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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sonda de condensadores de óxido. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Al reparar electrodomésticos modernos, uno de los procesos defectológicos más difíciles es determinar la capacidad de servicio de los condensadores. Y "envejecen" mucho más rápido que otros radioelementos. Este artículo está dedicado al problema de identificar de forma rápida y fiable un elemento defectuoso durante la reparación. La fiabilidad de los dispositivos semiconductores en los equipos modernos ha aumentado tanto que los condensadores electrolíticos de óxido han ocupado el primer lugar en términos de número de defectos [1]. Esto se debe a la presencia de un electrolito en ellos. La exposición a temperaturas elevadas, la disipación de pérdidas de potencia en el condensador, la despresurización en los sellos de la carcasa conducen al secado del electrolito. Un capacitor ideal, cuando opera en un circuito de corriente alterna, solo tiene resistencia reactiva (capacitiva). El capacitor real, para el caso que se considera a continuación, se puede representar como un capacitor ideal y una resistencia conectada en serie con él. Esta resistencia se denomina resistencia en serie equivalente del capacitor (en lo sucesivo, ESR, en la literatura inglesa puede encontrar un término similar con la abreviatura ESR - Resistencia en serie equivalente). En la etapa inicial de aparición de defectos en los condensadores de óxido, se sobreestima la ESR del condensador. Debido a esto, la pérdida de potencia aumenta, calentando el condensador desde el interior. Esta potencia es directamente proporcional a la ESR del capacitor y al cuadrado de su corriente de recarga. En el futuro, el proceso avanza rápidamente, hasta una pérdida completa de capacitancia por parte del capacitor. La aparición de defectos en productos donde se utilizan condensadores de óxido puede ser en diferentes etapas de este proceso. Todo depende de las condiciones de funcionamiento del condensador, incluidos sus modos eléctricos y las características del propio dispositivo. La dificultad para diagnosticar tales defectos es que las mediciones de capacitancia con instrumentos convencionales en la mayoría de los casos no dan resultados, ya que la capacitancia está dentro del rango normal o solo ligeramente subestimada. Las fuentes de alimentación con convertidores de alta frecuencia son especialmente exigentes con la calidad de los condensadores de óxido, donde dichos condensadores se utilizan como filtros y en circuitos de conmutación de elementos de potencia a frecuencias de hasta 100 kHz. La capacidad de medir la ESR haría posible tanto la identificación de condensadores averiados (excepto cortocircuitos y fugas) como el diagnóstico temprano de defectos del dispositivo que aún no han aparecido. Para hacer esto, puede medir su resistencia compleja a una frecuencia suficientemente alta, en la cual la capacitancia es significativamente menor que la ESR permitida. Por ejemplo, a una frecuencia de 100 kHz, un condensador con una capacidad de 10 μF tiene una resistencia de capacitancia de aproximadamente 0,16 ohmios, que ya es un valor bastante pequeño. Si se aplica una señal de tal frecuencia a través de una resistencia de ajuste de corriente a un capacitor controlado, el voltaje a través de este último será proporcional al módulo de su resistencia compleja. La fuente de señal puede ser cualquier generador adecuado, y la forma de la señal no juega un papel especial, y la impedancia de salida del generador puede servir como resistencia. Se puede usar un osciloscopio o un milivoltímetro de CA para medir el voltaje a través de un capacitor. Entonces, con un nivel de señal de salida del generador de 0,6 V, una resistencia de 600 ohmios en un capacitor con una ESR de 1 ohmio, el voltaje medido será de aproximadamente 1 mV, y con una resistencia de 50 ohmios, 12 mV. La práctica de diagnosticar defectos en condensadores de óxido midiendo la ESR ha demostrado que en la gran mayoría de los casos, en condensadores defectuosos con una capacidad de 10 a 100 μF, supera notablemente 1 ohmio. Este criterio no es estricto y depende de varios factores. Generalmente se acepta que los buenos condensadores tienen una ESR en el rango de 0,3... 6 ohmios, dependiendo de la capacitancia y la tensión de funcionamiento [2]. La precisión de las mediciones no juega un papel especial a la hora de determinar condensadores defectuosos. Un error de hasta 1,5...2 veces puede considerarse bastante aceptable. Estos datos se utilizaron en el desarrollo del dispositivo que se describe a continuación. Además, es muy importante poder medir sin quitar los condensadores del dispositivo. Para ello, es necesario que el condensador controlado no sea derivado por elementos con una resistencia cercana a los valores de ESR medidos, lo que se hace en la mayoría de los casos. Los dispositivos semiconductores no afectan los resultados de la medición, ya que el voltaje de medición en el capacitor es de unidades y decenas de milivoltios. También es deseable limitar la tensión máxima en las sondas del dispositivo a 1...2 V y la corriente a través de ellas a 3...5 mA, para no deshabilitar otros elementos del dispositivo. En cuanto al diseño del dispositivo, obviamente, debe ser autoalimentado y de pequeño tamaño. Los conductores de conexión y las abrazaderas para la conexión a los condensadores probados no son deseables. Cuando trabaja con ellos, ambas manos están ocupadas, necesita un lugar para colocar el dispositivo y debe mirar constantemente desde los puntos de medición hasta el indicador del dispositivo. Estos requisitos se cumplen con una pequeña sonda con sondas puntiagudas. Principales características técnicas
Además, la sonda se puede utilizar para evaluar la capacitancia de condensadores electrolíticos (en la versión original, de 15 a 90 μF). El diagrama esquemático de la sonda se muestra en la fig. una.
