Не ослабевает интерес наших читателей и авторов к разработке и изготовлению устройств измерения ЭПС (ESR) оксидных конденсаторов. Предлагаемая ниже приставка к мультиметрам серии 83х продолжает эту тему. Мультиметры, далее приборы, серии 83х - очень популярны среди радиолюбителей из-за доступной цены и приемлемой точности измерений.
На страницах журнала "Радио" неоднократно публиковались статьи по расширению возможностей этих приборов, например, . При разработке предлагаемой приставки, так же как и в , была поставлена задача не применять дополнительный источник питания. Схема приставки показана на рис. 1
.
Рис.1
В приборах, построенных на микросхемах АЦП ICL71x6 или их аналогах, есть внутренний стабилизированный источник напряжения 3 В с максимальным током нагрузки 3 мА . С выхода этого источника подано напряжение питания на приставку через разъём "СОМ" (общий провод) и внешнее гнездо "NPNc", которое входит в состав восьмиконтактной розетки для подключения маломощных транзисторов в режиме измерения статического коэффициента передачи тока. Метод измерения ЭПС аналогичен применённому в цифровом измерителе, который описан в статье . По сравнению с этим устройством предлагаемая приставка существенно отличается простотой схемы, малым числом элементов и их низкой ценой.
Основные технические характеристики
Интервал измерения ЭПС, Ом:
при разомкнутых контактах выключателя SA1 0,1... 199,9
при его замкнутых контактах (положение "х0,1") 0,01...19,99
Ёмкость проверяемых конденсаторов, не менее, мкФ 20
Ток потребления, мА 1,5
При работе с приставкой переключатель рода работ прибора устанавливают в положение измерения напряжения постоянного тока с пределом "200 мВ". Внешние вилки приставки "СОМ", "VΩmA", "NPNc" стыкуются с соответствующими гнёздами прибора. Временная диаграмма показана на рис. 2
. Генератор, собранный на логическом элементе DD1.1 - триггере Шмитта, диоде VD1, конденсаторе С1 и резисторах R1, R2, вырабатывает последовательность положительных импульсов длительностью t r = 4 мкс с паузой 150 мкс и стабильной амплитудой около 3 В (рис. 2, а
). Эти импульсы можно наблюдать осциллографом относительно общего провода гнезда "СОМ". Во время каждого импульса через проверяемый конденсатор, подключённый к гнёздам "Сх" приставки, протекает заданный резисторами R4, R5 стабильный ток, который равен 1 мА при разомкнутых контактах выключателя SA1 или 10 мА при его замкнутых контактах (положение "х0,1").
Рассмотрим работу узлов и элементов приставки с подключённым проверяемым конденсатором с момента появления очередного импульса длительностью t r на выходе элемента DD1.1. От инвертированного элементом DD1.2 импульса низкого уровня длительностью t r транзистор VT1 закрывается на 4 мкс. После зарядки ёмкости сток-исток закрытого транзистора VT1 напряжение на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть практически только от тока протекающего через его ЭПС. На логическом элементе DD1.3, резисторе R3 и конденсаторе С2 собран узел задержки фронта импульса генератора на 2 мкс. За время задержки t 3 ёмкость сток-исток закрытого транзистора VT1, шунтирующая испытуемый конденсатор, успевает зарядиться и практически не влияет на точность следующего после t 3 процесса измерения (рис. 2,б
). Из задержанного на 2 мкс и укороченного по длительности до 2 мкс импульса генератора на выходе инвертора DD1.4 формируется измepиteльный импульс длительностью t изм = 2 мкс (рис. 2,в) высокого уровня. От него открывается транзистор VT2, а запоминающий конденсатор СЗ начинает заряжаться от падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора через резисторы R6, R7 и открытый транзистор VT2. По окончании измерительного импульса и импульса с выхода генератора от высокого уровня на выходе элемента DD1.2 транзистор VT1 открывается, a VT2 от низкого уровня на выходе элемента DD1.4 закрывается. Описанный процесс повторяется каждые 150 мкс, что приводит к зарядке конденсатора СЗ до падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора после нескольких десятков периодов. На индикаторе прибора отображается значение эквивалентного последовательного сопротивления в омах. При положении выключателя SA1 "х0,1" показания индикатора нужно умножить на 0,1. Открытый между импульсами генератора транзистор VT1 устраняет рост напряжения (заряд) на ёмкостной составляющей проверяемого конденсатора до значений ниже минимальной чувствительности прибора, равной 0,1 мВ. Наличие входной ёмкости транзистора VT2 приводит к смещению нуля прибора. Для устранения её влияния применены резисторы R6 и R7. Подбором этих резисторов добиваются отсутствия напряжения на конденсаторе СЗ при замкнутых гнёздах "Сх" (установка нуля).
О погрешностях измерений. Во-первых, имеет место систематическая погрешность, достигающая примерно 6 % для сопротивлений, близких к максимуму в каждом интервале. Она связана с уменьшением тока тестирования, но не так важна - конденсаторы с такими ЭПС подлежат браковке. Во-вторых, существует погрешность измерения, зависящая от ёмкости конденсатора.
Объясняется это ростом напряжения во время импульса с генератора на ёмкостной составляющей конденсаторов: чем меньше ёмкость, тем быстрее её зарядка. Эту погрешность нетрудно рассчитать, зная ёмкость, ток и время зарядки: U = М/С. Так, для конденсаторов ёмкостью более 20 мкФ она не влияет на результат измерений, а вот для 2 мкФ измеренное значение будет больше реального примерно на 1,5 Ома (соответственно, 1 мкФ - 3 Ома, 10 мкФ - 0,3 Ома и т. п.).
