При ремонте техники специалисты-радиомеханики сталкиваются с различными проблемами - повреждённые дорожки на платах, окисление, выгоревшие элементы, вздувшиеся конденсаторы. Эти неисправности прекрасно видны при первичном осмотре аппаратуры и устранить их с помощью самых базовых инструментов любого инженера не составляет труда. Но есть случаи, в которых визуального осмотра недостаточно.

Конденсаторы бывают разной ёмкости, как очень большой (4000, 10000 мкФ), так и очень малой (0,33 мкФ, например, такие детали активно используются при сборке комплектующих различной оргтехники). И если вздутие верхней крышки первых отлично заметно из-за их размеров, то со вторыми выявление их неисправности может доставить немало проблем.

В этом поможет простой прибор для проверки конденсаторов - ESR-метр . Своими руками его изготовить несложно, имея достаточные познания в схемотехнике. Он может быть как самостоятельным устройством, так и выполнен в виде приставки к цифровому мультиметру . С его помощью можно легко установить такие неисправности, как пробой и высыхание.

Электролитические конденсаторы имеют ряд параметров, важных для их правильной работы в схеме устройства. Это и его ёмкость, и сопротивление диэлектрика между выводами и корпусом, и собственная индуктивность , эквивалентное последовательное сопротивление или, на американский манер, Equivalent Series Resistance. ESR - это сопротивление обкладок конденсатора и его ножек, которыми он припаивается к плате, выводов.

Существуют специальные формулы для расчёта этого показателя, но ими в реальной практике никто не пользуется. Гораздо проще собрать прибор для его измерения, и полученные результаты сверять с таблицей ESR электролитических конденсаторов, в которой приведены показатели в миллиомах, в зависимости от характеристик деталей - ёмкости и поддерживаемого напряжения.

Конденсаторы используются практически повсюду. Ни одна схема устройства, обладающего хоть минимальной сложностью, не обходится без них.

В персональных компьютерах они встречаются в блоках питания, мониторах, около важных узлов материнских плат - сетевых и звуковых микросхем, в системе питания процессора, южного и северного мостов, оперативной памяти.

В акустических системах и сетевом оборудовании (роутерах, коммутаторах, например) они встречаются около усилителей и LAN-портов. Все они обеспечивают стабильное питание этих элементов, а малейшие проблемы с питанием, как известно, могут привести как к проблемам в работе - зависаниям, торможению, так и к банальному отказу работать.

Высохшие и пробитые конденсаторы невозможно обнаружить простым осмотром, поэтому именно измеритель ESR, может установить причину неисправности. Для этого детали, на которые пало подозрение, выпаиваются с платы и проверяются прибором. Проверять их без выпаивания не рекомендуется - показатели в этом случае могут быть слишком неточными. Если показатель сопротивления слишком высок, компонент должен быть заменён аналогом с наиболее низким ESR.

Основные элементы устройства

В основе схемы ESR-метра лежит микросхема генератора импульсов типа К561ЛН2, работающая на частоте до 120 кГц. Для дополнительного удобства саму микросхему можно не впаивать напрямую в плату, а использовать специальную панель с необходимым количеством ножек. Это позволит оперативно сменить вышедшую из строя деталь и заменить её без дополнительных операций с паяльником и отсосом припоя. В качестве аналога этого генератора можно использовать похожий по характеристикам К1561ЛН2.

Настройка частоты выполняется цепью, состоящей из резистора и конденсатора. Регулировка и настройка измерения ESR осуществляется подстроечным резистором.

В качестве питания используется либо стандартная CR2032, выдающая напряжение до 3 вольт, либо, если этого не хватает для работы, аккумуляторная батарейка на 9 вольт, подключаемая через специальную клемму (такие можно найти в некоторых часах с автономным питанием, например, или в старых батарейках типа Крона). В состав измерителя переменного напряжения входит мультиметр, который необходимо перевести в соответствующий режим, и германиевые диоды.

Сборку тестера конденсаторов можно производить как на макетной плате размером примерно 4 на 6 сантиметров, так и на специальных печатных платах. Второй вариант получится немного дороже, но его преимуществом является наличие на плате обозначений всех нужных элементов и дорожек, их соединяющих.

Печатные платы изготавливаются из фольгированного текстолита и перед проведением монтажа элементов контакты на них необходимо залудить припоем.

При использовании макетных плат, размещение элементов и их соединение производится самостоятельно. Для создания схемы используются провода достаточной толщины с фторопластовой изоляцией, чтобы предотвратить их повреждение при тепловом воздействии.

