Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность

Что такое конденсатор

Конденсатором является электрическим элементом, который способен накапливать определенный электрический заряд. Главным параметром элемента считается емкость, которая рассчитывается в фарадах. 1 фарад это довольно большая величина. Современные конденсаторы имеют следующие обозначения емкости:

• пикофарад обозначается pF или пФ;
• нанофарад обозначается nF или нФ;
• микрофарад обозначается mF или мФ.

Принцип работы устройства достаточно прост. Работа и выдача импульса отличается только от тока в цепи, к которой он подключен.

Процесс заряда конденсатора

На схеме представлена RC – цепь (интегрирующая), запитанная от постоянного источника питания. При замыкании ключа в положение 1 происходит заряд конденсатора. Ток проходит по цепи: “плюс ” источника – резистор – конденсатор — “минус” источника.

Напряжение на обкладках конденсатора изменяется по экспоненциальному закону. Ток, протекающий через конденсатор, также изменяется по экспоненте. Причем эти изменения взаимообратны, чем больше напряжение, тем меньше ток, протекающий через конденсатор. Когда напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением источника, процесс заряда прекратится, и ток в цепи перестанет течь.

Теперь, если мы переключим ключ в положение 2, то ток потечет в обратную сторону, а именно по цепи: конденсатор – резистор – “минус” источника. Таким образом, конденсатор разрядится. Процесс будет носить также экспоненциальный характер.

Важной характеристикой данной цепи является произведение RC , которую еще называют постоянной времени τ. За время τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%

За 5 τ конденсатор отдает или принимает заряд полностью.

От теории перейдем к практике. Возьмем конденсатор на 0,47 мкФ и резистор номиналом 10 КОм.

Рассчитаем примерное время, за которое должен зарядиться конденсатор.

Теперь соберем данную схему в multisim и попробуем промоделировать

Собранная схема, запитана от батареи 12 В. Меняя положение переключателя S1, мы сначала заряжаем, а затем разряжаем конденсатор через сопротивление R = 10 КОм. Для того чтобы увидеть наглядно работу схемы посмотрите видео ниже.

Конденсатор – элемент, способный накапливать электрическую энергию.

Название происходит от латинского слова «condensare» — «сгущать», «уплотнять».

Первый конденсатор был создан в 1745 году Питером ванн Мушенбруком. В честь города Лейдена, в котором его создали, изобретение впоследствии назвали «Лейденской банкой».

Конденсатор состоит из металлических электродов – обкладок, между которыми находится диэлектрик. По сравнению с обкладками, диэлектрик имеет небольшую толщину. Это и определяет свойство конденсатора накапливать заряд: положительные и отрицательные заряды на его обкладках удерживают друг друга, взаимодействуя через тонкий непроводящий слой.

Емкость конденсатора

зависит от:

• площади обкладок (S);
• расстояния между ними (d);
• диэлектрической проницаемости материала диэлектрика между обкладками (ԑ).

Связаны они между собой формулой (формула емкости конденсатора):

Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон. Увеличить емкость также можно уменьшением толщины диэлектрика между обкладками и применением материалов с большей диэлектрической проницаемостью. Между обкладками конденсаторов располагают твердые, жидкие вещества и газы, в том числе и воздух.

Конденсаторы небольшой емкости получают на печатных платах, располагая две дорожки напротив друг друга.

Каким бы качественным не был диэлектрик в конденсаторе, он все равно имеет сопротивление. Его величина велика, но в заряженном состоянии конденсатора ток между обкладками все равно есть. Это приводит к явлению «саморазряда

»: заряженный конденсатор со временем теряет свой заряд.

Характеристики

Как элемент электрической цепи, конденсатор имеет такие параметры:

• Электрическая емкость, которая характеризуется свойством накапливания электрического заряда.
• Номинальное напряжение. Значение напряжения на обкладках, при котором элемент в течении срока службы сохраняет свои параметры.

При работе с электрическими цепями необходимо учитывать паразитные параметры, которые являются нежелательными:

• Ток утечки, который появляется из-за несовершенства диэлектрика, качества изоляции обкладок.
• Последовательное эквивалентное сопротивление, которое складывается из сопротивления выводов, сопротивление контакта вывод-обкладка, внутренних свойств диэлектрика.
• Эквивалентная индуктивность, в которую входят индуктивность выводов и обкладок.
• Тангенс угла диэлектрических потерь, характеризующий электрические потери в конденсаторе на высоких частотах.
• Температурный коэффициент емкости, показывающий, как она меняется в зависимости от температуры.
• Паразитный пьезоэффект, проявляющийся как генерация напряжения при физическом воздействии на диэлектрик (тряска, вибрация).

СОДЕРЖАНИЕ

Исправность электролитических конденсаторов проверяют внешним осмотром и измерением сопротивления утечки.

При проверке внешнего вида конденсатора выясняют:

1) обозначены ли величины номинальной емкости и рабочего напряжения, месяц и год изготовления;

2) не загрязнена ли поверхность конденсатора, не имеет ли она забоин и вмятин глубиной более 0,2 мм;

3) облужены ли выводы конденсатора и не имеют ли они надломов, трещин и забоин.

После осмотра конденсатора проверяют контактный узел вывода. Выполняют это приложением к контактному лепестку или к проволочным выводам небольшого усилия, направленного по оси вывода. Растяжение узла не должно вызывать появления каких-либо повреждений.

Электрические испытания заключаются в наблюдении за зарядом конденсатора ог гальванических элементов, питающих омметр, и измерении сопротивления утечки конденсатора (см. рис. 1.18).

Если конденсатор исправен, то стрелка прибора сначала быстро отклоняется вправо, доходя до отметки 0 шкалы (в зависимости от емкости конденсатора), а затем относительно медленно движется влево и устанавливается над одной из отметок участка шкалы -> ∞.