Чертё ж печатной платы показан на рис. 3 . Три отверстия под штыри следует просверлить так, чтобы последние входили в них с небольшим усилием.
Это облегчит процесс их пайки к контактным площадкам. Штырь "NPNc" - позолоченный от подходящего разьёма, подойдёт и кусок лужёного медного провода. Отверстие под него сверлят в подходящем месте после установки штырей "СОМ" и "VΩmA". Последние - от вышедших из строя измерительных щупов. Конденсатор СЗ желательно применить из группы ТКЕ не хуже Н10 (X7R). Транзистор IRLML6346 (VT1) можно заменить на IRLML6246, IRLML2502, IRLML6344 (в порядке ухудшения). Критерии замены - сопротивление открытого канала не более 0,06 Ом при напряжении затвор-исток 2,5 В, ёмкость сток-исток - не более 300...400 пФ. Но если ограничиться только интервалом 0,01...19,00 Ом (выключатель SA1 в этом случае заменяют перемычкой, резистор R5 удаляют), то максимальная ёмкость сток-исток может достигать 3000 пФ. Транзистор 2N7000 (VT2) заменим на 2N7002, 2N7002L, BS170C пороговым напряжением не более 2...2,2 В. Перед монтажом транзисторов следует проверить соответствие расположения выводов проводникам печатной платы. Гнёзда XS1, XS2 в экземпляре автора - клеммник винтовой 306-021-12.
Перед налаживанием приставку следует подключить не к мультиметру, чтобы не вывести его из строя, а к автономному источнику питания напряжением 3 В, например, к двум последовательно соединённым гальваническим элементам. Плюс этого источника временно подключают к штырю "NPNc" приставки (не подключая этот штырь к мультиметру), а минус - к её общему проводу. Измеряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, после чего автономный источник отключают. Гнёзда "Сх" временно замыкают коротким отрезком медного провода диаметром не менее 1 мм. Штыри приставки вставляют в одноимённые гнёзда прибора. Подбором резисторов R6 и R7 устанавливают нулевые показания прибора при обоих положениях выключателя SA1. Для удобства эти резисторы можно заменить одним подстроечным, а после настройки нуля впаивают резисторы R6 и R7 с суммарным сопротивлением, равным подстроечному.
Удаляют отрезок провода, замыкающий гнёзда "Сх". К ним подключают резистор 1...2 0м при замкнутом положении SA1, затем - 10...20 Ом при разомкнутом. Сверяют показания прибора с сопротивлениями резисторов. В случае необходимости подбирают R4 и R5, добиваясь желаемой точности измерения. Внешний вид приставки показан на фото рис. 4
.
Приставку можно использовать как омметр малых сопротивлений Также ею можно измерять внутреннее сопротивление малогабаритных гальванических или аккумуляторных элементов и батарей через последовательно соединённый конденсатор ёмкостью не менее 1000 мкФ, соблюдая полярность его подключения. Из полученного результата измерения необходимо вычесть ЭПС конденсатора, который должен быть измерен заранее.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов. - Радио, 1999, №8,с.42,43.
2. Чуднов В. Приставка к мультиметру для измерения температуры. - Радио, 2003, № 1, с. 34.
3. Подушкин И. Генератор + одновибратор = три приставки к мультиметру. - Радио, 2010, № 7, с. 46, 47; № 8, с. 50-52.
4. Даташит ICL7136 http://radio-hobby.org/modules/datasheets/2232-icl7136
5. Бирюков С. Цифровой измеритель ESR. - Схемотехника, 2006, № 3, с. 30-32; №4, с. 36,37.
АРХИВ: Скачать с сервера
Раздел:
[Измерительная техника]
Сохрани статью в:
Каждому, кто регулярно занимается ремонтом электронной техники, известно, какой процент неисправностей выпадает на долю дефектных электролитических конденсаторов. При этом если существенную потерю емкости удается диагностировать при помощи обычного мультиметра, то такой весьма характерный дефект как возрастание эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС, англ. ESR) обнаружить без специальных устройств принципиально невозможно.
Долгое время при проведении ремонтных работ мне удавалось обходиться без специализированных приборов для проверки конденсаторов путем подстановки параллельно «подозреваемым» конденсаторам заведомо исправных, в звуковой аппаратуре использовать проверку тракта прохождения сигнала на слух при помощи наушников, а также использовать методы косвенного дефектирования, основанные на личном опыте, накопленной статистике и профессиональной интуиции. Когда же пришлось приобщиться к массовому ремонту компьютерной техники, в которой на совести электролитических конденсаторов оказывается добрая половина всех неисправностей, необходимость контроля их ЭПС стала без преувеличения стратегической задачей. Существенным обстоятельством явился также тот факт, что в процессе ремонта неисправные конденсаторы очень часто приходится заменять не новыми, а демонтированными из других устройств, и их исправность совсем не гарантирована. Поэтому неизбежно наступил момент, когда пришлось всерьез задуматься о том, чтобы разрешить эту проблему обзаведшись, наконец, ЭПС-метром. Поскольку о покупке подобного прибора по ряду причин речь заведомо не шла, напрашивался однозначный выход – собрать его самостоятельно.
