Sonde de condensateurs à oxyde. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure

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La fiabilité des dispositifs semi-conducteurs dans les équipements modernes a tellement augmenté que les condensateurs électrolytiques à oxyde ont pris la première place en termes de nombre de défauts [1]. Cela est dû à la présence d'un électrolyte en eux. L'exposition à des températures élevées, la dissipation des pertes de puissance dans le condensateur, la dépressurisation des joints du boîtier entraînent le dessèchement de l'électrolyte. Un condensateur idéal, lorsqu'il fonctionne dans un circuit à courant alternatif, n'a qu'une résistance réactive (capacitive). Le condensateur réel, pour le cas considéré ci-dessous, peut être représenté comme un condensateur idéal et une résistance connectée en série avec lui. Cette résistance est appelée résistance série équivalente du condensateur (ci-après dénommée ESR, dans la littérature anglaise on peut trouver un terme similaire avec l'abréviation ESR - Equivalent Series Resistance).

Au stade initial de l'apparition de défauts dans les condensateurs à oxyde, l'ESR du condensateur est surestimé. De ce fait, la perte de puissance augmente, chauffant le condensateur de l'intérieur. Cette puissance est directement proportionnelle à l'ESR du condensateur et au carré de son courant de recharge. À l'avenir, le processus progresse rapidement, jusqu'à une perte totale de capacité du condensateur.

L'apparition de défauts dans les produits utilisant des condensateurs à oxyde peut se situer à différentes étapes de ce processus. Tout dépend des conditions de fonctionnement du condensateur, notamment de ses modes électriques et des caractéristiques de l'appareil lui-même. La difficulté de diagnostiquer de tels défauts réside dans le fait que les mesures de capacité avec des instruments conventionnels ne donnent dans la plupart des cas pas de résultats, car la capacité se situe dans la plage normale ou n'est que légèrement sous-estimée. Les alimentations avec convertisseurs haute fréquence, où ces condensateurs sont utilisés comme filtres, et dans les circuits de commutation d'éléments de puissance à des fréquences allant jusqu'à 100 kHz, sont particulièrement exigeantes en matière de qualité des condensateurs à oxyde.

La capacité de mesurer l'ESR permettrait à la fois d'identifier les condensateurs défaillants (à l'exception des courts-circuits et des fuites) et de diagnostiquer précocement les défauts des appareils qui ne se sont pas encore manifestés. Pour ce faire, vous pouvez mesurer la résistance complexe du condensateur à une fréquence suffisamment élevée, à laquelle la capacité est nettement inférieure à l'ESR admissible. Par exemple, à une fréquence de 100 kHz, un condensateur de 10 µF a une capacité d'environ 0,16 ohms, ce qui est déjà une valeur assez faible.

Si un signal d'une telle fréquence est appliqué via une résistance de réglage du courant à un condensateur contrôlé, la tension aux bornes de ce dernier sera proportionnelle au module de sa résistance complexe. La source de signal peut être n'importe quel générateur approprié, et la forme du signal ne joue pas de rôle particulier, et l'impédance de sortie du générateur peut servir de résistance. Un oscilloscope ou un millivoltmètre CA peut être utilisé pour mesurer la tension aux bornes d'un condensateur. Ainsi, avec un niveau de signal de sortie du générateur de 0,6 V, une résistance de 600 Ohm sur un condensateur avec un ESR égal à 1 Ohm, la tension mesurée sera d'environ 1 mV, et avec une résistance de 50 Ohm - 12 mV.

La pratique consistant à diagnostiquer les défauts des condensateurs électrolytiques à oxyde en mesurant l'ESR a montré que dans la grande majorité des cas, dans les condensateurs défectueux d'une capacité de 10 à 100 μF, elle dépasse largement 1 Ohm. Ce critère n'est pas strict et dépend de plusieurs facteurs. Il est généralement admis que les bons condensateurs d'une capacité de 10 à 100 μF ont un ESR compris entre 0,3 et 6 Ohm, en fonction de la capacité et de la tension de fonctionnement [2]. La précision des mesures pour déterminer les condensateurs défectueux ne joue pas un rôle particulier. Une erreur allant jusqu'à 1,5 ... 2 fois peut être considérée comme tout à fait acceptable. Ces données ont été utilisées dans le développement du dispositif décrit ci-dessous.