Если же конденсатор потерял емкость или имеет значительную утечку, то в первом случае стрелка прибора почти не отклоняется вправо, во втором — отклоняется до нуля или почти до нуля, а затем устанавливается против отметки, расположенной на участке 0 шкалы.

Чем меньше емкость конденсатора, тем на меньший угол отклоняется стрелка вправо в момент присоединения тестера к конденсатору, а чем больше утечка, тем, во-первых, медленнее движется стрелка влево после своего возвращения, и, во-вторых, тем дальше устанавливается она в конце заряда от знака ∞.

Наглядное представление овеличине утечки конденсатора дает ток его подзаряда. Если зарядить конденсатор, а затем отключить его от источника напряжения, то вследствие несовершенства изоляции между обкладками напряжение на конденсаторе со временем уменьшается.

Чтобы достичь прежнего значения напряжения, необходимо подзарядить конденсатор. Чем больше ток, требующийся для восстановления первоначального напряжения на конденсаторе, тем, очевидно, больше энергии потерял конденсатор при своем саморазряде и, следовательно, тем больше его ток утечки.

Устройство конденсатора

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. Емкость (способность накапливать электрический заряд) увеличивается с ростом площади пластин и с уменьшением толщины изолирующего слоя.

Параметры простейшей конструкции слишком малы. Для ее увеличения есть два пути:

• Увеличение площади обкладок, что приводит к увеличению габаритов.
• Уменьшение толщины диэлектрика, приводящее к снижению номинального рабочего напряжения из-за электрического пробоя.

Для того, чтобы избежать перечисленных проблем, разработаны специальные конструкции. Например, если сделать обкладки небольшой ширины и большой длины, их можно вместе с гибким диэлектриком свернуть в плотный цилиндр, получится цилиндрический конденсатор. Размещая пластины с диэлектриком попеременно, в виде слоеного пирога и чередуя подключение к выводам, получается прямоугольный компонент с большой эффективной площадью обкладок.

Еще один путь — использование в качестве диэлектрика тонкого оксидного слоя на поверхности металлической фольги и раствора проводящего электролита в качестве второй обкладки. Таким образом получается электролитический конденсатор, конструкция которого обладает самой большой емкостью.

Важно! Такие устройства имеют недостаток — соблюдение полярности подключения, что ограничивает их применение: оно возможно только в цепях постоянного тока в качестве сглаживающих фильтров.

Цепь переменного тока

В цепи переменного тока конденсатор является сопротивлением. Он быстро накапливает определенный заряд и постепенно его отдает. Накопление и полная отдача происходит во время смены электрической волны.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока заряд накапливается на пластинах, увеличивая величину разницы потенциалов на обкладках. Разница потенциалов увеличивается до величины напряжения. Как только она становится равна напряжению, общая цепь разрывается.

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый. Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65.

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60, CBB61.

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

• 1nF = 0.000000001 = 10-9 F

• 1pF = 0.000000000001 = 10-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Что такое емкость

Если удалить одиночный электропроводник бесконечно далеко, исключить влияние заряженных тел друг на друга, то потенциал удаленного проводника станет пропорционален заряду. Но у отличающихся по размеру проводников потенциалы не совпадают.

Единицей емкости конденсатора в СИ является фарад. Коэффициент пропорциональности обозначают буквой С — это емкость, на которую влияет размер и внешняя структура проводника. Материал, фазовое состояние вещества электрода роли не играют — заряды распределяются на поверхности. Поэтому в международных правилах СГС ёмкость измеряется не в фарадах, а в сантиметрах.

Уединенный шар радиусом 9 млн км (1400 радиусов Земли) содержит 1 фарад. Отдельный проводящий элемент удерживает заряды в недостаточных для применения в технике количествах. По технологиям XXI в. создается ёмкость конденсаторов с единицами измерений выше 1 фарада.

Накапливать требуемое для работы электронных схем количество электричества способна структура из минимум 2 электродов и разделяющего диэлектрика. В такой конструкции положительные и отрицательные частицы взаимно притягиваются и сами себя держат. Диэлектрик между электронно-позитронной парой не допускает аннигиляции. Подобное состояние зарядов называется связанным.

Раньше для измерения электрических величин применяли громоздкое оборудование, не отличающееся точностью. Теперь, как измерить ёмкость тестером, знает даже начинающий радиолюбитель.

Электрическая емкость конденсатора

Дальнейшие опыты с распределением электричества по поверхности наэлектризованного проводника, проводимые Кулоном и другими естествоиспытателями, позволили установить, что равномерное распределение электричества имеет место только на правильной шаровой поверхности. В общем случае заряд неравномерен и зависит от формы проводника, будучи больше в местах большей кривизны. Отношение количества электричества на части поверхности проводника к величине этой поверхности назвали плотностью (толщиной) электрического слоя. Экспериментально было установлено, что электрическая плотность и электрическая сила особенно велики в местах поверхности, имеющих наибольшую кривизну, особенно на остриях.
Величину, характеризующую зависимость потенциала наэлектризованного проводника от его размеров, формы и окружающей среды, называют электроемкостью проводника и обозначают буквой С. Электроемкость проводника измеряется количеством электричества, необходимым для повышения потенциала этого проводника на единицу:

Будет интересно Все о законе Ома: простыми словами с примерами для «чайников»

С = q/ϕ.

За единицу электроемкости в системе СИ принимается 1 фарада (1 Ф). Фарадой называется электроемкость проводника, которому для повышения его потенциала на один вольт нужно сообщить один кулон электричества. Электроемкостью, равной 1 Ф, обладал бы шар радиусом 9·10 6 км, что в 23 раза больше расстояния от Земли до Луны. Если проводник соединить с источником электричества определенного потенциала, то проводник получит электрический заряд, зависящий от емкости проводника. Его емкость, а, следовательно, и количество электричества, которым он заряжается, увеличиваются, если приблизить к нему второй проводник, соединенный с землей.

