Пробник для измерения ЭПС оксидных конденсаторов

Описание устройства

В последнее время возрос интерес к такому параметру оксидных конденсаторов как эквивалент­ное последовательное сопротивление (ЭПС). Практика показывает, что оценка ЭПС конденсатора, при ремонте радиоаппаратуры, во многих случаях более информативна, чем измерение ёмкости или «про­звонка» стрелочным омметром. Поскольку величины ЭПС исправных конденсаторов составляют макси­мум единицы Ом, то измерение данного параметра вполне допустимо производить непосредственно в устройстве, без демонтажа конденсаторов, что, несомненно, является большим плюсом.

Принцип работы большинства конструкций основан на измерении падения напряжения доста­точно большой частоты на проверяемом конденсаторе. Условно считают, что в этом случае ёмкостное сопротивление конденсатора значительно меньше ЭПС и, стало быть, падение напряжения пропорцио­нально ЭПС. Однако, как хорошо показано в [1], процедура измерения действительного значения ЭПС с заданной погрешностью, несколько сложнее простого измерения напряжения на конденсаторе. Статья [1] настоятельно рекомендуется к прочтению, для ясного представления о трудностях, возникающих при измерении ЭПС. Весьма интересен метод измерения ЭПС, предложенный в [2].

С другой стороны, в ремонтной практике важно не столько точное определение «абсолютного» зна­чения ЭПС, сколько примерное значение «ЭПС» данного конденсатора в сравнении с образцовым. В пользу данного соображения можно отнести тот факт, что значения ЭПС исправных конденсаторов на­ходятся в пределах единиц Ом для конденсаторов малой ёмкости (1-10 мкФ) и долей Ома для конденса­торов большей ёмкости. Поэтому, ограничив предел измерения ЭПС на уровне, скажем, 20 Ом, можно условно разбить шкалу на три сектора: «плохой — сомнительный — хороший». При этом явно высохшие или оборванные конденсаторы будут всегда попадать в «плохой сектор». Границы секторов определя­ются пробными измерениями некоторого количества «образцовых» конденсаторов.

Поскольку не требуется высокая точность измерений («одночастотный» метод не может обеспе­чить её в принципе), то на первый план выходят такие показатели измерителя как простота конструк­ции, малый потребляемый ток, хорошая повторяемость. Здесь нужно отметить статью [3]. Соображения, изложенные в ней, представляются весьма разумными. Индикатор ЭПС, описываемый в статье [3], по­слу­жил прототипом проб­ника для измерения «ЭПС»:

Основные характеристики:

• верхний предел измеряемого сопротивления — 20 Ом;
• нижний предел измеряемой ёмкости — 1 мкФ;
• потребляемый ток при разомкнутых щупах — не более 200 мкА;
• потребляемый ток при замкнутых щупах — не более 6 мА;
• частота генерации — 10…15 кГц.

Потребляемый ток при замкнутых щупах определяется, главным образом, током полного отклонения миллиамперметра PA1. Относительно низкая частота генерации позволяет реализовать «классиче­ский» вариант компоновки прибора, когда вся схема размещается в отдельном корпусе, а щупы «Cx» при­соединяются к ней проводами стандартной длины. При более высокой частоте [5], длина проводов ста­новится критичной, а работать со «щупом» внушительных размеров не представляется удобным.

Работа с прибором проста. Замкнув щупы «Cx», резистором R2 устанавливают стрелку миллиампер­метра на конечное деление шкалы. Поскольку в авторском варианте потенциометр R2 со­вмещён с выключателем S1, то включение прибора и установка нуля выполняется за одно движение. После этого можно приступать к измерениям.

Для того чтобы оценить величины ЭПС различных конденсаторов, нужно сделать серию измере­ний новых «образцовых» конденсаторов различных номиналов ёмкостей. Электролитические конденса­торы 1-10 мкФ полезно сравнить с такими же (по ёмкости) но неэлектролитами — К73, МБГЧ и т.д. По­сле этого оценка состояния конденсаторов не будет представлять никаких трудностей.