De plus, il est très important de pouvoir mesurer sans retirer les condensateurs de l'appareil. Pour ce faire, il faut que le condensateur commandé ne soit pas shunté par des éléments ayant une résistance proche des valeurs ESR mesurées, ce qui est fait dans la plupart des cas. Les dispositifs à semi-conducteurs n'affectent pas les résultats de mesure, car la tension de mesure sur le condensateur est des unités et des dizaines de millivolts. Il est également souhaitable de limiter la tension maximale sur les sondes de l'appareil à 1...2 V et le courant qui les traverse à 5...10 mA, afin de ne pas désactiver d'autres éléments de l'appareil.

Quant à la conception de l’appareil, il doit évidemment être auto-alimenté et de petite taille. Les conducteurs de connexion et les pinces pour la connexion aux condensateurs testés ne sont pas souhaitables. Lorsque vous travaillez avec eux, les deux mains sont occupées, vous avez besoin d'un endroit pour placer l'appareil lui-même et vous devez constamment regarder des points de mesure à l'indicateur de l'appareil.

Ces exigences sont satisfaites par une petite sonde avec des sondes pointues.

Principales caractéristiques techniques

De plus, la sonde peut être utilisée pour évaluer la capacité des condensateurs électrolytiques - dans la version de l'auteur, d'environ 15 à 300 microfarads (2 gammes).

Le schéma de principe de la sonde est illustré à la fig. une.

(cliquez pour agrandir)

Sur l'élément DD1.1, un générateur d'impulsions rectangulaires (éléments de fréquence R2, C2) est réalisé. La résistance R3 fixe le courant traversant le condensateur testé Cx, à partir duquel un signal avec un niveau proportionnel à l'ESR du condensateur contrôlé est envoyé à l'entrée du préamplificateur sur le transistor VT1. La diode Zener VD1 limite les impulsions de tension lorsque les sondes de l'appareil sont connectées à des condensateurs non déchargés. Les tensions résiduelles ne dépassant pas 25 ... 50 V ne sont pas dangereuses pour l'appareil.

La puce DA1 dispose d'un indicateur de niveau LED à cinq niveaux, une telle puce est utilisée dans certains lecteurs vidéo. Le microcircuit comprend : un amplificateur de signal d'entrée, un détecteur linéaire, des comparateurs avec stabilisateurs de courant en sorties. Les rapports des niveaux de signal d'entrée auxquels le prochain comparateur s'allume correspondent à -10 ; -5 ; 0 ; 3 ; 6 dB. Ainsi, toute la plage d'affichage couvre 16 dB. Pour allumer toutes les LED, un signal d'un niveau d'environ 1 mV doit être appliqué à l'entrée de la puce DA8 (broche 170). Le circuit RC connecté à la broche 7 détermine la constante de temps de son détecteur. La résistance R10 limite le courant consommé par les LED. Critères de choix de sa valeur : la luminosité requise des LED d'une part et le courant consommé par la source d'alimentation d'autre part.

La possibilité d'utiliser la puce à des fréquences allant jusqu'à 100 kHz a été déterminée expérimentalement. La valeur minimale du passeport de la tension d'alimentation du microcircuit est de 3,5 V, cependant, la vérification de plusieurs exemplaires a montré leurs performances jusqu'à une tension de 2,7 V, avec une nouvelle diminution de celle-ci, les LED cessent de briller. Cette propriété est utilisée pour surveiller l'état des piles de la sonde.

L'appareil indique la valeur contrôlée de l'EPS selon le principe : plus la résistance est faible, plus le nombre de LED allumées est faible.

Lorsque les contacts de l'interrupteur SA1 sont fermés, le condensateur C2 est également connecté en parallèle avec le condensateur C1. Dans ce cas, la fréquence du générateur sera réduite à environ 1800 Hz, le niveau du signal aux bornes du condensateur testé dépendra donc principalement de sa capacité. Plus la capacité est élevée, plus le nombre de LED allumées est faible. Il convient de noter que dans ce mode, l'ESR du condensateur affecte également les lectures de la sonde, de sorte que la plage de contrôle de capacité diffère de celle calculée.