Конструкция, состоящая из двух проводников, разделенных изолятором, с электрическим полем между ними, все силовые линии которого начинаются на одном проводнике, а заканчиваются на другом, была названа электрическим конденсатором. При этом оба проводника называются обкладками, а изолирующая прокладка – диэлектриком. Процесс накопления зарядов на обкладках конденсатора называется его зарядкой. При зарядке на обеих обкладках накапливаются равные по величине и противоположные по знаку заряды.

Поскольку электрическое поле заряженного конденсатора сосредоточено в пространстве между его обкладками, то электроемкость конденсатора не зависит от окружающих тел. Электроемкость конденсатора измеряется отношением количества электричества на одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

С = q/ U.

1 Ф – электроемкость такого конденсатора, который может быть заряжен количеством электричества, равным 1 Кл, до разности потенциалов между обкладками, равной 1 В. Например, электрическая емкость плоского конденсатора в системе СИ определяется по соотношению:

С =εε 0 S/ d, где ε – диэлектрическая проницаемость материала, находящегося между обкладками конденсатора; ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума; S – величина площади поверхности пластины (меньшей, если они не равны); d – расстояние между пластинами.

• Электроемкость. конденсаторы

Если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды будут переходить с одной обкладки на другую и нейтрализуют друг друга. Этот процесс называется разрядкой конденсатора. Каждый конденсатор рассчитан на определенное напряжение. Если напряжение между обкладками станет слишком большим, то разрядка может произойти и непосредственно через диэлектрик (без соединительного проводника), т.е. получится пробой диэлектрика.

Будет интересно Что такое статическое электричество и как от него избавиться

Пробитый конденсатор к дальнейшему употреблению не пригоден. Для получения электроемкости нужной величины конденсаторы соединяют в батарею. На практике встречается как параллельное, так и последовательное соединение конденсаторов.

Маркировка на конденсаторах

Знать характеристики электронных приборов требуется для точной и безопасной работы.

Определение ёмкости конденсатора включает измерение величины приборами и чтение маркировки на корпусе. Обозначенные значения и полученные при измерениях отличаются. Это вызвано несовершенством производственных технологий и эксплуатационным разбросом параметров (износ, влияние температур).

На корпусе указана номинальная емкость и параметры допустимых отклонений. В бытовых устройствах используют приборы с отклонением до 20%. В космической отрасли, военном оборудовании и в автоматике опасных объектов разрешают разброс характеристик в 5-10%. Рабочие схемы не содержат значений допусков.

Номинальная емкость кодируется по стандартам IEC — Международной электротехнической комиссии, которая объединяет национальные организации по стандартам 60 стран.

Стандарт IEC использует обозначения:

1. Кодировка из 3 цифр. 2 знака в начале — количество пФ, третий — число нулей, 9 в конце — номинал меньше 10 пФ, 0 спереди — не больше 1 пФ. Код 689 — 6,8 пФ, 152 — 1500 пФ, 333 — 33000 пФ или 33 нФ, или 0,033 мкФ. Для облегчения чтения десятичная запятая в коде заменяется буквой «R». R8=0,8 пФ, 2R5 — 2,5 пФ.
2. 4 цифры в маркировке. Последняя — число нулей. 3 первых — величина в пФ. 3353 — 335000 пФ, 335 нФ или 0,335 мкФ.
3. Использование букв в коде. Буква µ — мкФ, n — нанофарад, p — пФ. 34p5 — 34,5 пФ, 1µ5 — 1,5 мкФ.
4. Планерные керамические изделия кодируют буквами A-Z в 2 регистрах и цифрой, обозначающей степень числа 10. K3 — 2400 пФ.
5. Электролитические SMD приборы маркируются 2 способами: цифры — номинальная емкость в пФ и рядом или во 2 строчке при наличии места — значение номинального напряжения; буква, кодирующая напряжение и рядом 3 цифры, 2 определяют емкость, а последняя — количество нулей. А205 значит 10 В и 2 мкФ.
6. Изделия для поверхностного монтажа маркируются кодом из букв и чисел: СА7 — 10 мкФ и 16 В.
7. Кодировки — цветом корпуса.

Вычисление с помощью формул

Вычисление номинальной емкости элемента требуется в 2 случаях:

1. Конструкторы электронной аппаратуры рассчитывают параметр при создании схем.
2. Мастера при отсутствии конденсаторов подходящей мощности и емкости используют расчет элемента для подбора из доступных деталей.

RC цепи рассчитывают с применением величины импеданса — комплексного сопротивления (Z). Rа — потери тока на нагревание участников цепи. Ri и Rе — учитывают влияние индуктивности и ёмкости элементов. На выводах резистора в RC цепи напряжение Uр обратно пропорционально Z.

Тепловое сопротивление увеличивает потенциал на нагрузке, а реактивное уменьшает. Работа конденсатора на частотах выше резонансных, когда растет реактивная составляющая комплексного сопротивления, приводит к потерям напряжения. Частота резонанса обратно пропорциональна способности накапливать заряд. Из формулы для определения Fр вычисляют, какие значения Ск (емкости конденсатора) требуются для работы цепи.

Для расчета импульсных схем используют постоянную времени цепи, определяющую воздействие RC на структуру импульса. Если знают сопротивление цепи и время заряда конденсатора, по формуле постоянной времени вычисляют емкость. На истинность результата влияет человеческий фактор.

Мастера используют параллельные и последовательные соединения конденсаторов. Формулы расчета обратны формулам для резисторов. Последовательное соединение делает емкость меньше меньшей в соединении элементов, параллельная схема суммирует величины.

Ёмкость плоского конденсатора

Ёмкость уединённого проводника на практике используется редко. В обычных ситуациях проводники не являются уединёнными. Заряженный проводник взаимодействует с окружающими телами и наводит на них заряды, а потенциал поля этих индуцированных зарядов (по принципу суперпозиции!) изменяет потенциал самого проводника. В таком случае уже нельзя утверждать, что потенциал проводника будет прямо пропорционален его заряду, и понятие ёмкости проводника самого по себе фактически утрачивает смысл.

