氧化物电容器的探头。方案、说明

氧化物电容器探头。无线电电子电气工程百科全书

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在修理现代家用电器时，最困难的缺陷学过程之一是确定电容器的健康状况。而且它们的“老化”速度比其他放射性元素快得多。本文致力于解决在维修过程中快速可靠地识别故障元件的问题。

现代设备中半导体器件的可靠性已大大提高，以至于氧化物电解电容器在缺陷数量方面已占据首位[1]。这是由于其中存在电解质。暴露在高温下、电容器中功率损耗的耗散、外壳密封中的减压会导致电解质干燥。理想电容器在交流电路中工作时仅具有无功（容性）电阻。对于下面考虑的情况，实际电容器可以表示为理想电容器和与其串联的电阻器。这个电阻就称为电容器的等效串联电阻（以下简称ESR，在英文文献中可以找到类似的术语，缩写为ESR——EquivalentSeriesResistance）。

在氧化物电容器出现缺陷的初期，电容器的ESR被高估。因此，功率损耗增加，从内部加热电容器。该功率与电容器的 ESR 及其充电电流的平方成正比。未来，该过程进展迅速，直至电容器完全丧失电容。

使用氧化物电容器的产品中的缺陷可能出现在该过程的不同阶段。这一切都取决于电容器的工作条件，包括其电气模式和器件本身的特性。诊断此类缺陷的困难在于，在大多数情况下，使用传统仪器进行的电容测量无法给出结果，因为电容在正常范围内或仅略微被低估。具有高频转换器的电源对氧化物电容器的质量要求特别高，其中此类电容器用作滤波器，以及频率高达 100 kHz 的功率元件的开关电路。

测量 ESR 的能力将使识别故障电容器（短路和泄漏除外）以及尚未显现的器件缺陷的早期诊断成为可能。为此，您可以在足够高的频率下测量其复电阻，此时电容远低于允许的 ESR。例如，在100kHz的频率下，10uF的电容的电容约为0,16欧姆，这已经是一个相当小的值了。

如果这种频率的信号通过电流设置电阻器施加到受控电容器，则后者两端的电压将与其复电阻的模数成正比。信号源可以是任何合适的发生器，对信号的形状没有特殊的作用，发生器的输出阻抗可以充当电阻器。示波器或交流毫伏表可用于测量电容器两端的电压。因此，当发生器输出信号电平为 0,6 V 时，电容器上的 600 欧姆电阻器的 ESR 等于 1 欧姆，测得的电压约为 1 mV，而 50 欧姆电阻器的电阻为 12 mV。

通过测量 ESR 来诊断氧化物电容器缺陷的实践表明，在绝大多数情况下，容量为 10 至 100 μF 的有缺陷电容器的电阻明显超过 1 欧姆。这个标准并不严格，取决于几个因素。人们普遍认为，好的电容器的 ESR 在 0,3 ... 6 欧姆范围内，具体取决于电容和工作电压 [2]。测量精度对于确定有缺陷的电容器并没有发挥特殊作用。高达 1,5 ... 2 倍的误差可以认为是完全可以接受的。这些数据用于开发下述设备。

此外，无需从设备上拆下电容器即可进行测量，这一点非常重要。为此，受控电容器必须不与电阻接近测量的 ESR 值的元件并联，这在大多数情况下都是这样做的。半导体器件不会影响测量结果，因为电容器上的测量电压为个位和几十毫伏。还希望将设备探头上的最大电压限制为 1...2 V，将通过探头的电流限制为 3...5 mA，以免禁用设备的其他元件。

至于设备的设计，显然应该是自供电且体积小。用于连接被测电容器的连接导体和夹子是不可取的。使用它们时，双手都很忙，您需要一个地方来放置设备本身，并且您必须不断地从测量点到设备的指示器。

