Як перевірити конденсатор мультиметром
Перш ніж говорити про перевірку конденсаторів, давайте торкнемося теорії питання: що це за компонент, які бувають і для чого використовуються?
Отже, конденсатор - це пасивний електронний компонент, який працює за принципом батарейки, яка здатна дуже швидко заряджатися і розряджатися, акумулюючи в собі, таким чином, деяка кількість енергії. Більш науково можна сформулювати наступним чином: конденсатор - це два провідника (обкладки), розділені ізолятором, службовець для накопичення заряду та енергії електричного поля.
Примітка: обкладки (провідники всередині корпусу) можуть бути виконані з різних матеріалів, мати різну форму і товщину. Те ж саме стосується і ізолятора між ними. Суті справи це не змінює.
Коротко розглянемо принцип роботи конденсатора. У звичайних умовах, будь-які речовини (в тому числі і провідники) електрично нейтральні. Що це означає? А те що в їх структурі приблизно рівну кількість електронів (негативно заряджених частинок) і протонів (позитивно заряджених). Оскільки нас, застосовно до даної теми, будуть цікавити, в першу чергу, провідники, то їх і розглянемо.
Отже, в провіднику є безліч хаотично переміщаються частинок, які "гуляють" між атомами речовини, подібно молекулам повітря в приміщенні. Якщо оточити цей шматок речовини електричним полем, то ці частинки відреагують на це, оттянувшись до його полюсів. Негативні (електрони) зберуться біля одного полюса, а позитивні (протони) - у іншого. Варто прибрати поле, і заряджені частинки знову розсіються по всьому об'єму речовини і рівномірно перемішуються.
Тепер уявімо собі таку ситуацію: перед зняттям поля ми це "речовина" разрежем (розділимо) на дві частини. Що вийде? У кожній з половин виявляться "замкнені" частинки з різним зарядом! У кожній з половинок один із зарядів буде домінуючим, тому її потенціал стане позитивним або негативним. А напругою буде називатися різниця між потенціалами обох половинок.
Тепер найцікавіше: якщо з'єднати провідником два наші ізольовані половинки, які мають напругу між собою, то по провіднику побіжить ток - заряджені частинки спрямовуються назустріч один одному, щоб рівномірно перемішатися. Ось приблизно так і виглядає принцип роботи конденсатора :)
Продовжимо! Залежно від стану електроліту всередині і матеріалу зовні (з якого вони зроблені), конденсатори можуть бути сухими (твердотільними), рідинними (електролітичними), оксидно-напівпровідниковими, оксидно-металевими. Залежно від діелектрика (ізолятора): паперовими, металлобумажными, плівковими, комбінованими бумажнопленочными, тонкошаровими з органічних синтетичних плівок.
Все це розмаїття реалізації призводить до того, що ми маємо досить велику різновид типорозмірів конденсаторів та їх видів.
Нас же, в першу чергу, будуть цікавити електролітичні конденсатори, оскільки саме їх нам, швидше за все, доведеться перевіряти за допомогою мультиметра.
Ємність конденсатора залежить від площі провідників і відстані між ними. Чим вони один до одного ближче розташовані, тим більша ємність. Вимірюється ємність в "фарадах". Але оскільки Фарада - це дуже багато, то всі вирішили вимірювати ємність конденсаторів в микрофарадах (mF). Щоб домогтися великої ємності (при відносно невеликому розмірі елемента), потрібно гарненько постаратися! В мініатюрний корпус потрібно помістити провідники з більшою загальною площею поверхні, і, для економії місця, розділити їх як можна більш тонким шаром ізолятора.
В якості обкладок (провідників) використовується тонка алюмінієва фольга. Дві стрічки фольги щільно складаються і згортаються в рулон. Тому вони не взаємодіють просто по всій своїй площі, але ще і по обидва боки. Фольга покривається з одного боку мікроскопічним шаром оксиду, який виступає в ролі ізолятора.
