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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 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 permitiría tanto identificar los condensadores defectuosos (excepto los cortocircuitos y las fugas) como el diagnóstico temprano de los defectos del dispositivo que aún no se han manifestado. Para hacer esto, puede medir la resistencia compleja del capacitor 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 de 10 uF tiene una capacidad de unos 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 electrolíticos de óxido mediante la medición de ESR mostró que, en la gran mayoría de los casos, en condensadores defectuosos con una capacidad de 10 a 100 μF, supera significativamente 1 ohmio. Este criterio no es estricto y depende de varios factores. En general, se acepta que los buenos capacitores con una capacidad de 10 a 100 μF tienen una ESR en el rango de 0,3 a 6 ohmios, según la capacitancia y el voltaje de operación [2]. La precisión de la medición para determinar los condensadores defectuosos no juega un papel especial. 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 5...10 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 los condensadores electrolíticos, en la versión del autor, de aproximadamente 15 a 300 microfaradios (2 rangos). El diagrama esquemático de la sonda se muestra en la fig. una.
En el elemento DD1.1, se fabrica un generador de pulsos rectangulares (elementos de ajuste de frecuencia R2, C2). La resistencia R3 establece la corriente a través del capacitor probado Cx, desde el cual se alimenta una señal con un nivel proporcional a la ESR del capacitor controlado a la entrada del preamplificador en el transistor VT1. El diodo zener VD1 limita los pulsos de voltaje cuando las sondas del dispositivo están conectadas a capacitores no descargados. Los voltajes residuales en ellos no más de 25 ... 50 V no son peligrosos para el dispositivo. El chip DA1 tiene un indicador de nivel LED de cinco pasos, dicho chip se usa en algunos reproductores de video. 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 a las que se enciende el siguiente comparador corresponden a -10; -5; 0; 3; 6 dB. Por lo tanto, todo el rango de visualización cubre 16 dB. Para encender todos los LED, se debe aplicar una señal con un nivel de aproximadamente 1 mV a la entrada del chip DA8 (pin 170). El circuito RC conectado al pin 7 determina la constante de tiempo de su detector. La resistencia R10 limita la corriente consumida por los LED. Criterios para elegir su valor: el brillo requerido de los LED por un lado y la corriente consumida de la fuente de alimentación por el otro. La posibilidad de usar el chip a frecuencias de hasta 100 kHz se determinó experimentalmente. El valor mínimo de pasaporte del voltaje de suministro del microcircuito es de 3,5 V, sin embargo, al verificar varias copias, se mostró su rendimiento hasta un voltaje de 2,7 V, con una disminución adicional, los LED dejan de brillar. Esta propiedad se utiliza para monitorear el estado de las baterías de la sonda. El dispositivo indica el valor controlado del EPS 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 está conectado en paralelo con el condensador C1. En este caso, la frecuencia del generador se reducirá a aproximadamente 1800 Hz, por lo que el nivel de la señal en los terminales del capacitor probado dependerá principalmente de su capacitancia. Cuanto mayor sea la capacitancia, menor será el número de LED encendidos. Cabe señalar que en este modo, la ESR del capacitor también afecta las lecturas de la sonda, por lo que el rango de control de capacitancia difiere del calculado. La sonda utiliza resistencias de chip y condensadores, pero se pueden utilizar otros tamaños pequeños. Condensadores C3 - C6, C8 - cerámica de pequeño tamaño importada. Su capacidad no es crítica. LED VD2 - VD6: microconsumo, brillan con bastante intensidad incluso con una corriente de 0,5 ... 1 mA. Puede usar otros LED rojos que cumplan con el requisito especificado, por ejemplo, KIPD-05A. Interruptor SA1 - deslizante de pequeño tamaño, SB1 y SB2 - pulsador de membrana, sin fijación en la posición presionada. El transistor VT1 se puede reemplazar por KT315, KT3102 (con cualquier índice de letras) con un coeficiente de transferencia de corriente de más de 100. La sonda está alimentada por dos elementos alcalinos LR44 (357, G13) con un tamaño de 11,6x5,4 mm. La frecuencia de operación del generador se controla en la salida de DD1.2. Debe estar entre 60...80 kHz. Si es necesario, se instala seleccionando los elementos R2 o C2. No elimine ni reduzca la resistencia de la resistencia R1. De lo contrario, al manipular la sonda, es posible ajustar el elemento DD1.1 con un nivel de salida indefinido. El voltaje en el colector del transistor VT1 debe estar dentro de 1 ... 2 V, se establece seleccionando la resistencia R5. El generador de sonda (resaltado en la Fig. 1 por un marco punteado) se puede hacer de acuerdo con el esquema que se muestra en la Fig. 2. 1211. El chip KR1EU1554 utilizado en este generador es más pequeño que el KR3TLXNUMX.