带有尖头的小探头可以满足这些要求。

主要技术特点

受控电阻范围。欧姆.....1,5...10
指示.....分立LED五步
测量信号频率，kHz.....60...80
电源电压，V.....3
测量期间的电流消耗，mA ..... 10
近似电阻值（取决于点亮的LED数量从1到5），Ohm ..... 1,5； 2,7； 4,8； 7； 10
外壳尺寸（不含探头），mm.....70x33x15

此外，该探头还可用于评估电解电容器的电容 - 在作者的版本中，电容值为 15 至 90 微法。

探头示意图如图 1 所示。一。

（点击放大）

在数字微电路的元件DD1.1上，制作了矩形脉冲发生器(频率设定元件R2、C2)。其余元件的输出被组合起来以增加负载能力。电阻器 R3、R4 和元件的内部电阻设置流过被测电容器 Cx 的电流，从该电流，电平与受控电容器的 ESR 成比例的信号被馈送到晶体管 VT1 上的前置放大器的输入端。当器件的探头连接到未放电的电容器时，齐纳二极管 VD1 限制电压脉冲。不超过 25 ... 50 V 的残余电压不会对设备造成危险。

DA1芯片有一个五级LED电平指示器，这种芯片被用在一些录像机中。该微电路包括输入信号放大器、线性检测器、输出端带有电流稳定器的比较器。下一个比较器开启时的输入信号电平的比率对应于-10； -5; 0; 3； 6分贝。因此，整个显示范围覆盖 16 dB。为了点亮所有 LED，必须将电平约为 1 mV 的信号施加到 DA8 芯片的输入（引脚 170）。连接到引脚 7 的 RC 电路决定其检测器的时间常数。电阻器 R12 限制 LED 消耗的电流。选择其值的标准：一方面是 LED 所需的亮度，另一方面是电源消耗的电流。

元件 R6、C6 和 R11、C7 是相应节点电源电路中的滤波器。

通过实验确定了该芯片在高达 100 kHz 频率下使用的可能性。微电路电源电压的最低通行值为3,5 V，然而，检查多个副本表明其性能高达2,7 V，当电压进一步降低时，LED停止发光。

该装置根据如下原理指示EPS的受控值：电阻越低，点亮的LED数量越少。当开关SA1的触点闭合时，电容器C2也与电容器C1并联。在这种情况下，发生器频率将降低至约 1200 Hz，因此被测电容器端子处的信号电平将主要取决于其电容。电容越大，点亮的 LED 数量越少。

器件中使用片式电阻器和电容器，但也可以使用其他小尺寸。电容器C3-C5、C8、C10——进口陶瓷小尺寸。他们的能力并不重要。 VD2-VD6 LED 的功耗极低，在 0,5 ... 1 mA 的电流下它们就已经发出非常明亮的光。您可以使用符合指定要求的其他红色LED，例如KIPD-05A。

开关SA1 - 小型滑动式，SB1 - 按钮式，不固定在按下位置。晶体管VT1可用KT315、KT3102（任意字母索引）替代，电流传输系数大于100。探头由两个碱性元件LR44（357、G13）供电，尺寸为11,6x5,4 mm。

发生器的工作频率由电阻R3控制。它应该在 60 ... 80 kHz 范围内。如有必要，可通过选择元件 R2 或 C2 进行安装。晶体管VT1集电极电压应在1,0…1,7V范围内，通过选择电阻R8来设置。

在 ESR 测量模式下，通过将无感（无线）电阻器连接到探头并选择电阻器 R3 来校准探头。 SA1 开关触点闭合位置所需的电容控制范围通过选择电容器 C1、将具有已知电容的电容器连接到探头来设置。
由于设备足够简单并且不希望将设计与特定类型的外壳联系起来，因此未给出印刷电路板图。

探头外观如图所示。 2.

