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無線電子工学および電気工学の百科事典 酸化物コンデンサのプローブ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
最新の家庭用電化製品を修理する際、最も困難な欠陥プロセスの XNUMX つは、コンデンサの状態を確認することです。 そして、他の放射性元素よりもはるかに早く「老化」します。 この記事では、修理中に欠陥のある要素を迅速かつ確実に特定する問題について説明します。 最新の機器における半導体デバイスの信頼性は非常に向上しており、欠陥数の点で酸化物電解コンデンサが第 1 位となっています [XNUMX]。 これは電解質が含まれているためです。 高温への曝露、コンデンサ内の電力損失の散逸、ハウジングシール内の減圧により、電解液の乾燥が生じます。 理想的なコンデンサは、交流回路で動作する場合、反応性 (容量性) 抵抗のみを持ちます。 以下で検討する場合の実際のコンデンサは、理想コンデンサとそれに直列に接続された抵抗として表すことができます。 この抵抗はコンデンサの等価直列抵抗と呼ばれます（以下、ESRと呼びます。英語の文献にはESR - Equivalent Series Resistanceという略語で同様の用語が見つかります）。 酸化物コンデンサの欠陥発生の初期段階では、コンデンサのESRが過大評価されます。 このため電力損失が増加し、コンデンサが内部から加熱されます。 この電力は、コンデンサの ESR とその再充電電流の XNUMX 乗に直接比例します。 将来的には、このプロセスは急速に進行し、最終的にはコンデンサによる静電容量が完全に失われます。 酸化物コンデンサが使用されている製品に欠陥が現れるのは、このプロセスのさまざまな段階である可能性があります。 それはすべて、電気的モードやデバイス自体の機能など、コンデンサの動作条件に依存します。 このような欠陥を診断する際の難しさは、静電容量が正常範囲内かわずかに過小評価されているため、従来の機器による静電容量測定ではほとんどの場合結果が得られないことです。 酸化物コンデンサの品質が特に要求されるのは、このようなコンデンサがフィルタとして使用される高周波コンバータを備えた電源や、最大 100 kHz の周波数でのパワー素子のスイッチング回路です。 ESR を測定できれば、故障したコンデンサ (短絡や漏れを除く) の特定と、まだ現れていないデバイスの欠陥の早期診断の両方が可能になります。 これを行うには、静電容量が許容 ESR より大幅に低い、十分に高い周波数で複素抵抗を測定します。 たとえば、周波数 100 kHz では、容量 10 μF のコンデンサの容量抵抗は約 0,16 オームですが、これはすでにかなり小さな値です。 このような周波数の信号が電流設定抵抗を介して制御されたコンデンサに印加されると、コンデンサの両端の電圧はその複素抵抗の係数に比例します。 信号源は適切な発生器であれば何でもよく、信号の形状は特別な役割を果たさず、発生器の出力インピーダンスは抵抗として機能します。 オシロスコープまたは AC ミリボルト計を使用して、コンデンサの両端の電圧を測定できます。 したがって、ジェネレータの出力信号レベルが 0,6 V、ESR が 600 オームに等しいコンデンサに 1 オームの抵抗が接続されている場合、測定される電圧は約 1 mV になり、50 オームの抵抗の場合は - 12 mV になります。 ESR を測定して酸化物コンデンサの欠陥を診断する実践では、容量が 10 ～ 100 μF の欠陥のあるコンデンサの大部分の場合、ESR が 1 オームを著しく超えていることがわかりました。 この基準は厳密なものではなく、いくつかの要因によって決まります。 一般に、良好なコンデンサの ESR は、静電容量と動作電圧に応じて 0,3 ～ 6 オームの範囲であると考えられています [2]。 測定の精度は、欠陥のあるコンデンサの判断において特別な役割を果たしません。 1,5 ～ 2 倍までの誤差は十分許容できると考えられます。 これらのデータは、以下に説明するデバイスの開発に使用されました。 さらに、デバイスからコンデンサを取り外さずに測定できることも非常に重要です。 これを行うには、制御されたコンデンサが、測定された ESR 値に近い抵抗を持つ要素によって分路されないことが必要であり、ほとんどの場合、これが行われています。 コンデンサの測定電圧は数十ミリボルトであるため、半導体デバイスは測定結果に影響を与えません。 また、デバイスの他の要素を無効にしないように、デバイスのプローブの最大電圧を 1 ～ 2 V に制限し、プローブに流れる電流を 3 ～ 5 mA に制限することも望ましいです。 デバイスの設計に関しては、当然のことながら、電源内蔵型でサイズが小さい必要があります。 テストされたコンデンサに接続するための接続導体とクランプは望ましくありません。 作業中は両手がふさがり、機器自体を置く場所も必要で、常に測定点から機器のインジケーターまで見なければなりません。 これらの要件は、尖ったプローブを備えた小さなプローブによって満たされます。 主な技術的特徴
