Всех приветствую, как всем известно электролитические конденсаторы, будь то алюминиевые или танталовые, имеют немаловажный фактор как активное последовательное сопротивление, называемое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что обусловлено принципом их работы и их конструкцией. Электролитические конденсаторы обычного типа в зависимости от рабочего напряжения и емкости имеют ESR около 1 Ом, специальные, так называемые low ESR (с низким ESR), обычно имеют ESR около 0,1 Ом.
ESR как все понимают нестабильно, и увеличивается со временем, а также довольно сильно варьируется от экземпляров конденсаторов одного и того же производителя. Хотелось бы добавить, что сейчас можно приобрести скажем так прибор за небольшие деньги, но для тех, кто все же до сих пор практикуется можно изготовить самостоятельно прибор, приведенный в этой статье. Еще добавлю, что публикую схемные решения, которые лично рассматриваю, что имеют право на дальнейшее распространение как узлов, так и отдельных схемных решений. Принципиальная схема этого приборчика представлена на рисунке.
Когда электролитический конденсатор выходит из строя, его ESR увеличивается, хотя иногда по визуальному осмотру это невозможно обнаружить, остается только проверять величину ESR подозрительного конденсатора, только после такой проверки мы можем обнаружить его неисправность. Тестер, (будем его так называть) представленный в этой статье, позволяет примерно определить величину ESR электролитических конденсаторов (включенных в схему), что на мой взгляд является большим подспорьем в ремонтах не выпаивая конденсатор.
Тестер состоит из генератора сигналов прямоугольной формы на таймере IO1 и вольтметра выполненного на IO1,1A, IO1,2A и микроамперметра с током полного отклонения на 100 микроампер. Генератор имеет выходное сопротивление 1,5 Ом и обеспечивает тестовый сигнал частотой около 100 кГц с размахом около 6 мВ. К выходу генератора подключают вольтметр, чувствительность которого настроена так, чтобы стрелка измерителя имела полное отклонение (т. е. 100%). Испытуемый электролитический конденсатор Сх подключается параллельно выходу генератора.
Импеданс конденсатора Сх образуется последовательно соединенными активным сопротивлением ESRx и емкостным реактивным сопротивлением XCx. Полагая, что XCx пренебрежимо мало по сравнению с ESRx, выходное сопротивление генератора вместе с ESRx образует делитель напряжения, с помощью которого снижается напряжение сигнала, поступающего на вольтметр. Для зависимости отклонения вольтметра (обозначенного и выраженного в процентах от полного отклонения) от величины ESRx применяется соотношение:
где Rg = 1,5 Ом – выходное сопротивление генератора испытательных сигналов. Из формулы следует, что при ESRx «бесконечно» стрелка измерителя имеет отклонение 100%, при ESRx = 1,5 стрелка имеет отклонение 50% и при нулевом ESRx она имеет отклонение 0%.
Согласно соотношению, из формулы можно охарактеризовать шкалу счетчика в значениях ESRx. Эта шкала нелинейна – при нулевом отклонении она растягивается, а при полном отклонении сжимается. Нелинейность является преимуществом, поскольку вся левая половина шкалы измерителя может использоваться для считывания величины ESRx хороших конденсаторов Cx, имеющих ESRx менее 1,5 Ом.
Калибровка шкалы измерителя в значениях ESRx затруднительна, поэтому используется шкала отклонения и (в %) стрелка измерителя в значения ESRx (в Ом). Если емкостное реактивное сопротивление XCx испытуемого конденсатора Cx пренебрежимо мало по сравнению с ESRx, оно добавляется к ESRx и увеличивает показание ESRx, отображаемое измерителем. Реактивное сопротивление Xc конденсатора емкостью C на частоте f определяется соотношением:
Согласно формуле легко подсчитать, что на частоте f = 100 кГц первой гармоники тестового сигнала испытуемый конденсатор Сх ёмкостью Сх = 1 (10, 100 и 1000) мкф имеет реактивное сопротивление XCx = 1,6 (0,16, 0,016 и 0,0016) Ом. Понятно, что XCx можно пренебречь по отношению к ESRx для испытуемых конденсаторов Cx емкостью не менее 10 мкф и более. При меньших приходится мириться с относительно значительным отклонением из-за XCx.
В качестве генератора сигналов используется мультивибратор на таймере 555 (IO1). Частота сигнала 100 кГц определяется значениями цепочки R1, R2 и С1. Выходное сопротивление генератора 1,5 Ом образуется резистивным делителем с R3 и R31, подключенным к выходу IO1. R31 сопротивлением 1,5 Ом припаивается непосредственно к гнездам К31 и К32, к которым подключается проверяемый конденсатор, чтобы на выходное сопротивление генератора не влияло сопротивление проводов, соединяющих гнезда с генератором. Благодаря делителю R3 и R31 тестовый сигнал имеет размах всего около 6 мВ. И этот сигнал не способен открывать полупроводниковые PN-переходы, поэтому можно тестировать и конденсаторы, стоящие в схеме.
Вольтметр выполнен на операционных усилителях, чтобы иметь необходимую чувствительность и идеально линейную шкалу (на сколько это возможно). Используются два операционных усилителя NE5532 (IO11A и IO12B), которые имеют приемлемую верхнюю предельную частоту.
Поскольку операционные усилители питаются несимметрично от шины питания и должны обрабатывать переменное напряжение, их неинвертирующие входы подключаются к виртуальной земле, т.е. на них подается положительное смещение с делителя R16 и R17, с блокировочным конденсатором С14. Чтобы сигнал на выходе выпрямителя имели достаточный размах, смещение виртуальной земли имеет величину около трети напряжения питания.
Вход вольтметра подключается непосредственно к гнездам К31 и К32. С К31 измерительный сигнал через развязывающий конденсатор С11 идет на инвертирующий усилитель IO11А. Делитель обратной связи R11 и R12 имеет этот каскад, настроенный на коэффициент усиления напряжения около 45. Виртуальное смещение земли подается на неинвертирующий вход IO11A через фильтрующий элемент с R13 и C12 для предотвращения возбуждения усилителя. Ну а далее все стандартно.
Несколько слов по настройке, в большинстве случаях и заведомо исправных деталях тестер начинает работать сразу при подаче напряжения питания. Мультиметром можно проверить величину напряжения питания +9 В на операционных усилителях IO2, а осциллографом посмотреть форму сигнала на выходах 101, IO11A и IO12B.
Частоту сигнала с генератора можно посмотреть с помощью частотомера, или все того же осциллографа. Если она будет отличаться более чем на ±5% от 100 кГц, корректируем значения резистора R2 или конденсатора C1. Наконец, проверяем, что при замыкании разъема К31 и К32 микроамперметр имеет лишь незначительное отклонение стрелки выше нуля (менее 1% от полного отклонения). Ну вот на этом наверно все, может немного сумбурно, но думаю из схемы все понятно.