Перевірка конденсатора за допомогою різного типу приладів

При ремонті або радіоконструювання часто доводиться стикатися з таким елементом, як конденсатор. Його головною характеристикою є ємність. Через особливості будови і режимів роботи вихід з ладу електролітів стає однією з основних причин несправностей радіоапаратури. Для визначення ємності елемента використовуються різні прилади для перевірки. Їх нескладно придбати в магазині, а можна виготовити і самому.

Фізичне визначення конденсатора

Конденсатор – електричний елемент, службовець для накопичення заряду або енергії. Конструктивно радіоелемент є дві пластини, виконані з струмопровідного матеріалу, між якими розташовується шар діелектрика. Струмопровідні пластини називаються обкладками. Вони не пов'язані між собою загальним контактом, але при цьому кожна має власний висновок.

Конденсатори мають багатошаровий вид, в них шар діелектрика чергується з шарами обкладок. Вони являють собою циліндр або паралелепіпед із закругленими кутами. Основний параметр електричного елемента – це ємність, одиницею виміру якої є Фарада (F, Ф). На схемах і в літературі радіодеталей позначається латинською буквою C. Після символу вказується порядковий номер на схемі і значення номінальної ємності.

Так як одна Фарада – це досить велика величина, то реальні значення ємності конденсатора значно нижче. Тому при записі прийнято використовувати умовні скорочення:

• П – пікофарад (pF, пФ);
• Н – нанофарадах (nF, нФ);
• М – мікрофарад (mF, мкФ).

Принцип роботи

Принцип дії радіодеталі залежить від виду електричної мережі. При підключенні до висновків обкладок джерела постійного струму носії заряду потрапляють на струмопровідні пластини конденсатора, де відбувається їх накопичення. Разом з тим на висновках обкладок з'являється різниця потенціалів. Її значення збільшується до тих пір, поки не досягне величини, рівної джерела струму. Як тільки це значення вирівняється, на обкладинках перестає накопичуватися заряд, а електричний ланцюг розривається.

У мережі з змінним струмом конденсатор являє собою опір. Його величина пов'язана з частотою струму: чим вона вища, тим нижче опір і навпаки. При впливі на радіоелемент змінної сили струму відбувається накопичення заряду. Згодом струм заряду зменшується і зникає повністю. Під час цього процесу на обкладинках пристрої концентруються заряди різних знаків.

Діелектрик, прокладений між ними, перешкоджає їх переміщенню. У момент зміни напівхвилі відбувається розряд конденсатора через навантаження, підключену до його висновків. Виникає струм розряду, тобто в електричний ланцюг починає надходити накопичена радіоелемент енергія.

Конденсатори застосовуються практично в будь-якій електронній схемі. Вони служать елементами фільтра для перетворення пульсацій струму і відсікання різних частот. Крім цього, вони компенсують реактивну потужність.

Характеристики та види

Вимірювання параметрів конденсаторів пов'язані з перебуванням величин їх характеристик. Але серед них найбільш важливою є ємність, яка зазвичай і вимірюється. Ця величина позначає кількість заряду, яке може накопичити радіоелемент. У фізиці електроємна називають величину, рівну відношенню заряду на будь-який обкладанні до різниці потенціалів між ними.

При цьому ємність конденсатора залежить від площі обкладок елемента і товщини діелектрика. Крім ємності Радіоприлад характеризується також полярністю і величиною внутрішнього опору. Застосовуючи спеціальні прилади, ці величини також можна виміряти. Опір пристрою впливає на саморазряд елемента. Крім цього, до основних характеристик конденсатора відносять:

1. Опір витоку.Це внутрішній імпеданс, через який відбувається розряд конденсатора, непідключеного до зовнішньої ланцюга.
2. Еквівалентну індуктивність. Це паразитная характеристика, що впливає на роботу елемента на високих частотах.
3. Еквівалентний послідовний опір (ESR). Складається з узагальненого опору висновків і обкладок, представляється як резистор, підключений послідовно з конденсатором.

Класифікуються конденсатори за різними критеріями, але в першу чергу їх поділяють за типом діелектрика. Він може бути газоподібним, рідким і твердим. Найчастіше в якості нього використовуються скло, слюда, кераміка, папір і синтетичні плівки. Крім того, конденсатори розрізняються по здатності зміни величини ємності і можуть бути:

1. Постійними. Відносяться до цього виду конденсатори мають постійним значенням ємності.
2. Змінними. До них відносяться радіоелементи, величину ємності яких можна змінювати в процесі роботи пристрою. Зміна відбувається за рахунок зміни температурного режиму, електричних параметрів ланцюга і механічних методів.
3. Будівельних. Дозволяють змінювати ємність при налаштуванні апаратури, при цьому елемент не повинен бути підключений до джерела живлення.

Також в залежності від призначення конденсатори бувають загального і спеціального призначення. Першого виду прилади є низьковольтними, а другого – імпульсними, пусковими і т. Д. Але незалежно від виду і призначення принцип вимірювання їх параметрів ідентичний.

Прилади для вимірювання

Для вимірювання параметрів конденсаторів використовуються як спеціалізовані прилади, так і загального застосування. Вимірювачі ємності за своїм типом поділяють на два види: цифрові і аналогові. Спеціалізовані пристрої можуть виміряти ємність елемента і внутрішнє його опір. Простим тестером зазвичай діагностується лише пробою діелектрика або великий витік. Крім цього, якщо тестер багатофункціональний (мультиметр), то їм можна виміряти і ємність, але зазвичай межа його вимірювання невисокий.

Таким чином, в якості приладу для перевірки конденсаторів можно використовувати:

При цьому діагностику елемента приладом, що відноситься до першого типу, можна проводити без випоювання зі схеми. Якщо ж використовується другий або третій тип, то елемент або хоча б один з його висновків необхідно від неї від'єднати.