Можно, однако, создать систему заряженных проводников, которая даже при накоплении на них значительного заряда почти не взаимодействует с окружающими телами. Тогда мы сможем снова говорить о ёмкости — но на сей раз о ёмкости этой системы проводников.

Наиболее простым и важным примером такой системы является плоский конденсатор. Он состоит из двух параллельных металлических пластин (называемых обкладками), разделённых слоем диэлектрика. При этом расстояние между пластинами много меньше их собственных размеров.

Для начала рассмотрим воздушный конденсатор, у которого между обкладками находится воздух

Пусть заряды обкладок равны и . Именно так и бывает в реальных электрических схемах: заряды обкладок равны по модулю и противоположны по знаку. Величина — заряд положительной обкладки — называется зарядом конденсатора.

Пусть — площадь каждой обкладки. Найдём поле, создаваемое обкладками в окружающем пространстве.

Поскольку размеры обкладок велики по сравнению с расстоянием между ними, поле каждой обкладки вдали от её краёв можно считать однородным полем бесконечной заряженной плоскости:

Сложности проверки

Процесс определения емкости конденсатора непосредственно на плате осложняется присутствием других компонентов цепи — они искажают показания прибора.

В первую очередь это относится к элементам с малым сопротивлением постоянному току: предохранителям, индуктивностям, обмоткам трансформаторов. Определение емкости конденсатора без выпаивания возможно только при отсутствии упомянутых компонентов. Оказывают влияние и полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы.

При проверке конденсатора на пробой путем измерения сопротивления мультиметр вместо бесконечности (на дисплее «1») отобразит сопротивление P-n перехода. В итоге состояние конденсатора останется неизвестным.

Особенности проверки

Конденсатор проверяется на исправность различными методами. Основной способ — с выпаиванием из схемы. Иногда можно проверить работоспособность без выпаивания. Но результаты исследования не будут точны — на него влияют прочие компоненты. Для проверки в цепи применяются тестеры с крохотным напряжением на щупах. Малое напряжение предотвращает повреждение остальных элементов платы.

Вне зависимости от особенностей моделей, все электролитические конденсаторы обладают высокой мощностью. При выполнении проверки происходит их подзарядка. Ее продолжительность составляет всего несколько секунд. В процессе зарядки наблюдается увеличение уровня сопротивления, с движением стрелки тестера или изменением цифровых показателей в электронном мультиметре.

Полярные конденсаторы

Эти электролитические кондеры обладают полярностью. При включении в сеть необходима проверка правильного подсоединения. Плюсы соединяем с плюсами, а минусы — с минусами. Игнорирование этого правила приводит к взрыву электролита.

Электролит бывает твердым или жидким. Емкость элементов составляет 0,1—100000 мкФ. Предназначение элементов — выравнивание и фильтрация сигналов. Метки «-» и «+» нанесены на корпусе. Положительный вывод имеет большую длину. При перепутывании полярности происходит пробой диэлектрика, в результате чего электролит мгновенно испаряется и корпус разрывает. Диэлектриком является бумага, пропитанная электролитом. Современные корпуса сверху вдавлены и рассечены крестом.

При взрыве распадается не весь, а только верхняя часть. Учитывая специально ослабленные элементы, при неисправности видно вспучивание верхней части.

Неполярные конденсаторы

Отличить визуально неполярный от полярного просто — у него не будет маркировки полярности на корпусе. У неполярных материал диэлектрика другой. Состоит из керамики или стекла. Ток саморазрядки намного меньше, учитывая большую диэлектрическую сопротивляемость, чем у бумаги. Ток утечки тем ниже, чем выше сопротивляемость диэлектрической перегородки.

Соблюдать полярность при включении в схему совсем необязательно. Иногда такие кондеры изготавливают очень маленькими и включают в схему в больших количествах.

Емкость деталей небольшая — от микрофарадов до пикофарадов.

Как проверить конденсатор мультиметром

Промышленность выпускает несколько видов проверочного оборудования для измерения электрических параметров. Цифровые более удобны для измерений и дают точные показания. Стрелочные предпочитают за визуальное движение стрелки.

Если кондер с виду абсолютно цел, проверить его без приборов невозможно. Осуществлять проверку лучше с выпаиванием из схемы. Так показатели считываются точнее. Простые детали редко выходят из строя. Зачастую механически повреждаются диэлектрики. Основная характеристика при проверке — пропуск только переменного тока. Постоянный проходит исключительно в самом начале в течение короткого промежутка времени. Сопротивление детали зависит от существующей емкости.

Предпосылка проверки полярного электролитического конденсатора мультиметром на работоспособность — емкость более 0,25 мкФ. Пошаговая инструкция проверки:

1. Разряжают элемент. Для этого металлическим предметом закорачиваются его ножки. Замыкание характеризуется появлением искры и звука.
2. Переключатель мультиметра ставится на значение сопротивления.
3. Прикасаются щупами к ножкам конденсатора с учетом полярности. Красным к плюсовой ножке, черным тыкаем в минусовую. Это необходимо только при работе с полярным устройством.

Конденсатор начинает заряжаться при подключении щупов. Сопротивление растет до максимума. Если при щупов мультиметр запищит при нулевом значении, значит произошло короткое замыкание. Если сразу на циферблате высвечивается значение 1, то в элементе внутренний обрыв. Такие кондеры считаются неисправными — замыкание и обрыв внутри элемента неустранимы.

Если значение 1 появилось спустя некоторое время, элемент считается исправным.

Проверить неполярный конденсатор еще проще. На мультиметре выставляем измерение на мегаомы. После касания щупами смотрим на показания. Если они окажутся менее 2Мом — деталь неисправна. Более — исправна. Полярность соблюдать ни к чему.