Між стрічками фольги знаходиться спеціальна (дуже тонка) папір, просочений електропровідний рідиною (електролітом). Рідина змочує фольгу, щільно прилягаючи до неї, тому незважаючи на наявність паперу, обкладки конденсатора виявляються розділені всього кількома молекулами оксиду. Ось за рахунок всіх цих хитрувань і виходить настільки велика ємність у такого відносно невеликого за розмірами вироби.
Схематично сказане нами вище можна відобразити наступним чином:
Примітка: загальну ємність конденсаторів можна збільшити шляхом їх паралельного включення (з'єднання) на друкованій платі. Цей хитрий хід об'єднує ємності усіх конденсаторів на ній розташовані. Також треба враховувати той факт, що ємність може змінюватися в залежності від стану діелектрика. Наприклад, якщо ізолятор відволожиться, то ємність елемента зменшиться.
Додам кілька ремарок з приводу схеми вище. Часто можна почути словосполучення «катодна фольга» і «анодна фольга». Катод - це негативно заряджений провідник, а анод - позитивно заряджений.
Пам'ятаєте, на початку статті ми говорили про те, що різноспрямовані за своїм заряду частинки притягуються до різних полюсів речовини? Ось це воно і є: катодна і анодна фольга (негативно і позитивно заряджені провідники). Також на схемі не показаний гумовий ущільнювач (він знаходиться відразу за висновками конденсатора). На фото нижче - кілька розібраних ємностей, на яких він виразно видно.
Отже, ми поговорили про те, що таке конденсатори, як вони працюють і влаштовані. Тепер розглянемо, які функції вони виконують?
Дві їх основні функції:
Розглянемо кожен з пунктів більш докладно. Оскільки, як ми пам'ятаємо, конденсатор може дуже швидко накопичити (зарядитися) і віддати заряд (розрядитися), то він може, таким чином, компенсувати короткочасну втрату напруги в сусідньому вузлі електричної схеми.
Наведемо приклад: можливо Ви були свідком ситуації, коли в приміщенні з великою кількістю комп'ютерів траплявся короткочасний стрибок напруги в електромережі. Світло, як кажуть у народі, "глипнув". Після цього, як правило, майже всі комп'ютери перезавантажуються, але деякі працюють, як ні в чому не бувало! Це походить, передусім, через якісних конденсаторів в їх блоках живлення. Звичайно, при повній відсутності струму в мережі хоча б протягом декількох секунд, всі комп'ютери вимикатися. Тут вже ніякі, навіть найкращі конденсатори не допоможуть і потрібен повноцінний джерело безперебійного живлення - UPS.
У процесі роботи в "нетрях" системного блоку нашого комп'ютера бувають і такі ситуації: однією з комплектуючих ПК при виконанні тієї або іншої задачі короткочасно потрібно більше енергії. Забирати її у блоку живлення "довго" (вона потрібна тут і зараз), так і проводу за яким йде струм мають свій коефіцієнт опору, що також не сприяє моментальної доставки імпульсу в потрібну точку. Тут на допомогу знову приходять конденсатори, розташовані поруч. Вони можуть розрядитися, забезпечивши необхідну потужність, і майже миттєво знову набрати заряд.
Друга функція: згладжування напруги в мережі. Розшифруємо цю справу. Якісний конденсатор - це відмінний пригнічувач високочастотних (ВЧ) та низькочастотних (НЧ) перешкоди, всякого роду пульсацій і стрибків напруги. До перешкод часто призводить, наприклад, паралельна робота в одній електричної мережі інших пристроїв: вентилятора, кондиціонера, обігрівача і т. д.
Часто, конденсатор використовують в якості фільтра (для згладжування пульсацій напруги). Тому часто можна почути словосполучення «згладжуючі конденсатори». Практично завжди в якості фільтрів конденсатори використовуються в блоках живлення персональних комп'ютерів. Як ми пам'ятаємо, змінний струм має частоту 50 Герц (напрямок руху електронів у цьому випадку за 1 секунду змінюється 100 разів). З точки зору вимоги до живлення комп'ютера - абсолютно неприйнятна ситуація!