El elemento DD1.1 del microcircuito digital contiene un generador de impulsos rectangular (elementos de ajuste de frecuencia R2, C2). Las salidas del resto de elementos se combinan para aumentar la capacidad de carga. Las resistencias R3, R4 y la resistencia interna de los elementos establecen la corriente a través del capacitor probado Cx, desde el cual se suministra una señal con un nivel proporcional al ESR del capacitor controlado a la entrada del preamplificador en el transistor VT1. El diodo Zener VD1 limita los impulsos de tensión al conectar las sondas del dispositivo a condensadores no descargados. Las tensiones residuales en ellos de no más de 25... 50 V no son peligrosas para el aparato. El chip DA1 contiene un indicador de nivel LED de cinco pasos; este chip se utiliza en algunas videograbadoras. El microcircuito incluye un amplificador de señal de entrada, un detector lineal, comparadores con estabilizadores de corriente en las salidas. Las proporciones de los niveles de la señal de entrada en los que se activa el siguiente comparador corresponden a -10; -5; 0; 3; 6 dB. Por tanto, todo el rango de indicación cubre 16 dB. Para encender todos los LED, se debe suministrar una señal con un nivel de aproximadamente 1 mV a la entrada del microcircuito DA8 (pin 170). El circuito RC conectado al pin 7 determina la constante de tiempo de su detector. La resistencia R12 limita la corriente consumida por los LED. Los criterios para elegir su valor son: el brillo requerido de los LED por un lado y la corriente consumida de la fuente de alimentación por el otro. Los elementos R6, C6 y R11, C7 son filtros en los circuitos de potencia de los nodos correspondientes. Se determinó experimentalmente la posibilidad de utilizar el microcircuito a frecuencias de hasta 100 kHz. El valor mínimo certificado de voltaje de alimentación del microcircuito es 3,5 V, sin embargo, las pruebas de varias copias mostraron su rendimiento hasta un voltaje de 2,7 V; con una disminución adicional del voltaje, los LED dejan de brillar. El dispositivo muestra el valor ESR controlado según el principio: cuanto menor es la resistencia, menor es el número de LED encendidos. Cuando los contactos del interruptor SA1 están cerrados, el condensador C2 también se conecta en paralelo con el condensador C1. En este caso, la frecuencia del generador se reducirá a aproximadamente 1200 Hz, por lo que el nivel de señal en los terminales del capacitor que se está probando dependerá principalmente de su capacitancia. Cuanto mayor sea la capacitancia, menor será el número de LED encendidos. El dispositivo utiliza resistencias en chip y condensadores, pero se pueden utilizar otros más pequeños. Los condensadores C3-C5, C8, C10 son cerámicos importados de pequeño tamaño. Su capacidad no es crítica. Los LED VD2-VD6 consumen micro, brillan con bastante intensidad incluso con una corriente de 0,5... 1 mA. Puede utilizar otros LED rojos que cumplan con el requisito especificado, por ejemplo, KIPD-05A. El interruptor SA1 es un interruptor deslizante de tamaño pequeño, el SB1 es un interruptor de botón, sin bloqueo en la posición presionada. El transistor VT1 se puede reemplazar con KT315, KT3102 (con cualquier índice de letras) con un coeficiente de transferencia de corriente superior a 100. La fuente de alimentación de la sonda son dos elementos alcalinos LR44 (357, G13) con un tamaño estándar de 11,6x5,4 mm. La frecuencia de funcionamiento del generador está controlada por la resistencia R3. Debe estar entre 60... 80 kHz. Si es necesario, se instala seleccionando los elementos R2 o C2. El voltaje en el colector del transistor VT1 debe estar entre 1,0... 1,7 V y se establece seleccionando la resistencia R8. La sonda se calibra conectando resistencias no inductivas (sin cables) a las sondas en el modo de medición ESR y seleccionando la resistencia R3. El rango requerido de control de capacitancia en la posición cerrada de los contactos del interruptor SA1 se establece seleccionando el capacitor C1, conectando capacitores con una capacitancia conocida a las sondas.
La apariencia de la sonda se muestra en la fig. 2.
