Ток утечки конденсатора как измерить

Как проверить электролитический конденсатор и какие инструменты использовать?

Прародителями конденсаторов можно считать немецкого служителя католической церкви по имени Эвальд Юрген фон Клейст и голландского физика Питера ван Мушенбрука, которые независимо друг от друга изобрели прототип конденсатора, так называемую лейденскую банку.

С тех пор минуло более 250 лет, менялись конструкции, формы и размеры, а принцип действия и назначение остаётся прежним. Практически ни одна электрическая схема не обходится без этого пассивного электронного компонента — так называет конденсатор «Википедия» и учебники по электротехнике.

Простейшее емкостное устройство имеет электроды, которые именуются обкладками. Они разделены диэлектриком очень малой толщины (по отношению к размерам обкладок). На практике имеют место многослойные конденсаторы или чередующиеся ленты из изоляторов и электродов.

Классификация конденсаторов

Конденсаторы бывают следующих типов:

электролитические, например К50-35 или К50-2;
керамические однослойные (К10-7В);
керамические многослойные (К10-17);
танталовые;
плёночные конденсаторы.

Что такое конденсатор плёночный, функциональное назначение и область его применения — обо всём подробно описывают учебники по электротехнике, здесь будут даны краткие характеристики.

Плёночный конденсатор – элемент, диэлектриком в котором служит плёнка. Она может быть выполнена, например, из фторопласта.

Пленочные конденсаторы

Чем больше площадь обкладок конденсатора, тем значительней его емкость. Для увеличения площади были предложены пленочные устройства. За счёт большого количества слоёв достигается увеличение площади, следовательно, приумножается ёмкость.

К плёночным относятся конденсаторы типа К73-17. Исполнения на различные пределы напряжений дают возможность применять их в цепях постоянного тока,а так же в различных фильтрах и резонансных схемах. Ёмкостные истосники питания и выпрямительные схемы тоже содержат компоненты подобного типа. На рисунке показаны конденсаторы на напряжение 63 В.

Диэлектрик, который может быть использован для плёночного конденсатора: тефлон, поликарбонат, металлизированная бумага, майлар, полипропилен. Диапазон емкостей, измеряемых в фарадах, широк. Он колеблется от 5 пикофарад (это минимально возможная величина) до максимального размера в 100 микрофарад. Также при подборе характеристик учитывается номинальное напряжение, которое тоже имеет широкие пределы. Довольно часто в различных областях оправдано применение высоковольтных конденсаторов, величина напряжения которых достигает 2000 вольт.

Читайте также:

Что будет с маслами shell

Различные способы размещения слоев диэлектрика и обкладок пленочного конденсатора дают право классифицировать их на аксиальные и радиальные. Корпусы бывают как в металлические, так и пластмассовые. Форма — прямоугольная и цилиндрическая. Имеет место вариант без корпуса с покрытием из эпоксидного компаунда.

Ток — утечка — электролитический конденсатор

Ток утечки электролитических конденсаторов возрастает по мере увеличения температуры и может вызывать сильный разогрев конденсатора. [4]

Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [5]

Погрешность измерения тока утечки электролитических конденсаторов не превышает 1 5 % от номинала шкалы миллиамперметра. [6]

По мере повышения температуры ток утечки электролитических конденсаторов резко возрастает и может, в свою очередь, вызвать сильный разогрев конденсатора. [7]

Ток, протекающий через индикаторную лампу в этот момент, определяется током утечки электролитического конденсатора С14 ( 10 — 20 лиса), и поэтому лампа Л не светится. [9]

Специфические особенности электролитических конденсаторов, отличающие их от конденсаторов других типов, требуют особого подхода к измерению этих величин. Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. [10]

Замеры производят как между самими выводами, так и между каждым из выводов и корпусом конденсатора. Для проверки тока утечки электролитических конденсаторов составляют цепь из источника напряжения постоянного тока ( равного рабочему напряжению конденсатора), миллиамперметра, ограничительного сопротивления и испытуемого конденсатора. Отсчет производят после зарядки конденсатора, который должен быть включен с соблюдением полярности. Так, например, для алюминиевых сухих электролитических конденсаторов он должен находиться в пределах 0 025 — ь 0 05 ма / мкф, у ЭТО-1 не более 2 — 3 мка, а у ЭМИ не более 0 5 ч — 3 мка. [11]

Предназначен для измерения емкости и тангенса угла потерь бумажных и электролитических конденсаторов, а также для измерения тока утечки электролитических конденсаторов . [12]

Читайте также:

Подложка для чипов кто производит

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом вследствие частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияние колебания напряжения сети и режима ламп из-за непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора следует проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [13]

Чувствительность прибора с течением времени может измениться ( уменьшиться) главным образом за счет частичной потери эмиссии ламп. Кроме того, могут оказывать влияния колебания напряжения сети и режима ламп вследствие непостоянства величины сопротивлений анодных нагрузок и токов утечки электролитических конденсаторов . Поэтому периодически чувствительность прибора нужно проверять и, если нужно, соответствующим образом корректировать. При смене ламп чувствительность регулируется обязательно. [14]

Электролитические конденсаторы выпускаются на рабочее напряжение 8 — 500 в. Они имеют относительно большой тангенс угла диэлектрических потерь ( у лучших из них он составляет 0 05 — 0 1) — Ток утечки электролитических конденсаторов обычно не превышает 1 — 2 ма. [15]

Преимущества

Очень важное свойство плёночного конденсатора — это способность самовосстаналиваться, что даёт возможность защитить радиоэлемент от преждевременного отказа. Тем самым обеспечивается высокая его надёжность, если сравнивать с другими типами. Другое замечательное свойство — большая тепловая стабильность и хорошие электрохимические свойства Также они обладают низким последовательным сопротивлением и достаточной способностью к нагрузкам по переменному току, что уменьшает нагрев при работе. Все указанные преимущества позволяют широко применять данные типы в радиоэлектронике, вычислительной и электроизмерительной технике и во многих других отраслях, связанных с применением схемотехники. Недостатки: малая диэлектрическая проницаемость.