Анализ схемотехнических решений построения ЭПС-метров, имеющихся на просторах Сети, показал, что спектр подобных устройств чрезвычайно широк. Они отличаются функциональностью, напряжением питания, применяемой элементной базой, частотой генерируемых сигналов, наличием/отсутствием моточных элементов, формой отображения результатов измерений и т.п.
Основными критериями выбора схемы являлись ее простота, низкое напряжение питания и минимальное количество моточных узлов.
С учетом всей совокупности факторов было принято решение повторить схему Ю. Куракина, опубликованную в статье из журнала «Радио» (2008 г., №7, с.26-27). Ее отличает целый ряд положительных особенностей: предельная простота, отсутствие высокочастотных трансформаторов, малый потребляемый ток, возможность питания от одного гальванического элемента, низкая частота работы генератора.
Детали и конструкция. Собранный на макете прибор заработал сразу и после нескольких дней практических экспериментов со схемой было принято решение о его окончательной конструкции: прибор должен быть предельно компактным и представлять собой нечто вроде тестера, позволяющего максимально показательно отображать результаты измерений.
С этой целью в качестве измерительной головки был использован стрелочный индикатор типа М68501 от магниторадиолы «Сириус-324 пано» с током полного отклонения 250 мкА и оригинальной шкалой, отградуированной в децибелах, который оказался под рукой. Позднее в Сети мною было обнаружены сходные решения с применением магнитофонных индикаторов уровня в исполнении других авторов, что подтвердило правильность принятого решения. В качестве корпуса прибора был использован корпус от неисправного зарядного устройства для ноутбука LG DSA-0421S-12, идеально подходящий по габаритам и имеющий, в отличие от многих своих собратьев, легкоразборный корпус, скрепляющийся шурупами.
В устройстве использованы исключительно общедоступные и широкораспространенные радиоэлементы, имеющиеся в хозяйстве любого радиолюбителя. Итоговая схема полностью идентична авторской, исключение составляют лишь номиналы некоторых резисторов. Сопротивление резистора R2 в идеале должно составлять 470 кОм (в авторском варианте – 1МОм, хотя при этом примерно половина хода движка все равно не используется), но резистора такого номинала, имеющего необходимые габариты, у меня не нашлось. Однако этот факт позволил доработать резистор R2 таким образом, чтобы он одновременно являлся и выключателем питания при повороте его оси в одно из крайних положений. Для этого достаточно соскрести острием ножа часть резистивного слоя у одного из крайних контактов «подковки» резистора, по которой скользит его средний контакт, на участке длиной примерно 3…4 мм.
Номинал резистора R5 подбирается исходя из тока полного отклонения используемого индикатора таким образом, чтобы даже при глубоком разряде элемента питания ЭПС-метр сохранял свою работоспособность.
Тип применяемых в схеме диодов и транзисторов абсолютно некритичен, поэтому предпочтение было отдано элементам, имеющим минимальные габариты. Гораздо более важен тип применяемых конденсаторов – они по возможности должны быть максимально термостабильны. В качестве С1…С3 были использованы импортные конденсаторы, которые удалось отыскать в плате от неисправного ИБП компьютера, обладающие очень малым ТКЕ и имеющие гораздо меньшие габариты в сравнении с отечественными К73-17.
Дроссель L1 выполнен на ферритовом кольце с магнитной проницаемостью 2000НМ, имеющем размеры 10×6×4,6 мм. Для частоты генерации 16 кГц необходимо 42 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм (длина проводника для намотки составляет 70 см) при индуктивности дросселя 2,3 мГн. Разумеется, можно использовать любой другой дроссель с индуктивностью 2…3,5 мГн, что будет соответствовать частотному диапазону 16…12 кГц, рекомендованному автором конструкции. У меня при изготовлении дросселя была возможность воспользоваться осциллографом и измерителем индуктивности, поэтому необходимое количество витков я подобрал экспериментальным путем исключительно из соображений вывести генератор точно на частоту 16 кГц, хотя практической необходимости в этом, конечно же, не было.
Щупы ЭПС-метра выполнены несъемными – отсутствие разъемных соединений не только упрощает конструкцию, но и делает ее более надежной, устраняя потенциальную возможность нарушения контактов в низкоомной измерительной цепи.
Печатная плата устройства имеет габариты 27×28 мм, ее чертеж в формате.LAY6 можно скачать по ссылке https://yadi.sk/d/CceJc_CG3FC6wg . Шаг сетки – 1,27 мм.
Компоновка элементов внутри готового устройства приведена на фото.
Результаты испытаний. Отличительной особенностью примененного в устройстве индикатора явилось то, что диапазон измерения ЭПС составил от 0 до 5 Ом. При проверке конденсаторов значительной емкости (100 мкФ и более), наиболее характерных для фильтров цепей питания материнских плат, блоков питания компьютеров и телевизоров, зарядных устройств ноутбуков, преобразователей сетевого оборудования (коммутаторов, маршрутизаторов, точек доступа) и их выносных адаптеров этот диапазон чрезвычайно удобен, поскольку шкала прибора является максимально растянутой. На основании усредненных экспериментальных данных для ЭПС электролитических конденсаторов различной емкости, приведенных в таблице, отображение результатов измерений оказывается очень наглядным: конденсатор можно считать исправным лишь в том случае, если стрелка индикатора при измерении располагается в красном секторе шкалы, соответствующем положительным значениям децибелов. Если стрелка располагается левее (в черном секторе), конденсатор из указанного выше диапазона емкостей является неисправным.
