. Die Sonde verwendet Chip-Widerstände und Kondensatoren, es können jedoch auch andere kleine Größen verwendet werden. Kondensatoren C3 - C6, C8 - kleine Keramik importiert. Ihre Kapazität ist nicht kritisch. LEDs VD2 - VD6 - mikroverbrauchend, leuchten auch bei einem Strom von 0,5 ... 1 mA recht hell. Sie können andere rote LEDs verwenden, die die angegebene Anforderung erfüllen, beispielsweise KIPD-05A. Schalter SA1 – kleiner Schiebeschalter, SB1 und SB2 – Drucktastenmembran, ohne Fixierung in der gedrückten Position. Der Transistor VT1 kann durch KT315, KT3102 (mit beliebigen Buchstabenindizes) mit einem Stromübertragungskoeffizienten von mehr als 100 ersetzt werden. Die Sonde wird von zwei alkalischen Elementen LR44 (357, G13) mit einer Größe von 11,6 x 5,4 mm gespeist. Die Betriebsfrequenz des Generators wird am Ausgang von DD1.2 gesteuert. Er sollte innerhalb von 60...80 kHz liegen. Bei Bedarf erfolgt die Installation durch Auswahl der Elemente R2 oder C2. Beseitigen oder verringern Sie nicht den Widerstandswert des Widerstands R1. Andernfalls besteht bei der Manipulation der Sonde die Möglichkeit, dass das DD1.1-Element mit einem undefinierten Ausgangspegel einrastet. Die Spannung am Kollektor des Transistors VT1 sollte innerhalb von 1 ... 2 V liegen, sie wird durch Auswahl des Widerstands R5 eingestellt. Der Sondengenerator (in Abb. 1 durch einen gepunkteten Rahmen hervorgehoben) kann nach dem in Abb. 2 gezeigten Schema hergestellt werden. 1211. Der in diesem Generator verwendete KR1EU1554-Chip ist kleiner als der KR3TLXNUMX.
Die Sonde wird kalibriert, indem im ESR-Messmodus nichtinduktive (drahtlose) Widerstände im Bereich „1,2 – 7,5 Ohm“ an die Sonden angeschlossen werden (Taste SB1 wird gedrückt) und Widerstand R3 ausgewählt. Messwerte im Bereich „0,3 – 1,8 Ohm“ werden korrigiert, indem der Widerstand R7 ausgewählt und gleichzeitig die Taste SB1 gedrückt wird. Der erforderliche Kapazitätssteuerbereich in der geschlossenen Position der SA1-Schaltkontakte wird durch Auswahl des Kondensators C1 eingestellt, indem Kondensatoren mit bekannter Kapazität an die Sonden angeschlossen werden.
Das Foto zeigt das Aussehen der Autorenversion der Sonde. Als Gehäuse wurde das Gehäuse des kabelgebundenen Fernschalters des Typhlomagnetophons „Legend P-405T“ verwendet.
Bei Messungen muss das zu prüfende Produkt spannungsfrei sein, die Kondensatoren, an denen gefährliche Spannungen gespeichert sein können, müssen entladen sein. Die Sondenspitzen müssen gegen die Kontaktpads der Platine gedrückt werden, an die der getestete Kondensator angelötet ist, und der Netzschalter muss gedrückt werden. Aufgrund von Transienten blinken alle LEDs für kurze Zeit, danach kann anhand der Anzahl der leuchtenden LEDs der Zustand des Kondensators beurteilt werden. Daher überschreitet die Einschaltzeit der Sonde zum Testen eines Kondensators 1 s nicht. Ungefähr bei guten Kondensatoren mit einer Kapazität von 22 uF und höher für Betriebsspannungen bis 100 V im 2. Bereich sollten alle LEDs erlöschen. Kondensatoren kleinerer Kapazität und für eine höhere Betriebsspannung haben einen höheren ESR, sodass 1 – 3 LEDs leuchten können. Der Einschaltknopf für den 1. Bereich befindet sich neben dem Einschaltknopf. Wenn nur der Netzschalter gedrückt wird, wird der EPS im Bereich von 1,2 bis 7,5 Ohm gesteuert (in den meisten Fällen ist dies ausreichend), wenn beide Tasten gedrückt werden, im Bereich von 0,3 bis 1,8 Ohm (Kondensatoren in kritischen Knoten und relativ). große kapazität). Erfahrungsgemäß ist dies wesentlich komfortabler als die Verwendung eines festen Endschalters.