В качестве щупов можно использовать как покупные, так и самодельные. Во втором случае необходимо самостоятельно позаботиться о хорошей проводящей способности используемого материала и достаточной толщине провода, идущего к мультиметру. Использовать длинные провода, более 10 сантиметров, не рекомендуется.

Возможные недостатки и замечания по работе этого устройства:

1. При нестабильном питании от батарейки возможны сильные отклонения по точности измерений, следует не забывать периодически проверять батарейку мультиметром и не допускать её разряда больше, чем на 1 вольт.
2. Даже при полностью исправной батарейке, прибор, выполненный таким образом, не претендует на звание высокоточного. Его можно использовать как некий индикатор работоспособности элементов и определить подойдёт ли конденсатор для установки или замены.

Первый и второй недостатки имеют общее решение - достаточно установить в схему стабилизатор, питающийся напрямую от батарейки, и два конденсатора. Это повышает надёжность и точность прибора, что даёт возможность отбрасывать ситуации, при которых, если у измеряемого элемента сопротивление было слишком малым, мультиметр сигнализировал о коротком замыкании вместо ожидаемого значения.

Порядок калибровки прибора

После монтажа устройства на плате и первичных тестов, его необходимо откалибровать. Для этого понадобится осциллограф и набор резисторов для подстройки номиналом от 1 до 80 Ом. Порядок калибровки:

1. Измеряем осциллографом частоту на щупах. Она должна быть в пределах 120-180 кГц. При более низкой или более высокой частоте она корректируется подбором резистора из набора.
2. Подсоединяем мультиметр к щупам, выбираем режим измерения в милливольтах.
3. Резистор в 1 Ом подключаем к щупам. С помощью подстроечного резистора в схеме выставляем на мультиметре значение напряжения в 1 милливольт.
4. Подключаем следующий по номиналу резистор, не меняя значение, и записываем показания мультиметра. Повторяем со всем набором и составляем табличку.

После калибровки прибором можно пользоваться. Он поможет в обнаружении неисправностей, связанных с реактивным сопротивлением. Их невозможно диагностировать другим способом.

В последнее время в радиолюбительской и профессиональной литературе очень много внимания уделяется таким устройствам как электролитические конденсаторы. И не удивительно, ведь частоты и мощности растут «на глазах», и на эти конденсаторы ложится огромная ответственность за работоспособность как отдельных узлов, так и схемы в целом.

Хочу сразу предупредить, что большинство узлов и схемных решений было почерпнуто из форумов и журналов, поэтому я никакого авторства со своей стороны не заявляю, напротив, хочу помочь начинающим ремонтникам определиться в бесконечных схемах и вариациях измерителей и пробников. Все предоставленные здесь схемы были не однократно собраны и проверены в работе, и сделаны соответствующие выводы по работе той или иной конструкции.

Итак, первая схема, ставшая чуть ли не классикой для начинающих ESR Метростроителей «Манфред» - так ее любезно называют форумчане, по имени ее созидателя, Манфреда Луденса ludens.cl/Electron/esr/esr.html

Её повторили сотни, а может и тысячи радиолюбителей, и остались в основном довольны результатом. Основное его достоинство, это последовательная схема измерения, благодаря чему, минимальному ESR соответствует максимальное напряжение на шунтовом резисторе R6, что, в свою очередь полезно сказывается на работе диодов детектора.

Эту схему я сам не повторял, но пришел к аналогичной путем проб и ошибок. Из недостатков можно отметить «гуляние» нуля от температуры, и зависимость шкалы от параметров диодов и ОУ. Повышенное напряжение питания, требуемое для работы прибора. Чувствительность прибора можно легко повысить, уменьшив резисторы R5 и R6 до 1-2 ома и, соответственно увеличив усиление ОУ, возможно придется его заменить на 2 более скоростных.

Мой первый пробник ЕПС, исправно работающий по сегодняшний день.

Схемы не сохранилось, да ее и можно сказать и не было, собрал со всего миру по нитке, то что меня устраивало схемотехнически, правда, за основу была взята такая вот схема из журнала радио:

Были произведены следующие изменения:

1. Питание от литиевого аккумулятора мобильника
2. исключен стабилизатор, так как пределы рабочих напряжений Литиевого Аккумулятора довольно узкие
3. трансформаторы TV1 TV2 шунтированы резисторами 10 и 100 Ом, для уменьшения выбросов при измерении малых ескостей
4. Выход 561лн2 был буферизирован 2мя комплементарными транзисторами.