Разумеется, прибором можно тестировать и конденсаторы малой емкости (примерно от 2,2 мкФ), при этом показания прибора будут находиться в пределах черного сектора шкалы, соответствующего отрицательным значениям децибелов. У меня получилось примерно следующее соответствие ЭПС заведомо исправных конденсаторов из стандартного ряда емкостей градуировке шкалы прибора в децибелах:
Прежде всего, эту конструкцию следует рекомендовать начинающим радиолюбителям, еще не имеющим достаточного опыта в конструировании радиоаппаратуры, но осваивающим азы ремонта электронной техники. Низкая цена и высокая повторяемость данного ЭПС-метра выгодно отличают его от более дорогих промышленных устройств аналогичного назначения.
Основными достоинствами ЭПС-метра можно считать следующие:
— чрезвычайная простота схемы и доступность элементной базы для ее практической реализации при сохранении достаточной функциональности устройства и его компактности, отсутствие необходимости в высокочувствительном регистрирующем приборе;
— отсутствие необходимости в наладке, требующей наличия специальных измерительных приборов (осциллографа, частотомера);
— низкое напряжение питания и, соответственно, дешевизна его источника (не требуется дорогостоящая и малоемкая «Крона»). Устройство сохраняет свою работоспособность при разряде источника даже до 50% его номинального напряжения, то есть имеется возможность использовать для его питания элементы, которые уже не способны нормально функционировать в других устройствах (пультах ДУ, часах, фотоаппаратах, калькуляторах и т.п.);
— низкий ток потребления – около 380 мкА в момент измерения (зависит от используемой измерительной головки) и 125 мкА в режиме ожидания, что существенно продлевает срок эксплуатации источника питания;
— минимальное количество и предельная простота моточных изделий – в качестве L1 можно использовать любой подходящий дроссель или легко изготовить его самостоятельно из подручных материалов;
— сравнительно низкая частота работы генератора и возможность ручной установки нуля, позволяющие использовать щупы с проводами практически любой разумной длины и произвольного сечения. Это преимущество является неоспоримым в сравнении с универсальными цифровыми тестерами элементов, использующими для подключения проверяемых конденсаторов ZIF-панель с глубоким расположением контактов;
— визуальная наглядность отображения результатов тестирования, позволяющая быстро оценить пригодность конденсатора для дальнейшего использования без необходимости точной численной оценки величины ЭПС и ее соотнесения с таблицей значений;
— удобство эксплуатации — возможность выполнения непрерывных измерений (в отличие от цифровых ESR-тестеров, требующих нажатия кнопки измерения и выдержки паузы после подключения каждого поверяемого конденсатора), что существенно ускоряет работу;
— необязательность предварительной разрядки конденсатора перед измерением ЭПС.
К недостаткам прибора можно отнести:
— ограниченную функциональность в сравнении с цифровыми ESR-тестерами (отсутствие возможности измерения емкости конденсатора и процента его утечки);
— отсутствие точных численных значений результатов измерений в омах;
— сравнительно узкий диапазон измеряемых сопротивлений.
В последние годы специалисты и радиолюбители находят полезность оценки эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) оксидных конденсаторов, особенно в ремонтной практике импульсных БП, высококачественных УМЗЧ и другой современной аппаратуры. В этой статье предлагается измеритель, отличающийся рядом преимуществ.
В последние годы специалисты и радиолюбители находят полезность оценки эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) оксидных конденсаторов, особенно в ремонтной практике импульсных БП, высококачественных УМЗЧ и другой современной аппаратуры. В этой статье предлагается измеритель, отличающийся рядом преимуществ.
Удобная для прибора со стрелочным индикатором шкала, близкая к логарифмической, позволяет определять значения ЭПС примерно в диапазоне от долей ома до 50 Ом, при этом значение 1 Ом оказывается на участке шкалы, соответствующем 35...50 % тока полного отклонения. Это дает возможность с приемлемой точностью оценивать значения ЭПС в интервале 0,1...1 Ом, что, например, необходимо для оксидных конденсаторов емкостью более 1000 мкФ, а с меньшей точностью — вплоть до 50 Ом.
Полная гальваническая развязка цепи измерения максимально защищает прибор от выхода из строя при проверке случайно заряженного конденсатора — нередкой в практике ситуации. Низкое напряжение на измерительных щупах (менее 70 мВ) позволяет производить измерения в большинстве случаев без выпаивания конденсаторов. Питание прибора от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В принято как наиболее оптимальный вариант (низкая стоимость и малые габариты). Нет необходимости калибровать прибор и следить за напряжением элемента, так как предусмотрены встроенный стабилизатор и автоматический выключатель при напряжении питания менее допустимого предела с блокировкой включения. И наконец, квазисенсорное включение и отключение прибора двумя миниатюрными кнопками.
Основные технические характеристики
Интервал измеряемого сопротивления, Ом..........0,1...50
Частота измерительных импульсов, кГц.................120
Амплитуда импульсов на щупах измерителя, мВ........50...70
Напряжение питания, В
номинальное.................1,5
допустимое...............0,9...3
Ток потребления, мА, не более.........................20
Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис. 1
На транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1 собран повышающий с 1,5 до 9 В преобразователь напряжения. Конденсатор С1 — фильтрующий.