La sonda se calibra conectando resistencias no inductivas (sin cables) a las sondas en el modo de medición de ESR en el rango "1,2 - 7,5 Ohm" (se presiona el botón SB1) y seleccionando la resistencia R3. Las lecturas en el rango "0,3 - 1,8 ohmios" se corrigen seleccionando la resistencia R7 mientras se presiona el botón SB1. El rango de control de capacitancia requerido 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 foto muestra la apariencia de la versión del autor de la sonda. Se utilizó como carcasa el cuerpo del interruptor cableado remoto del tiflomagnetófono "Legend P-405T".
Durante las mediciones, el producto bajo prueba debe estar desenergizado, los condensadores, en los que se pueden almacenar voltajes peligrosos, deben descargarse. Las sondas de prueba deben presionarse contra las almohadillas de contacto de la placa, a la que se suelda el capacitor probado, y se debe presionar el botón de encendido. Debido a los transitorios, todos los LED parpadean durante un breve período de tiempo, después de lo cual, por la cantidad de LED encendidos, es posible evaluar el estado del condensador. Por lo tanto, el tiempo de encendido de la sonda para probar un condensador no supera 1 s. Aproximadamente, para buenos capacitores con una capacidad de 22 uF y más para voltajes de operación de hasta 100 V en el 2º rango, todos los LED deben apagarse. Los capacitores de menor capacidad y para un voltaje de operación más alto tienen una ESR más alta, por lo que se pueden encender de 1 a 3 LED. El botón de encendido de la 1.ª gama se encuentra junto al botón de encendido. Cuando solo se presiona el botón de encendido, el EPS se controla en el rango de 1,2 - 7,5 Ohms (en la mayoría de los casos es suficiente), cuando se presionan ambos botones, en el rango de 0,3 - 1,8 Ohms (condensadores en nodos críticos y relativamente gran capacitancia). La experiencia ha demostrado que esto es mucho más conveniente que usar un interruptor de límite fijo.
Los criterios para evaluar la idoneidad de los condensadores de óxido dependen de las funciones que realizan en las unidades del aparato, los modos eléctricos y las condiciones de funcionamiento. Los nodos más críticos: el circuito de control de transistores clave en fuentes de alimentación con conversión de alta frecuencia, filtros en dichas fuentes, incluidas las alimentadas por un transformador de exploración horizontal de televisores y monitores, un filtro en el circuito de alimentación de la exploración horizontal transistor, etc. Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento y las corrientes de recarga, mejores deben ser los condensadores utilizados. En los circuitos anteriores, se deben usar capacitores con un rango de temperatura de hasta 105 °C, que tienen una ESR significativamente más baja y una mayor confiabilidad a temperaturas elevadas. En ausencia de tales elementos a mano, es deseable derivar los condensadores de óxido con condensadores cerámicos con una capacidad de 0,33 - 1 μF. A veces, dichos condensadores son instalados por el fabricante del dispositivo. Pueden distorsionar las lecturas de la sonda en el modo de medición de ESR (la capacitancia del capacitor es de 1 μF a una frecuencia de 80 kHz, 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 adornos y está diseñado no tanto para medir como para determinar de acuerdo con el principio de ajuste - no apto. Por lo tanto, en casos dudosos y especialmente críticos, es necesario verificar adicionalmente los capacitores utilizando los métodos disponibles o reemplazarlos por otros en buen estado. La operación de 2 variantes de la sonda en un taller de reparación de televisores durante 2 años mostró la optimización de sus parámetros metrológicos y el tipo de indicación seleccionado. El rendimiento en el diagnóstico ha aumentado considerablemente, especialmente en dispositivos que han funcionado durante más de 5 a 7 años, se ha hecho posible diagnosticar defectos tempranos, asociados con un deterioro gradual en el estado de los condensadores de óxido. La duración de la batería de la sonda es suficiente para 6 - 10 meses de uso bastante intensivo. En el modo de control de capacitancia, una señal de frecuencia de audio está presente en las sondas del dispositivo. Se puede utilizar para probar emisores acústicos o para comprobar el flujo de señal en amplificadores AF. Literatura
Autor: R. Khafizov, elec@udm.net; Publicación: cxem.net
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Comentarios sobre el artículo: Valentine 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 5...10 mA, para no deshabilitar otros elementos del dispositivo. Esta es una cita del texto. No puedo entender lo que el autor estaba pensando?
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