В общем получился такой вот девайс:

После сборки и калибровки данного девайса были тут-же отремонтированы 5 цифровых телефонных аппаратов «Мередиан», которые уже лет 6 лежали в коробке с надписью «безнадежные». Все в отделе начали делать себе аналогичные пробнички:).

Для большей универсализации, мною были добавлены дополнительный функции:

1. приемник инфрокрасного излучения, для визуальной и слуховой проверки пультов ДУ, (очень востребованная функция для ремонтов телеков)
2. подсветка места касания щупами конденсаторов
3. «вибрик» от мобилки, помогает локализовать плохие пайки и микрофонный эффект в деталях.

Видео проверки пульта

А недавно на форуме «radiokot.ru» господин Simurg выложил статью посвященную аналогичному прибору. В нем он применил низковольтное питание, мостовую схему измерения, что позволило измерять конденсаторы со сверхнизким уровнем ESR.

Его коллега RL55 взяв схему Simurg за основу, предельно упростил приборчик, по его заявлениям не ухудшив параметры. Его схема выглядит вот так:

Прибор ниже, мне пришлось собирать на скорую руку, как говорится «по нужде». Был в гостях у родственников,так там телевизор сломался, никто не мог его отремонтировать. Вернее ремонтировать удавалось, но не более чем на неделю, все время горел транзистор строчной развертки, схемы телевизора не было. Тут вспомнил, что видел на форумах простенький пробничек, схему помнил наизусть, родственник тоже немного занимался радиолюбительством, аудио усилители «клепал», поэтому все детали быстро нашлись. Пару часов пыхтения паяльником, и родился вот такой приборчик:

Были в 5 минут локализованы и заменены 4 подсохших електролитика, которые мультиметром определялись как нормальные, выпито за успех некоторое количество благородного напитка. Телек после ремонта уже 4 года работает исправно.

Прибор этого типа стал как панацея в трудные минуты, когда нет с собою нормального тестера. Собирается быстро, производится ремонт, и напоследок торжественно дарится хозяину на память, и, «на случай чего». После такой церемонии душа платящего как правило раскрывается вдвое, а то и втрое шире:)

Захотелось чего-то синхронного, начал думать над схемой реализации, и вот в журнале «Радио 1 2011», как по мановению вошебнлй палочки опубликована статья, даже думать не пришлось. Решил проверить, что за зверь. Собрал, получилось вот так:

Особого восторга изделие не вызвало, работает практически как и все предыдущие, есть, конечно разница в показаниях в 1-2 деления, в определенных случаях. Может его показания и более достоверны, но пробник есть пробник, на качестве дефектации это почти никак не отражается. Тоже снабдил светодиодом, чтобы смотреть «куда суешь?».

В общем, для души и ремонтов делать можно. А для точных измерений надо поискать схему измерителя ESR посолиднее.

Ну, и на последок на сайте monitor.net, участник buratino выложил простейший проект, как из обычного дешевого цифрового мультиметра можно сделать пробник ESR. Проект так меня заинтриговал, что решил попробовать, и вот что у меня из этого вышло.

Корпус приспособил от маркера

С помощью такого прибора можно проверить, нет ли внутри конденсаторов обрыва короткого замыкания, или значительной утечки. Рассчитан он на конденсаторы емкостью более 50 пФ. Основа прибора генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах DD1.1- DD1.3, частота следования которых составляет около 75 кГц, а скважность примерно 3.

Элемент DD1.4, включенный инвертором, исключает влияние нагрузки на работу генератора. С его выхода импульсное напряжение идет по цепи: резистор R3, конденсатор С 2 и проверяемый конденсатор, подключенный к гнездам XS1 и XS2 и далее через диод VD1, микроамперметр РА1 и шунтирующий их резистор R2. Детали этой нагрузочной цепи подобраны таким образом, что без проверяемого конденсатора в ней ток через стрелочный прибор РА 1 не превышает 15 мкА. При подключении проверяемого конденсатора и нажатии кнопки SB1 ток в цепи увеличивается до 40 ... 60 мкА, и если прибор будет показывать ток в этих пределах, то независимо от емкости проверяемого конденсатора можно сделать вывод о его исправности. Эти пределы тока цепи отмечают на шкале прибора цветными метками. Если емкость проверяемого конденсатора больше 5 мкФ, то при нажатии на кнопку стрелка индикатора резко отклонится до конечной отметки шкалы, а затем, возвращаясь назад, устанавливается в пределах отмеченного сегмента. Полярный конденсатор выводом положительной обкладки подключают к гнезду XS1.При внутреннем обрыве проверяемого конденсатора стрелка индикатора останется на исходной отметке, а если конденсатор пробит или его внутренне сопротивление, характеризующее ток утечки, менее 60 кОм, стрелка индикатора отклоняется за пределы контрольного сегмента и даже может зашкаливать.