La sonde utilise des résistances à puce et des condensateurs, mais d'autres petites tailles peuvent être utilisées. Condensateurs C3 - C6, C8 - céramique de petite taille importée. Leur capacité n'est pas critique. Les LED VD2 - VD6 - micro-consommatrices, brillent assez fort même à un courant de 0,5 ... 1 mA. Vous pouvez utiliser d'autres LED rouges qui répondent aux exigences spécifiées, par exemple KIPD-05A.

Interrupteur SA1 - coulissant de petite taille, SB1 et SB2 - bouton-poussoir à membrane, sans fixation en position enfoncée. Le transistor VT1 peut être remplacé par KT315, KT3102 (avec n'importe quelle lettre d'index) avec un coefficient de transfert de courant supérieur à 100. La sonde est alimentée par deux éléments alcalins LR44 (357, G13) d'une taille de 11,6x5,4 mm.

La fréquence de fonctionnement du générateur est contrôlée à la sortie de DD1.2. Il doit être compris entre 60 et 80 kHz. Si nécessaire, il est installé en sélectionnant les éléments R2 ou C2. Ne pas éliminer ou réduire la résistance de la résistance R1. Sinon, lors de la manipulation de la sonde, il est possible d'enclencher l'élément DD1.1 avec un niveau de sortie non défini. La tension au collecteur du transistor VT1 doit être comprise entre 1 et 2 V, elle est réglée en sélectionnant la résistance R5.

Le générateur de sonde (mis en évidence sur la figure 1 par un cadre en pointillés) peut être réalisé selon le schéma présenté sur la figure 2. 1211. Le microcircuit KR1EU1554 utilisé dans ce générateur est plus petit que le KR3TLXNUMX.

La sonde est calibrée en connectant des résistances non inductives (sans fil) aux sondes en mode de mesure ESR dans la plage "1,2 - 7,5 Ohm" (le bouton SB1 est enfoncé) et en sélectionnant la résistance R3. Les lectures dans la plage "0,3 - 1,8 ohms" sont corrigées en sélectionnant la résistance R7 tout en appuyant sur le bouton SB1. La plage de contrôle de capacité requise en position fermée des contacts de l'interrupteur SA1 est définie en sélectionnant le condensateur C1, en connectant des condensateurs de capacité connue aux sondes.
Le dessin du circuit imprimé n'est pas donné en raison de la simplicité suffisante du dispositif et du fait qu'il n'est pas souhaitable de lier la conception à un type de boîtier spécifique. Les sondes sont constituées de fil rigide d'acier ou de laiton d'un diamètre de 1 mm, les extrémités sont légèrement recourbées et pointues. La distance entre les sondes est de 4 mm, ce qui permet, compte tenu des dimensions des plages de contact du circuit imprimé, de vérifier des condensateurs avec une distance entre les fils de 2,5 à 7,5 mm. L'inconvénient apparent lié à l'orientation de la position de l'appareil par rapport aux bornes des condensateurs disparaît au bout de quelques jours d'utilisation.

La photo montre l'apparence de la version de l'auteur de la sonde. Le corps de l'interrupteur filaire déporté du typhlomagnetophone "Legend P-405T" a été utilisé comme boîtier.

Pendant les mesures, le produit testé doit être mis hors tension, les condensateurs sur lesquels des tensions dangereuses peuvent être stockées doivent être déchargés. Les sondes des sondes doivent être appuyées contre les plages de contact de la carte, sur lesquelles le condensateur testé est soudé, et le bouton d'alimentation doit être enfoncé. En raison des transitoires, toutes les LED clignotent pendant une courte période, après quoi, par le nombre de LED allumées, il est possible d'évaluer l'état du condensateur. Ainsi, le temps d'allumage de la sonde pour tester un condensateur ne dépasse pas 1 s. Environ, pour les bons condensateurs d'une capacité de 22 uF et plus pour des tensions de fonctionnement jusqu'à 100 V dans la 2ème plage, toutes les LED doivent s'éteindre. Les condensateurs de plus petite capacité et pour une tension de fonctionnement plus élevée ont un ESR plus élevé, donc 1 à 3 LED peuvent s'allumer.