Электролитический

Как следует из названия, электролитические кондеры в алюминиевом корпусе наполнены электролитом между обкладками. Габариты самые разные — от миллиметров до десятков дециметров. Технические характеристики могут превышать таковые у неполярных на 3 порядка и достигать больших величин — единиц mF.

В электролитических моделях появляется дополнительный дефект, связанный с ЭПС (эквивалентным последовательным сопротивлением). Этот показатель еще обозначают аббревиатурой ESR. Такие конденсаторы в схемах с высокими частотами отфильтровывают несущий сигнал от паразитных. Но возможно подавление ЭМП, сильно снижая уровень и играя роль резистора. Это ведет к перегреву конструкции детали.

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора

. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Как проверить не выпаивая

Прозвонить конденсатор мультиметром без выпаивания возможно. Для такой проверки подбираем исправный экземпляр с аналогичными характеристиками и впаиваем его в схему параллельно исследуемому. Рабочее устройство скажет о проблеме в первом элементе. Способ не применяется на схеме с высоким напряжением.

Проверить мощный пусковой конденсатор мультиметром можно не выпаивая на наличие искры. Заряженный кондер замыкается отверткой или иным инструментом с изолированной ручкой. Характерный звук с искрой покажут работоспособность прибора.

Замеривать без специальных приборов нежелательно. Легко получить удар током на высоковольтных образцах, да и точные значения не выявить.

Первый способ

Первый способ наиболее простой. Испытуемый проверяется тестером и прозванивается мультиметром. Прибор ставится в режим проверки сопротивления. Также стоит учитывать полярность. Щупы мультиметра соединяются с выводами конденсатора и замеряется сопротивление. Стоит учитывать, что полученное значение не имеет никакой практической пользы, так как может являться показанием другого элемента. Таким способом можно проверить емкостную деталь на короткое замыкание. Если значения на дисплее начали расти постепенно, то печатная деталь заряжается от тестера и является исправной.

Второй способ

Второй способ требует припаять конденсатор с такими же значениями в схему рядом с испытуемым элементом. Впайку нужно провести параллельно. Оба элемента замеряются на обесточенной плате.

Важно! Без выпаивания можно проводить проверку только деталей, являющихся частью низковольтных цепей. Для высоковольтных цепей проводить такую проверку запрещено.

Третий способ

Часто возникает ситуация, когда на плате несколько конденсаторов, и определить какой из них неисправен очень сложно. Выпаивать каждый довольно трудоемко, часто они выходят из строя при нагревании. Для того чтобы проверить не выпаивая, необходимо провести замер выходящего напряжения. Он должен быть таким же, как указано на корпусе элемента. Если напряжения нет, то деталь пробита или замкнута. Если напряжение меньше оптимального значения, элемент потерял часть емкости.

Не выпаивая можно определить неисправный элемент визуально. Конденсатор может просто лопнуть, иметь на корпусе повреждения, нагар или вздутие.

Внешний осмотр

Иногда достаточно одного взгляда, чтобы определить неисправный конденсатор на плате. В таких случаях нет смысла проверять его какими-либо приборами. Конденсатор подлежит замене, если визуальный осмотр показал наличие:

• даже незначительного вздутия, следов подтеков;
• механических повреждений, вмятин;
• трещин, сколов (актуально для керамики).

Конденсаторы, имеющие любой из указанных признаков, эксплуатировать НЕЛЬЗЯ.

Прибор с функцией измерения емкости

На панели настроек у таких моделей имеется сектор «CX». Диапазон измерений меньше, чем у LC-метра (до 200 мкФ), но для самых распространенных элементов его достаточно.

Проверка выполняется просто:

• переключатель мультиметра устанавливается в сектор «CX» на позицию с числовым значением, ближайшим большим по отношению к ожидаемой емкости;
• выводы конденсатора подносятся к контактным площадкам в секторе «CX» либо их касаются щупами, вставленными в гнезда с такой же пометкой (в зависимости от модели);
• на дисплее отобразится емкость.

Результаты проверки

Электролитические конденсаторы чувствительны к полярности. Гнезда «CX» и контактные площадки помечены значками «+» и «-». Отрицательный вывод конденсатора обозначается галочкой.

Приборы без функции измерения емкости

Такие модели используют в режиме омметра.

Порядок действий:

• черный щуп включают в гнездо «COM» (отрицательный потенциал), красный — в «V/Ω» (положительный потенциал);
• переключатель устанавливают в сектор «Ω» на позицию 2 МОм;
• соблюдая полярность, касаются щупами выводов.

В режиме омметра мультиметр подает на щупы напряжение. Оно заряжает конденсатор и сопротивление последнего, постепенно нарастает от мизерного до величины свыше 2 МОм или бесконечности (обозначается единицей на дисплее).

Рост сопротивления объективнее всего отражает аналоговый (стрелочный) тестер. О неисправности свидетельствует такое поведение прибора, когда сопротивление:

• сразу стало бесконечным: оборван вывод;
• остановилось на отметке ниже 2 МОм: конденсатор пробит.

По времени, за которое сопротивление возрастает от минимума до максимума, путем сравнения с заведомо исправными конденсаторами, можно приблизительно определить емкость исследуемого.

Данный метод не подходит для проверки конденсаторов с малой емкостью — 20 мкФ и ниже. Они быстро заряжаются и даже у исправного элемента сопротивление практически сразу становится бесконечным.

Для проверки на обратимый пробой конденсатор подключают к лабораторному источнику постоянного тока с регулятором напряжения, последовательно с ним — мультиметр в режиме амперметра. Напряжение плавно увеличивают до максимально допустимого. Если в течение этого процесса тестер отобразит отличную от нуля силу тока, значит имеет место обратимый пробой.

