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

無線電子工学と電気工学の百科事典 / 測定技術

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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) を特定することと、まだ顕在化していないデバイスの欠陥を早期に診断することが可能になります。 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コンデンサの複素抵抗を測定します。 たとえば、100 kHz の周波数では、10 uF コンデンサの静電容量は約 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 を測定して酸化物電解コンデンサの欠陥を診断すると、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 オームを大幅に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、10 ～ 100 μF の容量を持つ優れたコンデンサは、静電容量と動作電圧に応じて 0,3 ～ 6 オームの範囲の ESR を持つことが認められています [2]。 欠陥のあるコンデンサを特定するための測定精度は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 5 ～ 10 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。著者のバージョンでは、約 15 ～ 300 マイクロファラッド (2 つの範囲) です。

プローブの概略図を図 1 に示します。 XNUMX。

（クリックして拡大）

要素 DD1.1 では、方形パルスの発生器 (周波数設定要素 R2、C2) が作成されます。 抵抗器 R3 は、テスト対象コンデンサ Cx を流れる電流を設定します。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 インジケーターがあり、このようなチップは一部のビデオ プレーヤー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 チップの入力 (ピン 7) に印加する必要があります。 ピン 10 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。

最大 100 kHz の周波数でチップを使用できるかどうかは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パスポート値は3,5 Vですが、いくつかのコピーをチェックしたところ、電圧が2,7 Vまでのパフォーマンスが示され、電圧がさらに低下すると、LEDが点灯しなくなります。 このプロパティは、プローブのバッテリーの状態を監視するために使用されます。

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則に従って EPS の制御値を示します。

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。 このモードでは、コンデンサの ESR もプローブの読み取り値に影響するため、静電容量の制御範囲は計算されたものとは異なることに注意してください。

プローブにはチップ抵抗とコンデンサが使用されますが、他の小さなサイズも使用できます。 コンデンサ C3 - C6、C8 - 輸入された小型セラミック。 彼らの能力は重要ではありません。 LED VD2 ～ VD6 - 消費電力が非常に小さいため、0,5 ～ 1 mA の電流でも非常に明るく点灯します。 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 および SB2 - 押しボタン膜、押された位置に固定されていません。 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 DD1.2 の出力で制御されます。 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。 抵抗器 R1 の抵抗値を削除したり、小さくしたりしないでください。 そうしないと、プローブを操作するときに、未定義の出力レベルで DD1.1 エレメントがスナップされる可能性があります。 トランジスタ VT1 のコレクタの電圧は 1 ... 2 V 以内である必要があり、抵抗 R5 を選択することによって設定されます。

プローブジェネレータ（図1では点線枠で強調表示）は、図2に示すスキームに従って作成できます。 1211. この発電機で使用されている KR1EU1554 マイクロ回路は、KR3TLXNUMX よりも小さいです。

プローブは、「1,2 ～ 7,5 オーム」の範囲の ESR 測定モード (ボタン SB1 が押されている) 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。 「0,3 ～ 1,8 オーム」の範囲の測定値は、SB7 ボタンを押しながら抵抗 R1 を選択することによって修正されます。 SA1 スイッチ接点の閉位置で必要な静電容量制御範囲は、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設定されます。
デバイスが十分に単純であることと、設計を特定の種類のハウジングに関連付けることが望ましくないため、プリント回路基板の図は示されていません。 プローブは直径 1 mm の硬い鋼線または真鍮線でできており、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、プリント基板上の接触パッドの寸法を考慮すると、リード間の距離が 2,5 ～ 7,5 mm のコンデンサをチェックできます。 コンデンサの端子に対するデバイスの位置の向きに関連する一見不便な点は、数日間使用すると消えます。

写真は著者版のプローブの外観を示しています。 ケースには、タイフロマグネトフォン「レジェンド P-405T」の有線リモートスイッチの本体を使用しました。

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評価できます。 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 22 秒を超えません。 およそ、第 100 範囲で最大 2 V の動作電圧に対して 1 uF 以上の容量を備えた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、3 ～ XNUMX 個の LED が点灯します。

第 1 レンジの電源ボタンは電源ボタンの隣にあります。 電源ボタンのみが押されている場合、EPS は 1,2 ～ 7,5 オームの範囲で制御され (ほとんどの場合、これで十分です)、両方のボタンが押されている場合は、0,3 ～ 1,8 オームの範囲で制御されます (重要なノードのコンデンサと比較的大きな静電容量)。 経験上、これは固定リミット スイッチを使用するよりもはるかに便利であることがわかっています。

酸化物コンデンサの適合性を評価する基準は、酸化物コンデンサが機器単位で果たす機能、電気的モード、および動作条件によって異なります。 最も重要なノード: 高周波変換を備えた電源の主要なトランジスタ制御回路、テレビやモニターの水平走査トランスによって電力供給されるものを含むそのようなソースのフィルター、水平走査の電源回路のフィルター動作周波数と再充電電流が高いほど、使用するコンデンサはより優れたものにする必要があります。

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」として作られており、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、適合・不適合の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 2 種類のプローブを 2 年間操作したところ、計測パラメータと選択された表示タイプが最適であることがわかりました。 診断性能が大幅に向上し、特に5～7年以上稼働したデバイスでは酸化物コンデンサの状態が徐々に劣化するため、早期に欠陥を診断できるようになりました。 プローブのバッテリー寿命は、6 ～ 10 か月のかなり集中的な使用に十分です。

静電容量制御モードでは、オーディオ周波数信号がデバイスのプローブに存在します。 音響エミッターのテストや AF アンプの信号フローのチェックに使用できます。

文学

1. Omelyanenko A. 電解コンデンサ用の ESR メーター。 - 電子機器の修理、2002 年、No. 2、p.37。
2. Chulkov V. 電解コンデンサの ESR をチェックするための装置。 - 電子機器の修理、2002 年、No.6、p.32。
3. フリッパーズ.com/esrktmtr.html
4. radioland.mrezha.ru/dopolnenia/capasit_02/capasit_02.htm
5. Khafizov R. 酸化物コンデンサの調査。 - ラジオ、2003 年、第 10 号、p. 21.

著者: R. Khafizov, elec@udm.net; 出版物: cxem.net

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