Використання ESR-метра

Вимірювання параметра ESR дуже важливо при дослідженні конденсатора на працездатність. Справа в тому, що майже вся сучасна техніка є імпульсної, що використовує в своїй роботі високі частоти. Якщо еквівалентний опір конденсатора велике, то на ньому відбувається виділення потужності, а це викликає нагрів радіоелементу, що приводить до його деградації.

Конструктивно спеціалізований вимірювач являє собою корпус з рідкокристалічним екраном. Як його джерела живлення використовується батарейка типу КРОНА. У приладі передбачено два роз'єми різного кольору, до яких підключаються щупи. Червоного кольору щуп вважається позитивним, а чорного – негативним. Це зроблено для того, щоб можна було правильно проводити вимірювання полярних конденсаторів.

Перед вимірюванням ESR опору радіодеталей необхідно розрядити, інакше можливий вихід приладу з ладу. Для цього висновки конденсатора замикаються опором порядку одного кілоомах на короткий час.

Безпосередньо вимір відбувається шляхом з'єднання висновків радіодеталі зі щупами приладу. У разі електролітичного конденсатора необхідно дотримуватись полярності, тобто з'єднувати плюс з плюсом, а мінус з мінусом. Після цього прилад почне працювати, а через деякий час на його екрані з'являються результати вимірювання опору і ємність елемента.

Слід зазначити, що основна маса таких приладів виготовляється в Китаї. В основі їх дії лежить використання мікроконтролера, роботою якого управляє програма.При вимірі контролер порівнює сигнал, що пройшов через радіоелемент, з внутрішнім і на підставі відмінностей за складним алгоритмом видає дані. Тому точність вимірювання таких приладів залежить в основному від якості комплектуючих, що використовуються при їх виготовленні.

При вимірюванні ємності можна також скористатися вимірником імітанса. За своїм виглядом він схожий на ESR-метр, але може додатково вимірювати індуктивність. Принцип його дії заснований на проходженні тестового сигналу через вимірюваний елемент і аналізі отриманих даних.

Перевірка мультиметром

Мультиметром можна виміряти майже всі основні параметри, але точність цих результатів буде нижче, ніж при використанні ESR-приладу. Вимірювання за допомогою мультиметра можна представити таким чином:

1. Для збільшення точності результату конденсатор випаюється зі схеми.
2. Мультиметр перемикається на режим вимірювання ємності. На панелі приладу цей режим зображується символом – | (- або Cx.
3. Вибирається найбільш підходящий діапазон значення. Якщо при цьому виникають труднощі, встановлюється максимально можливе значення.
4. Штекери вимірювального проводу підключаються до роз'ємів COM і VΩmA.
5. Щупами доторкаються до ніжок конденсатора. У разі необхідності дотримуються полярність.
6. Мультиметр видасть сигнал на елемент, виміряє на ньому напруга і автоматично розрахує ємність.

Якщо тестер виведе на екран значення OL або Overload, то це означає, що ємність занадто висока для вимірювання мультиметром або конденсатор пробитий. Коли перед отриманим результатом попереду буде стояти кілька нулів, межа вимірювання необхідно знизити.

застосування тестера

Якщо під рукою не виявиться мультиметра, здатного виміряти ємність, то можна провести вимірювання підручними засобами. Для цього знадобляться резистор, блок живлення з постійним рівнем вихідного сигналу і пристрій, що вимірює напругу. Методику вимірювання краще розглянути на конкретному прикладі.

Нехай буде конденсатор, ємність якого невідома. Щоб її дізнатися, знадобиться виконати наступні дії:

1. За допомогою тестера вимірюється напруга джерела живлення. Наприклад, ця величина склала 9 вольт.
2. Резистор 1 кОм послідовно з'єднується з вимірюваним конденсатором, утворюючи RC-ланцюжок.
3. Конденсатор закорачивается, а RC-ланцюжок підключається до джерела живлення.
4. За допомогою мультиметра змиритися напруга ланцюга. Припустимо, воно не змінилося і залишилося рівним дев'яти вольтам.
5. Обчислюється значення, яке складає 95% від цієї напруги. Для нашого випадку це значення дорівнює 8,55 В.
6. На наступному етапі включається секундомір, і одночасно забирається закоротку з конденсатора.
7. Як тільки тестер покаже напругу 8,55 В, секундомір зупиняється. Нехай цей час складе 60 секунд.
8. Використовуючи формулу 3 * t = 3 * R * C, потрібно обчислити ємність. Для розглянутого прикладу вона складе: C = (60/3) / 1000 = 0,02 Ф або 20 000 мкФ.

Такий алгоритм вимірювання не можна назвати точним, але загальне уявлення про ємності радіоелементу він цілком здатний дати.

Схема саморобного приладу

Якщо є пізнання в радіоаматорство, можна зібрати прилад для вимірювання ємності своїми руками. Існує безліч схемотехнічних рішень різного рівня складності. Багато з них засновані на вимірі частоти і періоду імпульсів в ланцюзі з вимірюваним конденсатором. Такі схеми складні, тому простіше використовувати вимірювання, засновані на обчисленні реактивного опору при проходженні імпульсів фіксованої частоти.

В основі схеми такого приладу лежить мультивибратор, частота роботи якого визначається ємністю і опором резистора, підключеними до висновків D1.1 і D1.2. За допомогою перемикача S1 ​​встановлюється діапазон вимірювання, тобто змінюється частота. З виходу мультивібратора імпульси надходять на підсилювач потужності і далі на вольтметр.

Калібрування приладу проводиться на кожному межі за допомогою еталонного конденсатора. Чутливість встановлюється резистором R6.