Налаживание:
После включения питания стрелка должна отклониться до деления примерно 15 мкА. В случае необходимости такой ток устанавливают подбором резистора R3. Затем к гнездам «Сх » подключают конденсатор емкостью 220 ... 250 пФ и подбором резистора R2 добиваются отклонения стрелки индикатора до отметки 50 мкА. После этого замкнув гнезда, убеждаются в отклонении стрелки за пределы шкалы. Монтажную плату устройства вместе с питающей его батареей 3336Л следует разместить в корпусе подходящих размеров.
Испытатель можно питать и от любого другого источника с напряжением 5V и током не менее 50 мА.

Рис.1 Принципиальная схема измерителя конденсаторов

Монтажная плата испытателя конденсаторов показана на рисунке.

В конструкции использован стрелочный микроамперметр от китайского мультиметра :

Шкала прибора заменена другой с обозначением сектора для исправных конденсаторов, который располагается между 8 и 20 Омами по предыдущей верхней шкале:

Для нормальной работы микроамперметра сопротивление R3 снижено до 100 Ом.
Устройство питается от 4-х батареек 1,5 V . Ток потребления в дежурном режиме с микросхемой К131ЛА3 составил 20,3 мА, в режиме измерения 20,5 мА.

Источник: http://radio-hobby.org/

Испытатель Оксидных Конденсаторов с питанием от сети.

Прибор предназначен для измерения емкости оксидных конденсаторов в составе узла, в котором они применены
(т. е. без выпаивания).
Параметры входных цепей прибора рассчитаны таким образом, что на точность измерения практически не влияют ни сопротивление подключенных к проверяемому конденсатору цепей аппарата, ни полярность этих элементов, ни полярность подключения самого прибора.

Пределы измерения емкости - 1... 1000 мкФ,
Относительная погрешность измерения в интервале значений 20...500 мкФ - не более -20 и +40 %.


Принципиальная схема.

Принцип его действия основан на измерении падения переменного (50 Гц) напряжения на делителе, состоящем из резисторов R1, R2 и проверяемого конденсатора Сх. Снимаемый с делителя сигнал усиливается микросхемой DA1 и поступает на выпрямитель, выполненный по схеме удвоения напряжения на диодах VD1, VD2. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения через логарифмирующую цепь R7,VD3,R8 (она расширяет пределы измерения емкости) поступает на микроамперметр РА1, и его стрелка отклоняется на угол, обратно пропорциональный емкости конденсатора Сх.
В приборе можно использовать постоянные резисторы МЛТ, переменные резисторы СП4-1 (СП5-2, ППЗ-45),
конденсаторы КМ-6, МБМ(С1), КТ-1(СЗ). К50-6. К50-16, К53-1 (остальные). Трансформатор Т1-любой, мощностью более 1 Вт с напряжением на вторичной обмотке 2X22V.
Для подключения прибора к проверяемому конденсатору и прокалывания защитного лака, которым обычно покрыты печатные платы радиоаппаратуры, рекомендуется изготовить специальный щуп. По сути, это - два склеенных корпусами цанговых карандаша, в которые вместо грифелей вставлены стальные иглы. К утолщенным концам игл припаивают гибкий экранированный провод, который подключают к гнездам XS1, XS2.

Налаживание прибора сводится к подгонке (попеременным изменением сопротивлений резисторов R3, R7 и R8) шкалы путем измерения емкости заведомо исправных конденсаторов с возможно меньшим допускаемым отклонением емкости от номинала (конденсаторы с допуском 10%).
Шкалу микроамперметра градуируют непосредственно в микрофарадах или пользуются при работе градировочной таблицей. Если применен микроамперметр с током полного отклонения стрелки 100 мкА, то отметка 5 мкА соответствует емкости 1000 мкФ, отметки 10, 20, 40, 60, 80 и 90 мкА - соответственно 500, 200, 100, 50, 20 и 10 мкФ, отметка 100 мкА - 0.
Перед измерением прибор калибруют переменным резистором R8, ось которого выведена на лицевую панель, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на отметку 0 (100 мкА).
Пределы измерения емкости можно сместить в сторону больших или меньших значений, для чего достаточно заменить резисторы R1 и R2 резисторами соответственно меньших или больших сопротивлений, сохранив неизменным их отношение.
Микросхему К548УН1А в испытателе можно заменить на К140УД7, К554УД2 и т. п., обеспечив им напряжения питания +15V и - 15V.
Необходимые для питания ОУ DА1 напряжения получены выпрямлением переменного напряжения обмотки II трансформатора Т1 и последующей стабилизацией его параметрическими стабилизаторами R9,VD4 и R10,VD5.