Измерение сопротивления конденсатора мултьтиметром

Полярные электролитические конденсаторы имеют некоторые особенности при замере их внутреннего сопротивления:

1. Оно обычно не менее 100 кОм. При качественном изготовлении, сопротивление утечки у них может быть не менее 1 мОм. Как и упоминалось выше, перед проверкой измеряемый элемент должен быть полностью разряжен. Как это делается, описано выше.
2. При замере сопротивления предел измерения на мультиметре устанавливается более 100 кОм. После, соблюдая полярность подключения щупов, производим замер. В силу своей сравнительно большой ёмкости, при проверке будет происходить зарядка конденсатора в течение малого количества времени. Процесс зарядки будет протекать с одновременным возрастанием сопротивления, выведенным на дисплей прибора, после окончания, которого замеряемая величина прекратит свой рост и будет иметь фиксированное и окончательное значение.
3. Если показатель не более 100 кОм, то с большей долей вероятности это показатель того, что конденсатор рабочий.

При проверке стрелочным мультиметром всё делается аналогичным способом:

1. Подготавливается конденсатор (фиксируется и разряжается).
2. Выставляется измеряемый параметр (сопротивление не менее максимального предела).
3. Делается замер, в некоторых случаях соблюдая полярность.
4. Фиксируется результат и сравнивается с рабочими значениями.

Особенность измерения этим способом сопротивления в том, что когда он заряжается сам параметр также пропорционально растёт и соответственно стрелочный прибор, указывающий само значение сопротивления, двигается от нулевой отметки до окончательной фиксированной.

Можно было визуально по времени перемещения стрелки оценивать ёмкость измеряемого элемента. Тем самым, чем дольше стрелка шла до конечного значения, тем больше ёмкость конденсатора и наоборот.

Значение внутреннего сопротивления конденсатора является не основным показателем его работоспособности, поэтому серьёзным аргументом может служить только замеренная мультиметром ёмкость.

Определение рабочего напряжения конденсатора

Строго говоря, если на конденсаторе нет маркировки и не известна схема, в которой он стоял, то узнать его рабочее напряжение неразрушающими методами НЕВОЗМОЖНО.

Однако, имея некоторый опыт, можно оооочень приблизительно прикинуть “на глазок” рабочее напряжение исходя из габаритов конденсатора. Естественно, чем больше размеры конденсатора и чем меньше при этом его емкость, тем на большее напряжение он расчитан.

Способ №1: определение рабочего напряжения через напряжения пробоя

Если имеется несколько одинаковых конденсаторов и одним из них не жалко пожертвовать, то можно определить напряжение пробоя, которое обычно раза в 2-3 выше рабочего напряжения.

Напряжение пробоя конденсатора измеряется следующим образом. Конденсатор подключается через токоограничительный резистор к регулируемому источнику напряжения, способного выдавать заведомо больше, чем напряжение пробоя. Напряжение на конденсаторе контроллируется вольтметром.

Затем напряжение плавно повышают до тех пор, пока не произойдет пробой (момент, когда напряжение на конденсаторе резко упадет до нуля). За рабочее напряжение можно принять значение, в 2-3 раза меньше, чем напряжение пробоя. Но это такое… Вы можете иметь свое мнение на этот счет.

Внимание! Обязательно соблюдайте все меры предосторожности! При проверке конденсатора на пробой необходимо использовать защищенный стенд, а также индивидуальные средства защиты зрения.

Энергии заряженного конденсатора бывает достаточно, чтобы устроить небольшой ядерный взрыв прямо на рабочем столе. А некоторые типы керамических конденсаторов при электрическом пробое способны разлетаться на очень мелкие, но твердые осколки, без труда пробивающие кожу (не говоря уже о глазах).

Способ №2: нахождение рабочего напряжения конденсатора через ток утечки

Этот способ узнать рабочее напряжение конденсатора подходит для алюминиевых электролитических конденсаторов (полярных и неполярных). А таких конденсаторов большинство.

Суть заключается в том, чтобы отловить момент, при котором его ток утечки начинает нелинейно возрастать. Для этого собираем простейшую схему и делаем замеры тока утечки при различных значениях приложенного напряжения (начиная с 5 вольт и далее). Напряжение следует повышать постепенно, одинаковыми порциями, записывая показания вольтметра и микроампераметра в таблицу.

У меня получилась такая табличка (моя чуйка подсказала мне, что это довольно высоковольтный конденсатор, так что я сразу начал прибавлять по 10В):

Как только станет заметно, что одинаковый прирост напряжения каждый раз приводит к непропорционально бОльшему приросту тока утечки, эксперимент следует остановить, так как перед нами не стоит задача довести конденсатор до электрического пробоя.

Если из полученных значений построить график, то он будет иметь следующий вид: Видно, что начиная с 50-60 вольт, график зависимости тока утечки от напряжения обретает явно выраженную нелинейность. А если принять во внимание стандартный ряд напряжений:

Стандартный ряд номинальных рабочих напряжений конденсаторов, В

Можно предположить, что для данного конденсатора рабочее напряжение составляет либо 50 либо 63 В. Согласен, метод достаточно трудоемкий, но не сказать о нем было бы ошибкой.

Лабораторная по физике №5 — оцениваем ток утечки электролитических конденсаторов

Началось всё, как это часто и происходит, с прихода знакомого радиолюбителя с вопросом «А правда ли что параметры электролитических конденсаторов меняются во времени?». После уточнения того, какие конкретно параметры подразумеваются, решили, что интересно изменение тока утечки конденсатора связанное со временем. Более же конкретно задача выражалась словами – «вот конденсатор и он, будучи поставленным в цепь катодного смещения первого каскада усилителя, добавляет в музыку шумы и потрескивание. Можно узнать, что в нём происходит? Или даже посмотреть?».

Наверное, можно, но сначала

Немного отправной информации

Смотрим справочную литературу. Например, в «Справочнике по электрическим конденсаторам» под редакцией Четверткова И.И. и Смирнова В.Ф. (рис.1) и у Дэммера Дж.В.А. с Норденбергом Г.М. в книге «Конденсаторы постоянной и переменной ёмкости» (рис.2) находим места, посвящённые току утечки.