Las sondas están hechas de alambre de acero rígido con un diámetro de 1 mm, los extremos son ligeramente curvados y puntiagudos. La distancia entre las sondas es de 4 mm, esto permite, teniendo en cuenta el tamaño de las almohadillas de contacto en la placa de circuito impreso, probar condensadores con una distancia entre los cables de 2,5 a 7,5 mm. El aparente inconveniente asociado con la orientación del dispositivo con respecto a los terminales del condensador desaparece después de unos días de uso. Durante las mediciones, el producto que se está probando debe estar desenergizado y los capacitores, que pueden contener voltajes peligrosos, deben descargarse. Las sondas deben presionarse contra las almohadillas de contacto de la placa, a las que está soldado el condensador que se está probando, y presionar el botón de encendido. Debido a procesos transitorios, todos los LED parpadean brevemente, después de lo cual se puede evaluar el estado del condensador mediante el número de LED encendidos. Por tanto, el tiempo de activación de la sonda para probar un condensador no supera 1 s. Para buenos condensadores con una capacidad de 10 µF y superiores para voltajes de funcionamiento de hasta 100 V, todos los LED deben apagarse. Los condensadores de menor capacidad y mayor voltaje de funcionamiento tienen una ESR más alta, por lo que pueden encenderse 1-2 LED. Los criterios para evaluar la idoneidad de los condensadores de óxido dependen de las funciones que realizan en los componentes del dispositivo, los modos eléctricos y las condiciones de funcionamiento. Los componentes más críticos: el circuito de control del transistor clave en fuentes de alimentación con conversión de alta frecuencia, filtros en dichas fuentes, incluidas las alimentadas por un transformador de barrido horizontal para televisores y monitores, un filtro en el circuito de alimentación para el "boost" ” del transistor de exploración horizontal, etc. Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento y las corrientes de recarga, mejor será la calidad de los condensadores utilizados. En los circuitos anteriores, se deben utilizar condensadores con un rango de temperatura de hasta 105 ° C, que tienen una ESR significativamente menor y una mayor confiabilidad a temperaturas elevadas. Si tales elementos no están disponibles, es aconsejable evitar los condensadores de óxido con condensadores cerámicos con una capacidad de 0,33-1 μF. A veces, estos condensadores los instala el fabricante del dispositivo. Pueden distorsionar las lecturas de la sonda en el modo de medición ESR (la capacitancia de un condensador de 1 μF a una frecuencia de 80 kHz es de aproximadamente 2 ohmios). Sucede que los condensadores defectuosos, después de soldarlos fuera de la placa, pueden ser identificados como reparables por el dispositivo al marcar. Aparentemente, esto se debe al efecto de la alta temperatura durante el desmontaje. No tiene sentido volver a instalar dichos condensadores en el dispositivo: el defecto reaparecerá tarde o temprano. Este es otro argumento a favor de probar capacitores sin desmontarlos. El dispositivo fue creado como un "caballo de batalla", que es conveniente de usar en casi cualquier condición, no tiene lujos y no está destinado tanto a mediciones como a determinar según el principio "go-no-go". Por lo tanto, en casos dudosos y especialmente críticos, se deben comprobar adicionalmente los condensadores utilizando los métodos disponibles o sustituirlos por otros que se sepa que están en buen estado. El funcionamiento de la sonda en un taller de reparación de televisores durante 6 meses mostró la optimización de sus parámetros metrológicos y el tipo de indicación seleccionado. La capacidad de diagnóstico ha aumentado considerablemente, especialmente en dispositivos que se han utilizado durante más de 5 a 7 años, y se ha hecho posible diagnosticar tempranamente defectos asociados con el deterioro gradual de los condensadores de óxido. No fue necesario cambiar las baterías de la sonda durante este período. El rango de valores de ESR monitoreados de la sonda se puede ampliar hacia resistencias más bajas aumentando la corriente a través del capacitor que se está probando. Para hacer esto, debe reemplazar el chip DD1 con un KR1554TLZ, lo que aumentará la corriente de salida del generador al reducir la resistencia de la resistencia R3. Basta utilizar solo un elemento del microcircuito en el generador, conectando su salida a la izquierda, según el diagrama, salida de la resistencia R3. Conecte las entradas de los elementos no utilizados (pines 4, 5, 9, 10, 12, 13) a un cable común. La corriente consumida por el dispositivo aumentará. De esta manera, puede reducir el límite inferior del control de ESR a 0,5... 1 ohmio. Para cubrir el rango recomendado de valores de ESR, deberá introducir un interruptor de límite utilizando dos resistencias conmutables en lugar de una resistencia R3. Puede agregar otro rango de medición de capacitancia usando el interruptor SA1 en tres posiciones y agregando otro capacitor similar al C1. Rangos recomendados: 7...40 y 40...220 µF (frecuencia del oscilador: aproximadamente 2400 y 550 Hz). En el modo de medición de capacitancia, una señal de audiofrecuencia está presente en las sondas del dispositivo. Se puede utilizar para probar emisores acústicos o para comprobar la transmisión de señales en amplificadores 3H. Literatura
Autor: R. Khafizov, Sarapul, Udmurtia
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