氧化物电容探头

探头由直径为 1 毫米的硬钢丝制成，末端稍弯曲且尖。探针之间的距离为 4 毫米，考虑到印刷电路板上接触垫的尺寸，可以检查引线之间距离为 2,5 至 7,5 毫米的电容器。与设备相对于电容器端子的位置方向相关的看似不便在使用几天后就消失了。

测量过程中，被测产品必须断电，且可能储存危险电压的电容器必须放电。探针必须压在电路板的接触垫上，测试电容器焊接到该接触垫上，并且必须按下电源按钮。由于瞬变，所有 LED 都会短暂闪烁，之后可以通过点亮的 LED 数量来估计电容器的状态。因此，探头测试一个电容器的开启时间不超过1秒。对于容量为 10 uF 或更高、工作电压高达 100 V 的优质电容器，所有 LED 都应该熄灭。容量较小、工作电压较高的电容器的ESR较高，因此可以点亮1-2个LED。

评估氧化物电容器适用性的标准取决于它们在设备单元中执行的功能、电气模式和操作条件。最关键的节点：高频转换电源中的关键晶体管控制电路、此类电源中的滤波器，包括电视和显示器的水平扫描变压器供电的电源电路中的滤波器、“积聚”的电源电路中的滤波器水平扫描晶体管等。工作频率和充电电流越高，所使用的电容就越好。

在上述电路中，应使用温度范围高达105°C的电容器，这些电容器在高温下具有明显更低的ESR和更高的可靠性。如果手头没有此类元件，最好用容量为 0,33-1 μF 的陶瓷电容器并联氧化物电容器。有时，此类电容器由设备制造商安装。它们会使 ESR 测量模式下的探头读数失真（电容器的电容在 1 kHz 频率下为 80 μF - 约 2 欧姆）。

有时，有缺陷的电容器在将其从电路板上焊接出来后，在拨号时可以被设备识别为可以使用。显然，这是由于拆解时高温的影响。将此类电容器重新安装到设备中是没有意义的——缺陷迟早会再次出现。这是支持在不拆卸电容器的情况下测试电容器的另一个论点。

该设备被设计为“主力”，几乎可以在任何条件下方便使用，没有多余的装饰，其目的不是为了测量，而是为了根据“好-坏”原则进行确定。因此，在有疑问和特别危急的情况下，有必要使用可用的方法额外检查电容器或用已知良好的电容器进行更换。

探头在电视维修店运行了 6 个月，显示了其计量参数和所选指示类型的最佳性。诊断性能急剧提高，特别是在工作时间超过 5-7 年的设备中，可以及早诊断与氧化物电容器状态逐渐恶化相关的缺陷。在此期间不必更换探头的电池。

通过增加流过被测电容器的电流，可以将探头 ESR 的控制值范围扩展到更低的电阻。为此，需要将DD1芯片替换为KR1554TLZ，通过减小电阻R3的阻值来增加发电机的输出电流。根据方案，仅使用发生器中微电路的一个元件就足够了，只需将其输出连接到左侧，即电阻器 R3 的输出。将未使用元件的输入（引脚 4、5、9、10、12、13）连接到公共电线。设备消耗的电流将会增加。这样，就可以将 EPS 控制的下限降低到 0,5 ... 1 欧姆。为了覆盖建议的 ESR 值范围，必须使用两个可切换电阻器而不是一个电阻器 R3 来引入限位开关。

您可以通过使用 SA1 三位开关并添加另一个类似于 C1 的电容器来添加另一个电容测量范围。推荐范围：7...40 和 40...220 uF（发电机频率 - 大约 2400 和 550 Hz）。

在电容测量模式下，设备的探头上会出现音频信号。它可用于测试声学换能器或检查 3H 放大器中的信号流。

文学

Omelyanenko A. 用于电解电容器的 ESR 计。 - 电子设备维修，2002 年，第 2 期，第 37 页XNUMX.
Chulkov V.一种用于检查电解电容器ESR的装置。 - 电子设备维修，2002 年，第 6 期，第 32 页。 XNUMX.

作者：R. Khafizov, Sarapul, Udmurtia

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