Выходное напряжение преобразователя подается через электронный выключатель на тринисторе VS1, который, кроме ручного включения и отключения прибора, автоматически выключает его при пониженном напряжении питания, поступает на микромощный стабилизатор, собранный на микросхеме DA1 и резисторах R3, R4. Стабилизированное напряжение 4 В питает генератор импульсов, собранный по типовой схеме на шести элементах И-НЕ микросхемы DD1. Цепь R6C2 задает частоту испытательных импульсов примерно 100...120 кГц. Светодиод HL1 — индикатор включения прибора.
Через разделительный конденсатор СЗ импульсы подаются на трансформатор Т2. Напряжение с его вторичной обмотки приложено к проверяемому конденсатору и к первичной обмотке измерительного трансформатора тока ТЗ. С вторичной обмотки ТЗ сигнал поступает через однополупериодный выпрямитель на диоде VD3 и конденсаторе С4 на стрелочный микроамперметр РА1. Чем больше ЭПС конденсатора, тем меньше отклонение стрелки измерителя.
Тринисторный выключатель действует следующим образом. В исходном состоянии на затворе полевого транзистора VT3 низкое напряжение, так как тринистор VS1 закрыт, вследствие чего цепь питания прибора разъединена по минусовому проводу. При этом сопротивление нагрузки повышающего преобразователя практически бесконечно и он в таком режиме не работает. В этом состоянии ток потребления от элемента питания G1 практически равен нулю.
При замыкании контактов кнопки SB2 преобразователь напряжения получает нагрузку, образованную сопротивлением перехода управляющий электрод—катод тринистора и резистором R1. Преобразователь запускается и его напряжение открывает тринистор VS1. Открывается полевой транзистор VT3, и минусовая цепь питания стабилизатора и генератора через очень малое сопротивление канала полевого транзистора VT3 подключается к преобразователю. Кнопка выключения SB1 при нажатии шунтирует анод и катод тринистора VS1, в результате закрывается и транзистор VT3, выключая прибор. Автоматическое выключение при понижении напряжения батареи происходит, когда ток через тринистор станет меньше тока удержания в открытом состоянии. Напряжение на выходе повышающего преобразователя, при котором это происходит, подбирают таким, чтобы его было достаточно для нормальной работы стабилизатора, т. е. чтобы всегда выдерживалась минимально допустимая разность значений напряжения на входе и выходе микросхемы DA1.
Конструкция и детали
Все детали прибора, за исключением микроамперметра и двух кнопок, располагаются на односторонней печатной плате размерами 55x80 мм. Чертеж платы изображен на рис. 2. Корпус прибора изготовлен из фольгированного гетинакса. Под микроамперметром установлены миниатюрные кнопки от телевизора.
Все трансформаторы намотаны на кольцах из феррита 2000НМ типоразмера К10x6x4,5, но эти размеры не критичны. Трансформатор Т2 имеет две обмотки: первичная — 100 витков, вторичная — один виток. В трансформаторе ТЗ первичная обмотка состоит их четырех витков, а вторичная — из 200 витков. Диаметр проводов обмоток трансформаторов Т2 и ТЗ не критичен, но желательно те, которые входят в измерительную цепь, наматывать более толстым проводом — примерно 0,8 мм, другие обмотки этих трансформаторов намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0.09 мм.
Транзисторы VT1 и VT2 — любые из серии КТ209. желательно подобрать их с одинаковым коэффициентом передачи тока базы. Конденсаторы можно использовать любые, подходящие по размеру: резисторы — МЛТ мощностью 0.125 или 0.25 Вт. Диоды VD1 и VD2 — любые средней мощности. Диод VD3 — Д311 или любой из серии Д9. Полевой транзистор VT3 — практически любой п-канальный с малым сопротивлением открытого канала и малым пороговым напряжением затвор—исток, для компактности монтажа у транзистора IRF740A удалена часть основания.
Светодиод подойдет любой повышенной яркости, свечение которого видно уже при токе 1 мА.
Микроамперметр РА1 — М4761 от старого катушечного магнитофона, с током полного отклонения стрелки 500 мкА. В качестве щупа использован отрезок экранированного провода длиной 20 см. На него надевают подходящий корпус шариковой авторучки, а к концу центральной жилы и к экранной оплетке провода припаивают тонкие стальные иголки. Иглы временно фиксируют на расстоянии 5 мм друг от друга, на них слегка надвигают корпус щупа и место стыка заливают термоклеем; стык формуют в виде шарика диаметром чуть меньше сантиметра. Такой щуп, на мой взгляд, наиболее оптимален для подобных измерителей. Его легко подсоединять к конденсатору, устанавливая одну иглу на один вывод конденсатора, а другой касаться второго вывода, аналогично работе циркулем.
О налаживании прибора.
Прежде всего проверяют работу повышающего преобразователя. В качестве нагрузки можно временно подключить к выходу преобразователя резистор сопротивлением 1 кОм. Затем временно соединяют перемычкой анод и катод тринистора и выставляют резистором R3 на выходе стабилизатора DA1 напряжение примерно 4 В. Частота генератора должна быть в пределах 100... 120 кГц.