さらに、このプローブを使用して電解コンデンサの静電容量を評価することもできます (オリジナル バージョンでは 15 ～ 90 μF)。 プローブの概略図を図 1 に示します。 XNUMX。
デジタル超小型回路の DD1.1 要素には、方形パルス発生器 (周波数設定要素 R2、C2) が含まれています。 残りの要素の出力を組み合わせて負荷容量を増加します。 抵抗 R3、R4 および素子の内部抵抗は、テスト対象コンデンサ Cx を流れる電流を設定し、そこから、制御されたコンデンサの ESR に比例するレベルの信号が、トランジスタ VT1 のプリアンプの入力に供給されます。 ツェナー ダイオード VD1 は、デバイスのプローブが未放電のコンデンサに接続されているときの電圧パルスを制限します。 25 ... 50 V 以下の残留電圧はデバイスにとって危険ではありません。 DA1 チップには 10 段階の LED レベル インジケータが含まれており、このチップは一部の VCR で使用されています。 この超小型回路には、入力信号増幅器、線形検出器、出力に電流安定器を備えたコンパレータが含まれています。 次のコンパレータがオンになる入力信号レベルの比率は -5 に相当します。 -0; 3; 6; 16dB。 したがって、表示範囲全体が 1 dB をカバーします。 すべての LED を点灯するには、約 8 mV のレベルの信号を DA170 マイクロ回路の入力 (ピン 7) に供給する必要があります。 ピン 12 に接続された RC 回路は、その検出器の時定数を決定します。 抵抗 RXNUMX は LED によって消費される電流を制限します。 その値を選択する基準は、一方では LED の必要な明るさ、もう一方では電源から消費される電流です。 要素R6、C6およびR11、C7は、対応するノードの電源回路のフィルターです。 最大 100 kHz の周波数で超小型回路を使用できる可能性が実験的に決定されました。 マイクロ回路の電源電圧の最小認定値は 3,5 V ですが、いくつかのコピーをテストしたところ、最大 2,7 V の電圧まで性能が発揮されることが示され、電圧がさらに低下すると LED は点灯しなくなります。 このデバイスは、抵抗が低いほど点灯する LED の数が少なくなるという原理に従って、制御された ESR 値を表示します。 スイッチＳＡ１の接点が閉じられると、コンデンサＣ１もコンデンサＣ２と並列に接続される。 この場合、発生器の周波数は約 1 Hz に低下するため、テストされるコンデンサの端子の信号レベルは主にその静電容量に依存します。 静電容量が大きいほど、点灯する LED の数は少なくなります。 デバイスにはチップ抵抗とコンデンサが使用されていますが、他の小さなサイズも使用できます。 コンデンサ C3-C5、C8、C10 - 輸入セラミックの小型。 彼らの能力は重要ではありません。 VD2 ～ VD6 LED は消費電力が小さく、0,5 ... 1 mA の電流ですでに非常に明るく発光します。 指定された要件を満たす他の赤色 LED (KIPD-05A など) を使用できます。 スイッチ SA1 - 小型スライド、SB1 - 押しボタン、押した位置に固定されません。 トランジスタ VT1 は、電流伝達係数が 315 を超える KT3102、KT100 (任意の文字インデックス付き) に置き換えることができます。プローブは、サイズ 44x357 mm の 13 つのアルカリ要素 LR11,6 (5,4、GXNUMX) によって駆動されます。 発電機の動作周波数は抵抗器 R3 によって制御されます。 60 ～ 80 kHz 以内である必要があります。 必要に応じてエレメント R2 または C2 を選択して取り付けます。 トランジスタ VT1 のコレクタの電圧は 1,0 ～ 1,7 V 以内である必要があり、抵抗 R8 を選択することによって設定されます。 プローブは、ESR 測定モードで無誘導 (非ワイヤ) 抵抗をプローブに接続し、抵抗 R3 を選択することによって校正されます。 SA1 スイッチ接点の閉位置における容量制御の必要な範囲は、コンデンサ C1 を選択し、既知の静電容量を持つコンデンサをプローブに接続することによって確立されます。
プローブの外観を図に示します。 2.