Рис.1

Рис.2

В справочнике «Конденсаторы» Горячевой Г.А. и Добромыслова Е.Р. говорится ещё и о том, что в процессе тренировки следует менять полярность подаваемого напряжения (рис.3).

Рис.3

Глядя на даты выхода в свет указанных источников, можно предположить, что эти рекомендации относятся к старым конденсаторам, сделанным в прошлом веке, а сейчас технологии производства уже, наверное, другие и всё не так критично, чтобы обращать на это внимание. Но, заглянув в справочные данные на достаточно современные алюминиевые электролитические конденсаторы EPCOS (рис.4), находим и там информацию о токе утечки, времени хранения, формовке (формировании) конденсаторов (см. приложение к тексту).

Рис.4

Итак, некоторая информация есть. Теперь вопрос в том, как построить эксперимент.

Так как дело это небыстрое, то можно использовать программу SpectraPLUS и звуковую карту с открытыми входами – это позволит делать замеры уровня постоянного напряжения на протяжении 1 часа и сохранять данные. Сама проверочная схема состоит из 3-х резисторов и показана на рисунке 5. Значение резистора R3 выбрано избыточно большим с целью уменьшения протекающего тока и «растягивания по времени» происходящих процессов. Конденсаторы подключаются зажимами «крокодил» — во-первых, это ускоряет замену, а во-вторых, если нет пайки, то нет и нагрева исследуемого элемента и не надо ждать, пока он остынет.

Рис.5

До установки конденсатора в схему, на выходе источника питания выставляется напряжение формовки, равное указанному на корпусе конденсатора напряжению. Затем источник питания выключается, конденсатор зажимается «крокодилами» и источник включается. В этот момент через конденсатор начинают бежать два тока – зарядный и ток утечки и на резисторе R2 «падает» напряжение, соответствующее сумме этих токов. Оно подаётся в звуковую карту и отображается в окне «Time Series» («Осциллограф») программы SpectraPLUS в виде некоторого уровня напряжения, меняющегося во времени. Максимальный подаваемый в карту уровень определяется отношением сопротивлений делителя R3/R2 и выбранным напряжением источника питания — при установке 16 В это будет около 0,23 В. По прошествии часа источник питания выключается и данные сохраняются в виде скриншотов графиков.

Наверное, стоит уточнить, что основная задача эксперимента заключается не в отформовке конденсаторов, а в наблюдении самого процесса и в нахождении отличий его протекания при установке разных конденсаторов (если, конечно, эти отличия существуют).

Кроме принесённого конденсатора, дома нашлось ещё немало других, когда-то стоявших в старых блоках питания компьютеров и материнских платах (рис.6). Их тоже можно «померить» — все они более двух-трёх лет не были под напряжением и если рекомендации по обязательной формовки после длительного бездействия считать верной, то на примере нескольких выбранных экземпляров мы после подачи напряжения на конденсатор должны будем увидеть изменения в токе утечки.

Рис.6

Итак, сами

Эксперименты

Повторюсь, что время снятия графиков около 1 часа – это шкала «X» (около 3600 секунд). Указанные на шкале «Y» значения напряжений на самом деле следует делить в 10 раз — т.е. о соответствует входное напряжение 150 мВ (это следует учитывать, если требуется посчитать протекающий через R2 ток).

Сначала были получены графики токов через конденсаторы на номинальное напряжение 16 В. Они показаны на рисунке 7. Сверху вниз – 3300×16 зелёный TEAPO, 3300×16 коричневый Su`scon, 2200×16 чёрный Fuhjyyu, 2200×16 чёрный VENT, 2200×16 чёрный SC (или CS), 1500×16 коричневый Elite. Видно, что вид графиков нельзя строго привязать к емкостному значению проверяемых конденсаторов – многое зависит от тока и попадаются экземпляры как с малым током утечки, так и с большим.

Рис.7

На рисунке 8 – токи конденсаторов на напряжение 10 В – 3900×10 зелёный TEAPO, 3300×10 чёрный OST IQ, 3300×10 коричневый LXJ, 2200×10 коричневый Su`scon. Привязать вид графиков к ёмкости тоже никак нельзя. Всплески у TEAPO – это результат процессов, происходящих в конденсаторе.

Рис.8

Токи через конденсаторы на 6,3 В – на рисунке 9 (3300×6 синий OST, 2200×6 зелёный TEAPO, 2200×6 коричн Nichicon, 1500×6 зелёный SANYO, 1200×6 зелёный CHOYO, 1000×6 голубой TEAPO). Всплески у CHOYO – это тоже результат внутренних процессов и это как раз тот самый конденсатор, что был принесён знакомым радиолюбителем и, надо полагать, что именно эти процессы вызывают шумы и трески в усилителе.

Рис.9

Спустя некоторое время был проверен К50-35 4700х16 1994 года выпуска, пролежавший без дела более 20 лет. График оказался «неплохой» (рис.10), а дав постоять конденсатору под напряжением несколько часов, в результате получили график с достаточно малым током утечки (рис.11), что видно даже за первую минуту контроля.

Рис.10

Рис.11

Перед многочасовой формовки К50-35 на нём было проверено влияние температуры на ток утечки – конденсатор в течении 4 минут нагревался горячим воздухом из паяльного фена. На рисунке 12 это участок до вертикальной черты (с наведёнными помехами от нагревательного элемента, питающегося через симисторный регулятор). Затем, после прекращения обдува, ещё некоторое видно увеличение тока (связанное, скорее всего с внутренним прогревом конденсатора), а потом следует его уменьшение по мере охлаждения корпуса. Если усреднить шумы графика, то увеличение тока утечки можно оценить в 3-4 раза.

Рис.12

Также, следуя рекомендациям по формированию конденсаторов EPCOS, были сняты два измерения с бОльшим формовочным током (сопротивления резисторов R2 и R3 уменьшены до значений 15 Ом и 100 Ом соответственно). Графики (рис.13) получились разными по току и сходные с графиками, показанными выше, что говорит о принципиальной верности измерений, проведённых с малым током.