Далее замыкают проводником иголки щупов и регулировкой подстроечным резистором R3 выставляют стрелку микроамперметра чуть ниже максимального положения, затем, пробуя изменить фазировку одной из обмоток измерения, добиваются максимальных показаний прибора и оставляют обмотки в таком подключении. Регулируя резистором R3, устанавливают стрелку на максимум. Подключением к щупам непроволочного резистора сопротивлением 1 Ом проверяют положение стрелки (она должна быть примерно в середине шкалы) и при необходимости, меняя число витков в первичной обмотке трансформатора ТЗ, изменяют растяжение шкалы. При этом всякий раз выставляя на максимум стрелку микроамперметра регулировкой R3.
Наиболее оптимальной представляется шкала, на которой показания ЭПС не более 1 Ом занимают примерно 0,3...0,5 всей ее длины, т. е. свободно различимы показания от 0,1 до 1 Ом через каждые 0,1 Ом. В приборе можно использовать любые другие микроамперметры с током полного отклонения не более 500 мкА: для более чувствительных потребуется уменьшить число витков вторичной обмотки трансформатора ТЗ.
Далее налаживают узел отключения, подбирая резистор R1, вместо него временно можно впаять подстроечный резистор сопротивлением 6,8 кОм. После подачи на вход DA1 питания от внешнего регулируемого источника вольтметром контролируют напряжение на выходе DA1. Следует найти наименьшее входное напряжение стабилизатора, при котором выходное еще не начинает падать — это минимальное рабочее входное напряжение. Нужно иметь в виду, что чем меньше минимальное рабочее напряжение, тем полнее будет использован ресурс элемента питания.
Далее подбором резистора R1 добиваются скачкообразного закрывания тринистора при напряжении питания чуть выше минимально допустимого. Это наглядно видно по отклонению стрелки прибора. Она должна при замкнутых щупах с максимума резко падать до нуля, при этом гаснет светодиод. Тринистор должен закрыться раньше, чем полевой транзистор VT3; в противном случае не будет резкого переключения. Далее повторно проверяют ручное включение и выключение кнопками SB1 и SB2.
В заключение градуируют шкалу измерителя, используя непроволочные резисторы соответствующих номиналов. Использование прибора в практике ремонта показало его большую эффективность и удобство по сравнению с другими подобными приборами. Им также можно с успехом проверять переходное сопротивление контактов различных кнопок, герконов и реле.
Статья взята с сайта www.radio-lubitel.ru
Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС или ESR) конденсатора является его важнейшим параметром и в значительной мере определяет его фильтрующие и сглаживающие свойства. Нередко причиной неработоспособности различных устройств является повышенное значение ЭПС примененных в них конденсаторов. Особенно нестабилен этот параметр у оксидных конденсаторов. Он может существенно изменяться в сторону увеличения с течением времени или с изменением температуры. В предлагаемой статье приводится описание еще одного измерителя ЭПС.
Особенность устройства в том, что собрано оно на основе малогабаритного стрелочного мультиметра Sanwa YX-1000A (рис. 1 ). От него использованы корпус, стрелочный прибор, а также шкала омметра этого прибора, что упрощает изготовление всей конструкции. Интервал измерения составляет от 0 до 100 Ом. Источник питания - гальванический элемент напряжением 1,5 В типоразмера АА, потребляемый ток - 5...7 мА, работоспособность сохраняется при снижении напряжения питания до 1,3 В. Переменное напряжение на щупах составляет 130...150мВ (в зависимости от напряжения питания), поэтому измеритель позволяет проводить проверку оксидных конденсаторов, не выпаивая их из ремонтируемого устройства.
Схема устройства показана на рис. 2 . На трансформаторе Т1 и транзисторах VT1, VT2 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой следования около 116 кГц. Обмотка II обеспечивает положительную обратную связь. Подстроечным резистором R2 можно изменять скважность импульсов, добиваясь их симметричности. Это важно, поскольку скважность влияет на потребляемый устройством ток. С обмотки III прямоугольные импульсы поступают в измерительную цепь, состоящую из щупов ХР1, ХР2, которые подключают к измеряемому конденсатору, и резистора R4, который выполняет функции датчика тока. На транзисторной сборке VT3 собран синхронный выпрямитель, управляющие импульсы на него поступают с коллекторов транзисторов VT1 и VT2, резисторы R5-R7 - токоограничивающие, конденсаторы СЗ, С4 сглаживают выпрямленное напряжение. Благодаря применению синхронного выпрямителя удалось получить высокую чувствительность и малые потери выпрямляемого напряжения, что, в свою очередь, позволило использовать в качестве источника питания один гальванический элемент. К выходу выпрямителя подключен стрелочный прибор РА1, переменный резистор R8 - калибровочный.
Рис.2 Схема ЭПС
При подключении щупов к проверяемому конденсатору напряжение на резисторе R4 зависит от ЭПС конденсатора - чем больше ЭПС, тем меньше напряжение и тем меньшее отклонение стрелки прибора РА1. Если проверяемый конденсатор был заряжен, ток разрядки ограничит резистор R4, а диоды VD1 и VD2 защитят транзисторную сборку VT3. Поскольку сопротивление рамки микроамперметра в несколько раз больше введенного сопротивления резистора R8, а намотана она медным проводом, при изменении температуры окружающей среды ток через нее даже при постоянном напряжении изменяется. Поэтому в устройство введен калибровочный резистор R8, с помощью которого при замкнутых щупах стрелку прибора устанавливают на "О" шкалы. Калибровка необходима также по мере разрядки батареи питания.