Детали и конструкция

Отправной точкой при сборке пробника является выбор миллиамперметра (или микроампер­метра) PA1. Если будет использоваться микроамперметр с током полного отклонения порядка 50 мкА, то транзистор VT2 вполне можно исключить, используя в качестве детектора диод типа КД522Б. В автор­ском варианте использован миллиамперметр М325 с достаточно большим током полного отклонения — 5 мА (Rвнут ~ 95 Ом):Данный миллиамперметр выбран из-за внушительных размеров корпуса, бол­ьшого угла отклонения стрелки и необычного внешнего вида. Внутри корпуса свободно размести­лись:

• элемент питания типоразмера «D» (отечественный «373»);
• потенциометр с выключателем СП3-10 (как в старой радиоаппаратуре);
• плата с элементами схемы.

Поскольку со свободным местом в корпусе миллиамперметра трудностей не возникало, то использо­ваны «крупногабаритные» конденсаторы:

• C2, C3, C4, C5 — К73;
• C1 — К71.

Катушка L1 намотана на кольце К10х4х2 из феррита марки М2000НМ и содержит 50-60 витков про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,3…0,5 мм.

Транзисторы VT1, VT2 можно заменить другими, с аналогичными параметрами.

Наладка прибора

Так как параметры применяемого миллиамперметра, скорее всего, будут отличаться от описывае­мого в статье, то ёмкость конденсатора C4 придётся подобрать опытным путём. При пер­вых запусках пробника его рекомендуется отключить.

Для начала необходимо убедиться в том, что генератор на транзисторе VT1 работает устойчиво при различных положениях движка R1 и активном сопротивлении между выводами «Cx» — 0…20 Ом.

Для этого замыкают накоротко выводы «Cx«, устанавливают движок R1 в левое по схеме положение и включают питание. Плавно вращая движок R1, наблюдают осциллографом возникновение и увеличение амплитуды колебаний на эмиттере VT1. Максимальная амплитуда колебаний должна составлять 600-700 мВ. При дальнейшем вращении R1 амплитуда колебаний уменьшается. Частота колебаний должна быть порядка 10-15 кГц.

Установив резистором R1 максимальную амплитуду колебаний, подключают к выводам «Cx» рези­сторы величиной от 1 до 20 Ом (удобнее всего, использовать магазин сопротивлений) и наблюдают уменьшение амплитуды колебаний. Колебания при любом значении резистора должны быть устойчи­выми. Если это не так (маловероятный случай), то следует заменить транзистор VT1.

Далее размыкают выводы «Cx« и устанавливают движок резистора в левое по схеме положение. К выводу базы VT2 подключают вольтметр (относительно «земли»). Плавно вращая R1, наблюдают уве­личение постоянного напряжения. При величине напряжения порядка 400 мВ начнёт открываться тран­зистор VT2, что обнаруживается по отклонению стрелки миллиамперметра PA1. Положение резистора R1 соответствующее началу отклонения стрелки PA1 назовём граничным — «Rгр». Диапазон изменения R1 при работе с прибором — от левого по схеме до Rгр.

При отключенном конденсаторе С4 и замкнутых выводах «Cx» эпюра напряжения на выводе эмит­тера VT2 будет иметь вид однополупериодного выпрямления. При вращении R1 должна меняется ам­плитуда колебаний и угол отсечки тока.

Теперь нужно определиться с отклонением стрелки PA1. Идеально, если при максимальной ампли­туде колебаний на эмиттере VT1 ток через PA1 на 30 % больше тока полного отклонения стрелки, для компенсации разряда источника питания. Если стрелка «не дотягивает» до конечного деления шкалы, следует сгладить пульсации подключением конденсатора C4. Если же наоборот, чувствительность слишком высока, то последовательно с PA1 нужно включить гасящий резистор.

Последним этапом является оцифровка шкалы пробника. Процедура очень простая. Подключая к выводам «Cx» резисторы известных номиналов, отмечают положение стрелки. После чего изготавли­вают шкалу в любом графическом редакторе.

Можно поступить иначе. Подбирать значение резистора до совпадения стрелки с имеющимися на шкале делениями. Плюс этого метода в том, что «родную» шкалу миллиамперметра можно отсканиро­вать, а подставить необходимые значения в полученный рисунок гораздо проще. Ми­нус метода — зна­чения на шкале, скорее всего, будут дробными.

Автор: Олег Иванов