Для расширения пределов измерения емкости в сторону меньших значений в прибор необходимо ввести еще один делитель входного напряжения, подключив его как показано на рис.1 (нумерация новых деталей продолжает начатую на схеме в начале статьи, пропуск в нумерации означает, что элемент исключен). Делитель R11, R12 подключают к прибору, переключателем SA1.
Замена подстроечного резистора R7 постоянным, и введение резистора R14 облегчают налаживание испытателя.





Чертеж печатной платы модернизированного прибора показан на рис. 2, смонтированную плату закрепляют непосредственно на шпильках зажимов микроамперметра РА1.

Простой прибор , за основу которого взяты предыдущие варианты схем.
Конструкция размещена в корпусе милливольтметра SUNWA YX1000A:




Для установки "нуля" использован переменный резистор R8, определяющий коэффициент усиления ОУ DA1. Если сопротивление микроамперметра РА1 отличается от 1 кОм, то номинал переменного резистора должен быть соответственно изменен. Для уменьшения чувствительности усилителя к "наводкам" от сетевого напряжения номинал разделительного конденсатора С1 увеличен в 10 раз (1 мкФ).
Для градуировки шкалы индикатора рассчитывают отклонения стрелки (в процентах от всей шкалы) для каждой емкости из ряда Е12 (от 2,2 мкФ до 220 мкФ) по формуле: (Сх/Roбp)x100%.
Образцовые резисторы R4-R6 подбирают с максимально возможной точностью. Желательно, чтобы резисторы R1-R3 отличались друг от друга по сопротивлению точно в 10 раз, иначе придется устанавливать стрелку индикатора на "нуль" при каждой смене диапазона.
Операционный усилитель должен быть с полной внутренней коррекцией и высоким входным сопротивлением, например: К140УД8, К140УД18, К140УД22. Диоды VD1-VD4 - германиевые с малым прямым напряжением. VD5.VD6 - любые с обратным напряжением более 30V. Конденсатор С1 - любой малогабаритный, а С2 - обязательно с малым током утечки (К52, К53). Переключатель диапазонов SA1 - штатный, галетный. Для более плавной установки "нуля", резистор R8 рекомендуется заменить цепочкой из последовательно соединенных переменного и постоянного резисторов, чтобы переменным можно было компенсировать любые изменения сетевого напряжения.
Для приборов, описанных выше, также желателен сетевой трансформатор с увеличенным числом витков на вольт. Конденсатор C1 нужно использовать емкостью 1 мкФ, резистор R3 заменить переменным ("установка нуля"), а переменные и подстроенные - постоянными. Резистором R6 устанавливать стрелку на нуль нельзя, поскольку будет "растягиваться" или "сжиматься" шкала из-за нелинейности характеристики диода VD3.

Источник: "РАДИО" №9 1990г, №11 1996г.

Простой измеритель ЭПС (ESR-метр)

Схема питается от двух 3-хвольтовых батареек, соединенных последовательно, потребляя:
6,5мА при разомкнутых щупах и 10мА - при замкнутых.

Схема:

В качестве генератора использована МС КР1211ЕУ1 Datasheet (частота при номиналах на схеме около 70кГц), трансформаторы могут быть применены фазоинверторные от БП АТ/АТХ - одинаковые параметры (коэффициенты трансформации в частности) практически от всех производителей.

Внимание!!! В трансформаторе Т1 используется лишь половинка обмотки.

Головка прибора имеет чувствительность 300мкА, но возможно использование других головок. Предпочтительно использование более чувствительных головок.
Шкала прибора растянута на треть при измерении до 1-го Ома. Десятая Ома легко отличимая от 0,5 Ома, в шкалу укладываются 22 Ома.
Растяжку и диапазон можно варьировать с помощью добавления витков к измерительной обмотке (с щупами) и/или к обмоткам III того или иного трансформатора.