В качестве основы для конструкции измерителя применен стрелочный мультиметр SanwaYX-1000А. Использованы корпус и стрелочный прибор - микроамперметр, который имеет сопротивление рамки 876 Ом, ток максимального отклонения стрелки - 146 мкА, а напряжение на нем при максимальном токе - 130 мВ. Остальные детали смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 3
. Она изготовлена из односторонне фольгирован-ного стеклотекстолита.
Применены постоянные резисторы С2-23, подстроечный - СПЗ-3, переменный - СП4-1, конденсатор С2 - КТ-2 с ТКЕ не хуже М75, поскольку этот конденсатор влияет на стабильность генерируемой частоты, остальные - К10-17. Транзисторы KSA539 можно заменить на транзисторы серии КТ3107 с индексами Б, Г и Е, их желательно подобрать с близкими коэффициентами передачи тока h 21Э. Транзисторную сборку заменять отдельными транзисторами не рекомендуется, поскольку это потребует их тщательной подборки.
Трансформатор намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе проницаемостью 1000 с внешним диаметром 10, внутренним 6 и толщиной 5 мм. Перед намоткой края сглаживают наждачной бумагой или надфилем. Обмотки I
и II
наматывают одновременно тремя свитыми вместе обмоточными проводами ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Намотав 50 витков, два провода соединяют в соответствии со схемой - так образуется обмотка I
. Обмотку III
наматывают проводом ПЭВ-2 диаметром 0,3...0,4 мм и содержит она 5 витков. Фазировка этой обмотки может быть любой и повлияет только на полярность подключения микроамперметра РА1 (полярность на схеме показана условно). Все обмотки надо распределить на магнитопроводе равномерно.
В отверстие трансформатора плотно вставлен отрезок трубки из ПХВ, длиной немного больше толщины намотанного трансформатора. Из толстой (1 мм) мягкой пластмассы вырезаны две шайбы диаметром 10...12 мм, между которыми трансформатор с небольшим усилием крепят на плате с помощью винта МЗ, а гайку фиксируют термоклеем.
С платы мультиметра удалили все детали, после чего она была использована как трафарет для изготовления новой печатной платы. Резистор R8 и выключатель питания SA1 закреплены на боковых стенках корпуса с помощью термоклея (рис. 1
). Выключатель применен импортный малогабаритный движковый и установлен в прорезь в корпусе, предназначенную для движка подстроечного резистора установки нуля омметра. Для движка резистора R8 сделано отверстие. Переключатель пределов измерения мультиметра удален, а образовавшееся отверстие заклеено прямоугольной пластиной из тонкого стеклотекстолита. Провода для щупов применены от компьютерного блока питания, к их концам припаяны две длинные булавки с головками, а несколько миллиметров изоляции проводов закреплены на булавках нитками и пропитаны универсальным клеем. Как показала практика, такая конструкция щупов оказалась достаточно удобной.
Налаживание начинают с установки минимального потребляемого тока по цепи питания. Для этого последовательно с элементом питания включают амперметр (щупы ХР1 и ХР2 при этом должны быть разомкнуты) и подстроенным резистором R2 устанавливают минимальный потребляемый ток. Затем при замкнутых щупах переменным резистором R8 устанавливают стрелку прибора на "О" шкалы (крайнее правое положение). Подключая к щупам резисторы с известным сопротивлением (от единиц до десятков ом), проверяют соответствие показаний прибора и сопротивления резисторов. При необходимости подбирают резистор R4. Если показания прибора больше, устанавливают резистор с большим сопротивлением, и наоборот. В связи с тем что использована штатная шкала мультиметра, точность на различных ее участках будет разной, поэтому необходимо выбрать, какое из показаний должно быть наиболее точным. Исходя из этого, к щупам подключают резистор с таким сопротивлением и подборкой резистора R4 устанавливают стрелку прибора на отметку, соответствующую этому сопротивлению. По мнению автора, такое сопротивление может быть 5...6 Ом.
В процессе эксплуатации устройства проявился один эффект, связанный с конструкцией стрелочного прибора. На его защитном стекле скапливается заряд статического электричества, способный остановить стрелку в произвольном месте, сделав тем самым дальнейшую работу устройства практически невозможной. Для устранения этого эффекта была проведена доработка. Если шкала закреплена неровно и имеются выпуклости, ее снимают, распрямляют и плотно приклеивают на свое место минимальным количеством клея. Стрелку аккуратно подгибают так, чтобы она перемещалась на минимальном расстоянии от шкалы и, следовательно, на максимальном от защитного стекла. Полезно также установить ограничители хода стрелки, изготовленные из эмалированного медного провода толщиной 0,2...0,4 мм, которые закрепляют с двух сторон под винты крепления шкалы.При измерении ЭПС конденсаторов следует соблюдать определенную осторожность, поскольку существует вероятность поражения электрическим током заряженного конденсатора!
В настоящее время всё большее число бытовых и промышленных приборов оснащаются импульсными источниками питания, надёжная и долговечная работа которых напрямую связана с качеством применяемых электролитических конденсаторов, главным показателем которых является эквивалентное последовательное сопротивление. Предлагаемое устройство позволит с большой точностью определить значение ЭПС конденсатора, что поможет не только ускорить ремонт радиоаппаратуры, но и выбрать конденсаторы с подходящими параметрами для самодельных конструкций.