Die Kriterien zur Bewertung der Eignung von Oxidkondensatoren hängen von den Funktionen ab, die sie in den Geräteeinheiten erfüllen, von den elektrischen Modi und von den Betriebsbedingungen. Die kritischsten Knoten: der Schlüsseltransistor-Steuerkreis in Netzteilen mit Hochfrequenzumwandlung, Filter in solchen Quellen, einschließlich solcher, die von einem Horizontalscan-Transformator von Fernsehgeräten und Monitoren gespeist werden, ein Filter im Stromversorgungskreis des Horizontalscans Transistor usw. Je höher die Betriebsfrequenz und die Umladeströme, desto besser sollten die verwendeten Kondensatoren sein. In den oben genannten Schaltungen sollten Kondensatoren mit einem Temperaturbereich bis 105°C verwendet werden, die einen deutlich geringeren ESR und eine höhere Zuverlässigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen. In Ermangelung solcher Elemente ist es wünschenswert, Oxidkondensatoren mit Keramikkondensatoren mit einer Kapazität von 0,33 - 1 μF zu überbrücken. Manchmal werden solche Kondensatoren vom Hersteller des Geräts eingebaut. Sie können die Messwerte der Sonde im ESR-Messmodus verfälschen (die Kapazität des Kondensators beträgt 1 μF bei einer Frequenz von 80 kHz – etwa 2 Ohm). Es kommt vor, dass defekte Kondensatoren nach dem Auslöten aus der Platine vom Gerät beim Wählen als funktionsfähig erkannt werden können. Dies liegt offenbar an der Einwirkung hoher Temperaturen während der Demontage. Es macht keinen Sinn, solche Kondensatoren wieder in das Gerät einzubauen – der Defekt wird früher oder später wieder auftreten. Dies ist ein weiteres Argument dafür, Kondensatoren zu testen, ohne sie zu demontieren. Das Gerät wurde als „Arbeitstier“ konzipiert, das unter nahezu allen Bedingungen komfortabel zu bedienen ist, keinen Schnickschnack hat und weniger zum Messen als vielmehr zur Bestimmung nach dem Prinzip „fit – unfit“ gedacht ist. Daher ist es in Zweifelsfällen und besonders kritischen Fällen erforderlich, die Kondensatoren zusätzlich mit verfügbaren Methoden zu überprüfen oder durch bekanntermaßen gute zu ersetzen. Der 2-jährige Betrieb von 2 Sondenvarianten in einer TV-Reparaturwerkstatt zeigte die Optimalität ihrer messtechnischen Parameter und der gewählten Anzeigeart. Die Leistung in der Diagnostik ist stark gestiegen, insbesondere bei Geräten, die länger als 5 - 7 Jahre in Betrieb waren, ist es möglich geworden, Defekte, die mit einer allmählichen Verschlechterung des Zustands von Oxidkondensatoren einhergehen, frühzeitig zu diagnostizieren. Die Batterielebensdauer der Sonde reicht für 6 – 10 Monate bei recht intensiver Nutzung. Im Kapazitätssteuerungsmodus liegt an den Sonden des Geräts ein Audiofrequenzsignal an. Es kann zum Testen akustischer Sender oder zur Überprüfung des Signalflusses in NF-Verstärkern eingesetzt werden. Literatur
Autor: R. Khafizov, elec@udm.net; Veröffentlichung: cxem.net
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Kommentare zum Artikel: Valentine Halbleiterbauelemente beeinflussen die Messergebnisse nicht, da die Messspannung am Kondensator Ein- und Zehntel Millivolt beträgt. Es ist auch wünschenswert, die maximale Spannung an den Sonden des Geräts auf 1...2 V und den Strom durch sie auf 5...10 mA zu begrenzen, um andere Elemente des Geräts nicht zu deaktivieren. Dies ist ein Zitat aus dem Text. Ich kann nicht verstehen, was der Autor dachte?
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