プローブは直径 1 mm の硬い鋼線でできており、端はわずかに湾曲して尖っています。 プローブ間の距離は 4 mm です。これにより、プリント基板上の接触パッドのサイズを考慮して、リード間の距離が 2,5 ～ 7,5 mm のコンデンサをテストできます。 コンデンサ端子に対するデバイスの向きに関連する明らかな不便さは、数日間使用すると解消されます。 測定中は、テスト対象の製品の電源を切り、危険な電圧が蓄積される可能性のあるコンデンサを放電する必要があります。 プローブのプローブを、テストされるコンデンサがはんだ付けされている基板の接触パッドに押し当て、電源ボタンを押す必要があります。 過渡現象により、すべての LED が短時間点滅します。その後、点灯する LED の数によってコンデンサの状態を推定できます。 したがって、1 つのコンデンサをテストするためのプローブのターンオン時間は 10 秒を超えません。 最大 100 V までの動作電圧に対応する容量が 1 uF 以上の良好なコンデンサの場合、すべての LED が消灯するはずです。 容量が小さく動作電圧が高いコンデンサは ESR が高いため、2 ～ XNUMX 個の LED が点灯します。 酸化物コンデンサの適合性を評価する基準は、デバイスのコンポーネント、電気的モード、および動作条件で酸化物コンデンサが果たす機能によって異なります。 最も重要なコンポーネント: 高周波変換を備えた電源の主要なトランジスタの制御回路、テレビやモニター用の水平走査トランスによって電力供給される電源を含む電源のフィルター、「ブースト」用の電源回路のフィルター動作周波数と充電電流が高いほど、使用されるコンデンサの品質が高くなります。 上記の回路では、最大 105 °C の温度範囲のコンデンサを使用する必要があります。これは、ESR が大幅に低く、高温での信頼性が高くなります。 このような素子が手元にない場合は、酸化物コンデンサを容量 0,33 ～ 1 μF のセラミック コンデンサとシャントすることが望ましいです。 場合によっては、このようなコンデンサはデバイスの製造元によって取り付けられることがあります。 これらは、ESR 測定モードでのプローブの読み取り値を歪める可能性があります (コンデンサの静電容量は、1 kHz の周波数で 80 μF - 約 2 オームです)。 欠陥のあるコンデンサを基板からはんだ付けした後、ダイヤル時にデバイスが修理可能であると識別できる場合があります。 どうやら解体時の高温の影響によるものと思われます。 このようなコンデンサをデバイスに再度取り付けても意味がありません。欠陥は遅かれ早かれ再発します。 これは、コンデンサを分解せずにテストすることを支持するもう XNUMX つの議論です。 この装置は「主力製品」として作成されており、ほとんどどんな状況でも使いやすく、余計なものがなく、測定というよりも「良い-悪い」原則に従って判断することを目的としています。 したがって、疑わしい場合や特に重大な場合には、利用可能な方法を使用してコンデンサをさらにチェックするか、既知の良好なコンデンサと交換する必要があります。 テレビ修理工場で 6 か月間プローブを動作させたところ、計測パラメータと選択された種類の表示が最適であることがわかりました。 特に5～7年以上使用した機器の診断性能が飛躍的に向上し、酸化物コンデンサの徐々に劣化する不具合を早期に診断できるようになりました。 この期間中、プローブの電池を交換する必要はありませんでした。 プローブの ESR の制御値の範囲は、テストされるコンデンサに流れる電流を増やすことで、より低い抵抗に向かって拡張できます。 これを行うには、DD1 チップを KR1554TLZ に交換する必要があります。これにより、抵抗 R3 の抵抗値が減少し、発電機の出力電流が増加します。 スキームに従って、その出力を左側、つまり抵抗器R3の出力に接続することにより、発電機内の超小型回路の4つの要素のみを使用するだけで十分です。 未使用の要素の入力 (ピン 5、9、10、12、13、0,5) を共通のワイヤに接続します。 デバイスの消費電流が増加します。 このようにして、EPS 制御の下限を 1 ～ 3 オームに下げることができます。 ESR 値の推奨範囲をカバーするには、XNUMX つの抵抗 RXNUMX の代わりに XNUMX つの切り替え可能な抵抗を使用してリミット スイッチを導入する必要があります。 スイッチ SA1 を 1 つの位置に使用し、C7 と同様のコンデンサをもう 40 つ追加することで、別の静電容量測定範囲を追加できます。 推奨範囲: 40...220 および 2400...550 µF (発振周波数 - 約 XNUMX および XNUMX Hz)。 静電容量測定モードでは、可聴周波信号がデバイスのプローブ上に存在します。 音響エミッタのテストや 3H アンプの信号伝送のチェックに使用できます。 文学
著者: R. Khafizov, Sarapul, Udmurtia
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