Измеритель представляет собой приставку к вольтметру. Измеряемое сопротивление в 0,001 Ом преобразуется на выходе устройства в напряжение 0,1 мВ. Ёмкость проверяемого конденсатора – от 10 мкф, при меньших значениях ёмкости ухудшается точность измерения. Максимальное измеряемое значение ЭПС – 10 Ом. Ниже изображена схема измерителя.
Процессом измерения управляет счётчик-дешифратор DD1. На таймере DA2 собран генератор, номиналы элементов которого R3, R4, C2 рассчитаны таким образом, чтобы на выходах «0»…«9» DD1 формировались импульсы (такты) длительностью около 10 мкс. Полный цикл измерения составляет 100 мкс и изображён на рисунке ниже. (На осциллограмме представлен процесс измерения ЭПС конденсатора ёмкостью в 22 мкф, для наглядности последовательно с ним соединён резистор 1 Ом. Развёртка 10 мкс, 10 мВ, осциллограф С1-73.)
Выводы «9», «0», «1», «2», «3» DD1 объединены через диоды VD3, VD7, VD4, VD8, VD6 по схеме логического «или» и управляют работой ключа VT2…VT4. Ключ необходим для разряда проверяемого конденсатора. На четвёртом такте транзистор VT4 закрывается, и проверяемый конденсатор начинает заряжаться от источника стабильного тока 10 мА, который формирует стабилизатор DA7. Точное значение тока принципиального значения не имеет – его отклонение в пределах +-0,5 от 10 мА будет скомпенсировано при регулировке устройства. В момент отключения ключа происходит скачкообразное увеличение напряжения на конденсаторе (на графике – «ЭПС»), величина которого определяется как Rэпс*Iзар. После скачка, напряжение на конденсаторе плавно растёт, и к концу пятого такта достигает значения Ucap=(Iзар*t)/C+ Rэпс*Iзар, где t- время заряда конденсатора (20 мкс), С – его ёмкость. На пятом такте ключ DA5.2 открывается высоким логическим уровнем, поступаемого с выв. 1 DD1, и напряжение на исследуемом конденсаторе, равное Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C, запоминается на конденсаторе С11. Следующие 3 такта, поступающие с выв. 5,6,9 DD1 через диоды VD10, VD5, VD9 на ключ VT1 отключают источник стабильного тока. В этот момент времени напряжение на проверяемом конденсаторе соответствует значению Ucap=(Iзар*t)/C. Седьмой такт DD1 открывает ключ DA5.1, сохраняя это значение на конденсаторе С10. На ОУ DA4, DA6 собран дифференциальный усилитель. Он вычитает напряжение, сохранённое на конденсаторе С10 из напряжения, сохранённого на конденсаторе С11, выделяя тем самым напряжение, падающее на ЭПС проверяемого конденсатора: (Rэпс*Iзар + (Iзар*t)/C) – (Iзар*t)/C = Rэпс*Iзар. Разность напряжений умножается дифференциальным усилителем на 10, и для значения зарядного тока 10 мА ЭПС проверяемого конденсатора будет определяться Rэпс = (Uэпс/0,01 А)*10, т.е. 0,1 мВ на выходе DA6 будет соответствовать сопротивлению в 0,001 Ом.
Отрицательное напряжение для питания ОУ DA4, DA6 формируют элементы DA1, DA3. Диоды VD11, VD12 ограничивают напряжение холостого хода на щупах, а также защищают измерительные цепи от предварительно заряженных конденсатор. Для компенсации конечного сопротивления проводов измерительных щупов применяется четырёхпроводная схема измерения.
На рисунках ниже приведены чертежи печатной платы («под утюг») и схемы расположения элементов на ней.
Регулировку устройства начинают с установки нулевого напряжения на выходе DA6 (выв.6) подстройкой сопротивления резистора R6 при закороченных измерительных щупах. Далее, к измерительным щупам устройства подключается эталонное сопротивление. Его значение может лежать в пределах от 10ти до 1го ома. Подстройкой резистором R9 необходимо добиться показаний, соответствующих эталонному сопротивлению. Например, вольтметр на пределе 200 мВ для сопротивления в 1 ом должен показывать значение 100,0 мВ. На этом настройка заканчивается. Фото собранного измерителя приведено ниже.
Применяемые ОУ DA4 AD823 и DA6 AD711 недёшевы – но такова плата за точность и стабильность измерений. Тем не менее, их можно заменить на более доступные TL072/082 и TL071/081 соответственно. Разумеется в ущерб точности измерения. Конденсаторы C1, C2, C10…C14 – плёночные
Напряжение при проверке исправных конденсаторах даже небольшой ёмкости и больших значений ЭПС существенно меньше падения напряжения на переходах полупроводников, что позволяет, в большинстве случаев проверять ёмкости не выпаивая их из плат.
Помимо измерения ЭПС конденсаторов устройство можно применять в качестве миллиомметра. В этом случае измеренное значение сопротивления в 0,001 также будет соответствовать напряжению на выходе 0,1 мВ.
P.S. Если добавить к измерителю ЭПС преобразователь напряжения и вольтметр, то в итоге получится автономное и компактное устройство, которое поможет, к примеру, выбрать электролитические конденсаторы непосредственно в магазине.
Эта возможность оказалась особенно актуальной при сравнении конденсаторов, выпаянных из материнских плат и источников питания ATX в сравнении с новыми, приобретёнными в магазине. ЭПС купленных конденсаторов (Jamicon, возможно подделка, но других в продаже не было) часто оказывался хуже проработавших на 10-20%…
Скачать печатную плату в формате Autocad