Тому, перш ніж приступити безпосередньо до згладжування імпульсів, напруга потрібно "випрямити" (змінного перетворити в постійне). Як ми пам'ятаємо з попередніх матеріалів, саме таке "живе" всередині нашого системного блоку. Для перетворення напруги всередині блока живлення використовується схема випрямляча, що складається з силового трансформатора, випрямляча і фільтра на його виході. В ролі останнього і виступають конденсатори, які згладжують залишкові змінні складові.
Тепер, нарешті, ми впритул підходимо до основної теми нашої статті: перевірці конденсаторів за допомогою мультиметра. Повірте, там швидше показати все це у кількох коротких відеороликах (що ми і зробимо нижче), ніж писати багато тексту. Саме тому і вийшло таке героїчне вступ, інакше стаття б вийшла маленька-маленька :)
Отже, перерахуємо основні несправності конденсаторів. Їх можна виділити п'ять:
Все докладно розглядати не будемо, перерахуємо тільки зустрічаються найбільш часто. Я опишу і покажу, як роблю я, можливо, хтось перевіряє конденсатори по іншому?
Візьмемо в руку не два робочих елемента. Ну, як не робітників? Вони-то, саме що працюють, але все питання в тому-ЯК? На фото нижче, один з них явно не в порядку (правий), а ось лівий - нормальний (з вигляду), але має абсолютно ту ж проблему, що і його "сусід" - втрату ємності. Як наслідок - конденсатор не "тримає заряд.
Гарантований термін служби електролітичного конденсатора означає, що його штатна (номінальна) ємність протягом зазначеного строку не перевищить допустимого (розрахункового) відхилення. Як правило, таке відхилення складає не більше 20-ти відсотків.. Перевищення терміну служби елемента не говорить про те, що він припинить працювати в принципі. Він продовжить свою роботу, але значення його ємності вже вийде за межі, зазначені в технічній документації, а це, як ми розуміємо, не є добре і, з часом, може призвести до різних неприємних наслідків.
Зверніть увагу на фото нижче. На ньому показано цифрове табло мого мультиметра з допомогою якого я зазвичай перевіряю конденсатори. Як користуватися мультиметром ми розбирали в одній з наших попередніх статей, тому не будемо зайвий раз повторюватися.
Давайте зробимо так: спочатку я коротко опишу, що і як для підготовки вимірювань виставляти на мультиметре, а потім продублюю весь процес в невеликому відео. Думаю, так буде зрозуміло і максимально наочно? Перевірку почнемо з справного елемента (еталонного зразка), а потім повернемося до наших "піддослідним" з фото вище.
Я перевіряю конденсатори в режимі "дзвінків" на коротке замикання (позиція на диску мультитестера під номером «1»). При відсутності даного режиму можна перевести прилад в стан виміру опору: його значок на фото нижче для наочності обведений трикутником. Проводити вимірювання можна встановивши перемикач у значення 2 Килоома (2000 ОМ або 2к). На фото позначений під номером «2».
Мультитестер до роботи підготували. Що нам потрібно зробити далі? Чорний (мінусовий) щуп приладу прикласти до мінусового провіднику, а червоний (плюсовий) до позитивно зарядженого полюса. Як визначити полярність конденсатора ми писали ось тут, так що не будемо повторюватися. В принципі, якщо і переплутаєте нічого страшного не станеться :)
Приклавши щупи до висновків (ніжок) конденсатора ми, таким чином, почнемо його заряджати. На табло мультиметра у цей момент ми побачимо збільшуються цифри (значення опору елемента). Коли показники вийдуть за допустимий межа виміру самого мультиметра (в даному випадку, - два мегаома: 2M), ми побачимо в правій частині екрану приладу цифру «1».
Подібне "поведінка" мультиметра і буде означати, що перевірка конденсатора пройшла успішно і він справний. Потримайте на ньому щупи ще деякий час (10-15 секунд), давши йому остаточно зарядитися. Тепер можна перевести наш вимірювач в режим вимірювання постійного струму (достатньо буде межі в 20 Вольт) - на фото вище обведено квадратом, і "зніміть" показання заряду з висновків.