Le bouton power 1ère gamme est situé à côté du bouton power. Lorsque seul le bouton d'alimentation est enfoncé, l'EPS est contrôlé dans la plage de 1,2 à 7,5 Ohms (dans la plupart des cas, cela suffit), lorsque les deux boutons sont enfoncés, dans la plage de 0,3 à 1,8 Ohms (condensateurs dans les nœuds critiques et relativement grande capacité). L'expérience a montré que cela est beaucoup plus pratique que l'utilisation d'un fin de course fixe.

Les critères d'évaluation de l'adéquation des condensateurs à oxyde dépendent des fonctions qu'ils remplissent dans les unités de l'appareil, des modes électriques et des conditions de fonctionnement. Les nœuds les plus critiques : le circuit de commande des transistors clés dans les alimentations avec conversion haute fréquence, les filtres dans ces sources, y compris ceux alimentés par un transformateur à balayage horizontal des téléviseurs et des moniteurs, un filtre dans le circuit d'alimentation à balayage horizontal transistor, etc. Plus la fréquence de fonctionnement et les courants de recharge sont élevés, meilleurs sont les condensateurs utilisés.

Dans les circuits ci-dessus, il convient d'utiliser des condensateurs avec une plage de température allant jusqu'à 105°C, qui ont un ESR nettement inférieur et une fiabilité plus élevée à des températures élevées. En l'absence de tels éléments à portée de main, il est souhaitable de shunter les condensateurs à oxyde avec des condensateurs céramiques d'une capacité de 0,33 à 1 μF. Parfois, ces condensateurs sont installés par le fabricant de l'appareil. Ils peuvent fausser les lectures de la sonde en mode de mesure ESR (la capacité du condensateur est de 1 F à une fréquence de 80 kHz - environ 2 ohms).

Il arrive que des condensateurs défectueux, après les avoir soudés hors de la carte, puissent être identifiés comme réparables par l'appareil lors de la numérotation. Apparemment, cela est dû à l’effet de la température élevée lors du démontage. Il ne sert à rien de réinstaller de tels condensateurs dans l'appareil - le défaut réapparaîtra tôt ou tard. C'est un argument supplémentaire en faveur du test des condensateurs sans les démonter.

L'appareil a été créé comme un "bête de somme", qui est pratique à utiliser dans presque toutes les conditions, sans fioritures et n'est pas tant destiné aux mesures qu'à la détermination selon le principe d'ajustement - inapte. Par conséquent, dans les cas douteux et particulièrement critiques, il est nécessaire de vérifier en outre les condensateurs à l'aide des méthodes disponibles ou de les remplacer par des condensateurs en bon état.

Le fonctionnement de 2 variantes de la sonde dans un atelier de réparation de téléviseurs pendant 2 ans a montré l'optimalité de leurs paramètres métrologiques et du type d'indication retenu. Les performances en matière de diagnostic ont fortement augmenté, notamment dans les appareils qui ont fonctionné pendant plus de 5 à 7 ans, il est devenu possible de diagnostiquer précocement les défauts associés à une détérioration progressive de l'état des condensateurs à oxyde. La durée de vie de la batterie de la sonde est suffisante pour 6 à 10 mois d'utilisation assez intensive.

En mode contrôle de capacité, un signal audiofréquence est présent sur les sondes de l'appareil. Il peut être utilisé pour tester les émetteurs acoustiques ou pour vérifier le flux du signal dans les amplificateurs AF.

littérature

1. Omelyanenko A. Compteur ESR pour condensateurs électrolytiques. - Réparation d'équipements électroniques, 2002, n°2, p.37.
2. Chulkov V. Un dispositif pour vérifier l'ESR des condensateurs électrolytiques. - Réparation d'équipements électroniques, 2002, n°6, p.32.
3. flippers.com/esrktmtr.html
4. radioland.mrezha.ru/dopolnenia/capasit_02/capasit_02.htm
5. Khafizov R. Sonde de condensateurs à oxyde. - Radio, 2003, n°10, p. 21.

Auteur : R. Khafizov, elec@udm.net ; Publication : cxem.net

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