Рис.13

И напоследок

Про шумы

Во время снятия графиков напряжений одновременно проводился и анализ шумов этих напряжений. Так как применялась звуковая карта с большим собственным шумом и открытым входом, спектры получились не очень информативные (рис.14), но всё же показывающие понижение шумов на низких частотах по прошествии часовой формовки, даже если получить малый ток утечки не удавалось. Тёмные спектры сняты спустя 2 минуты после подачи напряжения, светлые спектры – в конце часа формовки.

Рис.14

Чтобы убедиться в том, что по уровню шумов можно оценивать «активность» тока утечки, у конденсатора К50-35 анализ спектра был проведён на менее шумящей карте (рис.15). Здесь тёмный спектр соответствует шуму конденсатора, прошедшего часовую формовку, а светлый – это шум после многочасового нахождения под напряжением.

Рис.15

Про ёмкость

Перед началом экспериментов ёмкости всех конденсаторов были измерены программой RLC-meter и все показания были близки к указанным на корпусах. После экспериментов замеры повторили и у большинства конденсаторов ёмкость имела примерно такое же значение, а у некоторых заметно подросла. Например, у К50-35 оказалась даже больше номинальной — 4740 мкФ (рис.16). Эквивалентное сопротивление, конечно, великовато, но учитывая, что конденсатору 25 лет, это можно считать нормальным, т.е. соответствующим возрасту, значением.

Рис.16

Подведение итогов

Итог простой — при более-менее ответственном подходе к конструированию радиоаппаратуры не следует пренебрегать формовкой (формированием/тренировкой) электролитических конденсаторов, как это и указано в технической литературе.

Также, наверное, следует внимательнее относится к аппаратуре, если она новая или долгое время простояла без работы. К примеру, если УНЧ полгода-год пролежал в кладовке или под столом, то следует дать ему постоять включенным некоторое время, прежде чем слушать. Возможно, что процесс формовки конденсаторов входит в то, что в аудиофильском мире называется словами «аппарат приигрывается».

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим

Прикрепленные файлы:

• Alyuminievie_elektroliticheskie_kondensatori_EPCOS.rar (7495 Кб)

Теги:

• Анализатор спектра

Как измерить ток утечки конденсатора?

Чуть выше уже была описана методика измерения тока утечки. Хотелось бы только добавить, что Iут измеряется либо при максимальном рабочем напряжении конденсатора либо при таком напряжении, при котором конденсатор планируется использовать.

Также можно вычислить ток утечки конденсатора косвенным методом – через падение напряжения на заранее известном сопротивлении. При проверке полярных конденсаторов на утечку необходимо соблюдать полярность их подключения. В противном случае будут получены некорректные результаты.

При измерении тока утечки электролитических конденсаторов после подачи напряжения очень важно выждать какое-то время (минут 5-10) для того, чтобы все электрохимические процессы завершились. Особенно это актуально для конденсаторов, которые в течение длительного времени были выведены из эксплуатации.

Испытание конденсатора на качество контактов в выводах проводят следующим образом

Собирают схему, изображенную на рис. 1.19.

После сборки схемы присоединяют проводники П1, и П2 к гнездам звукоснимателя радиоприемника, устанавливают делителем R1 напряжение, равное приблизительно Uраб, и слегка ударяют несколько раз пальцем по испытываемому конденсатору. Если последний исправен, то в громкоговорителе ничего не слышно, даже если перевести ручку «Громкость» в крайнее правое положение. Если же контакты в выводах конденсатора плохие, то в громкоговорителе возникают трески и шорохи.

Рис. 1.19. Схема устройства для испытания электролитического конденсатора на качество контактов в выводах:

З1 и 32 — зажимы, присоединяемые к выпрямителю с хорошо сглаженным напряжением, равным или превышающим рабочее напряжение (Uраб испытываемого конденсатора; R1 — двухваттный делитель напряжения сопротивлением 100 кОм; V — вольтметр постоянного тока, рассчитанный на измерение напряжения, равного рабочему напряжению конденсатора; С1 — испытываемый конденсатор; R2 — резистор сопротивлением 100 — 200 кОм; С2 — слюдяной керамический или бумажный конденсатор емкостью от 5000 пФ до 0,1 мкФ.

Меры предосторожности при проверке

Разрядка конденсатора является обязательной. Особенно это касается высоковольтных деталей — могут вывести мультиметр из строя или поразить человека электротоком. Разряжают касанием ножек металлическим предметом или подключением лампы. Второй способ процесс разряда делает более плавным.

Во время измерения нельзя касаться руками открытых частей щупа — человеческое тело имеет малое сопротивление и высокий показатель утечки. В этом случае замер окажется неправильным. Ток пойдет по пути наименьшего сопротивления и показатели покажут значение, не имеющее отношения к конденсатору.

Измерение на высоковольтных конденсаторах выполняются в резиновых перчатках и изолированными приборами.

Штатно работающий электронный компонент способен накапливать и отдавать некоторое количество электричества. Поломки при работе определяются не только визуально, но и посредством мультиметра. Тестирование измерительным прибором способно прояснить пригодность элемента для дальнейшего использования.

Основные неисправности конденсаторов

Емкостные элементы играют большую роль в принципиальной схеме любого устройства. Основная их функция — заряд определенным количеством тока и импульсный разряд в цепь. К основным неисправностям конденсаторов относятся:

1. Обычный пробой. Пробой может быть вызван увеличением рабочего напряжения. Для ремонта требуется не только замена элемента, но и определение причины возникновения высокого напряжения.
2. Внутренний обрыв. При обрыве радиодеталь теряет свою емкость, так как оба ее вывода становятся изолированными. Обрыв может возникнуть при падении прибора или некачественной сборки самого элемента.
3. Утечка. Эта проблема связана с потерей части емкости. Чем меньше допустимая и оптимальная емкость, тем меньше размер заряда.