Примітка: на дешевих цифрових мультиметрах заряд може бути в межах трьох вольт (трохи більше або трохи менше). На нашому вимірювачі на роботі ми заряджаємо їх до семи вольт і вище. Якщо значення напруги знаходиться в межах одного вольта або менше, то це може говорити про те, що ємність не заряджається і підлягає заміні.
Щоб розрядити конденсатор (перед повторним тестом або установкою на плату) просто замкніть чимось металевим (можна прямо одним з щупів) між собою його "ніжки", як показано на фото нижче.
Тепер, як і домовлялися, розміщу кілька невеликих відео, де буде показаний весь, описаний нами вище, процес. Почнемо з робочого (еталонного) елемента:
Примітка: щодо правильного вимірювання потрібно проводити не торкаючись висновків пальцями (так ми вносимо в кінцевий результат похибка за рахунок опору власного тіла), але для прикладу - згодиться :)
Тепер перевіримо конденсатор, який не справний. Пам'ятайте, той зелений, із кришкою, що здулася?
Зверніть увагу, що ми перевіряємо його в режимі вимірювання опору зі значенням 2k (2000 ОМ) на шкалі. Бачите, як повільно (порівняно з попереднім) він заряджається? У якийсь момент цей процес просто зупиняється і навіть починає йти у зворотний бік (він розряджається). Це - яскравий ознака несправності!
Тепер перевіримо мультиметром конденсатор, який з вигляду нічим не відрізнявся від звичайного (ні зверху ні знизу немає характерних вздуть, вытеканий електроліту і т. д.) Також зверніть увагу на результат виміру напруги після його зарядки - всього 0.56 Вольта!
Ви можете запитати: чи існує якась профілактика конденсаторів, щоб запобігти їх передчасний вихід з ладу? Відповідь: існує! Термін служби електролітичного конденсатора можна досить відчутно продовжити, знизивши його робочу температуру. Закономірність приблизно наступна: час "життя" (справної роботи елемента буде збільшуватися вдвічі при зниженні його робочої температури на кожні 10 градусів Цельсія. Пам'ятайте, перегрів - паршива річ! Боріться з ним нещадно! :)
Примітка: правило, описане вище, діє тільки до 40-ка градусів. Подальше зниження температури не призводить до такого відчутного ефекту.
Після того, як всі перевірите, просто замініть конденсатор на новий (справний).
Також я хочу познайомити Вас з однією дуже корисним приладом, який ідеально підходить для роботи з конденсаторами в радіоелектронній апаратурі. Називається він «ESR-micro v4.0s».
Примітка: ESR - (Equivalent Series Resistance - Еквівалентний Послідовний Опір - ЕПС) - один із параметрів конденсатора, що характеризує його активні втрати в ланцюзі.
Досить часто буває так, що чисто візуально елементу немає ніяких претензій: він не здутий, виглядає нормально, але насправді - несправний (частково втратив ємність, має великий струм витоку і т. д.). Ось тут нам і знадобиться такий чудовий вимірювач ємності ESR-micro v4.0s. Що цікаво, прилад дозволяє проводити вимірювання без демонтажу (випоювання) ємності з друкованої плати!
Увага ! Перед перевіркою на ESR вимірювачі (встановлення елемента безпосередньо в прилад) обов'язково розрядіть його, замкнувши висновки. В іншому випадку є ймовірність того, що він, зберігши накопичений заряд, розрядиться на сам вимірювач! А це може вивести прилад із ладу. Особливо це стосується елементів великої ємності.
Треба сказати, що сам я користувався подібним пристроєм всього один раз (у попросив знайомого), але враження - найпозитивніші. Зріє думка придбати собі такий же! Коштує близько 50-ти доларів. Внизу - невелике відео, яке розповідає про ESR вимірювачі більш докладно.
Наостанок пару слів про такий несправності елемента, як пробій. В даному випадку перевірити конденсатор мультиметром дуже просто: в режимі "прозвонки" прикладаємо щупи до його висновків і якщо почуємо характерний писк - у смітник його! Один з провідників пошкоджений або порушений шар ізоляції між сусідніми обкладками. Елемент однозначно підлягає заміні!