Проверка работоспособности конденсатора

Проще всего проверить исправность радиоэлемента при помощи мультиметра. В режиме проверки ёмкости, который имеется на современных цифровых приборах, можно достаточно быстро определить, пригоден ли радиоэлемент для дальнейшего использования. Используя стрелочный тестер, необходимо проследить отклонение стрелки. После небольшого скачка она возвращается в положение «0» или есть небольшое отклонение. Это говорит о неисправности (пробое). Такой компонент использовать нельзя из-за угрозы возникновения короткого замыкания в цепи. Если стрелка слегка отклоняется, но не достигает бесконечности, здесь присутствует так называемый ток утечки, а емкость маловата. При использовании такого элемента неэффективная работа приведёт к тому, что функции будут реализованы не на 100%. Применение такого конденсатора нецелесообразно.

Как проверить плёночный конденсатор, если он запаян на плате? Присоединив в цепь параллельно исправный, подобный испытуемому элемент, можно сделать вывод о необходимости замены и понять, работоспособен ли прежний компонент.

Как заменить вздутый конденсатор

Рассмотрим, что нужно делать, если вздулся конденсатор на материнской плате. Собственно, путей решения проблемы всего два: отнести ПК в сервисный центр или попытаться исправить неисправность самостоятельно.

Важно! Решать проблему придётся в любом случае. Даже если система работает стабильно, вздутие – это только начало. Очень скоро конденсатор может выйти из строя окончательно. И, если он задействован в цепи электропитания важного устройства (например, микропроцессора), то это может привести к выходу из строя последнего.

Если принято решение сделать замену самостоятельно, то для этой цели потребуются следующие инструменты:

паяльник малой мощности (до 30 Вт);
вакуумный отсос припоя;
кусачки;
припой (желательно не содержащий свинца);
любой паяльный флюс (в виде пасты, геля, спиртового раствора канифоли и т.д.);
вата и спирт для удаления остатков флюса.

Естественно, понадобятся и новые детали для замены.

Читайте также:

Бачок тормозной жидкости ваз 2105 где находится

Внимание! Номинал элементов по ёмкости должен полностью соответствовать тому значению, которое написано на заменяемых деталях! Допускается использовать элементы с большим напряжением, но ёмкость должна быть точно такой же.

Последовательность действий при этом следующая:

ножки элемента мажутся флюсом и поочередно прогреваются паяльником;
как только припой на материнке на обеих ножках расплавится, следует аккуратно вынуть деталь из неё;
отверстия следует прочистить при помощи отсоса припоя;
далее необходимо, соблюдая полярность, вставить в материнку новый элемент, и кусачками отрезать ножки, чтобы они выступали не более, чем на 1-2 мм;
покрыть ножки и посадочные площадки флюсом и осуществить запайку нового элемента;
вымыть пространство вокруг места пайки при помощи ваты и спирта.

Маркировка

Ёмкость конденсатора обычно указана на корпусе. Производитель вправе сам решать, что включить в маркировку. Чтобы разобраться, следует внимательно изучить технические условия или иную техническую документацию на плёночный конденсатор. В международной системе принято измерять её в фарадах (от имени знаменитого физика Майкла Фарадея). Но 1 фарада — это большая емкость. Чтобы облегчить задачу, принято использовать частицы: пико-, микро-, нано-, например, ёмкость конденсатор плёночного в 100 нф будет равна 10-7 Ф.

В случае, если маркировка пленочного конденсатора нечёткая вследствие потёртостей, можно узнать значение этой характеристики при помощи мультиметра с функцией замера емкости. Обычно мультиметр располагает пятью пределами. При тестировании щупы подключают к специальным штекерам для измерения емкости с обозначением Сх. Необходимо строго соблюдать полярность. Иногда вместо гнезд на панели имеются металлические пластины, к которым нужно подсоединить выводы конденсатора, не забывая про полярность.

Конденсаторы пленочные достаточно широко используются для работы в различных цепях постоянного и переменного тока, в бытовой аппаратуре и радиоэлектронике, в конструкциях на печатных платах. Множество модификаций и разнообразие габаритных размеров позволяет применять их практически без ограничений в любых конструкциях.

Ток — утечка — электролитический конденсатор

Ток утечки электролитических конденсаторов устанавливается примерно через 1 5 — 2 мин после включения их под напряжение. В момент включения он может быть значительно больше. [1]

Ток утечки электролитического конденсатора сильно зависит от времени с момента приложения напряжения до момента измерения ( рис. 280); обычно измерение тока утечки при проверке качества электролитических конденсаторов производят через 5 мин после включения под напряжение. Ток утечки также зависит от приложенного напряжения увеличиваясь с ростом напряжения сначала медленно, а затем быстро ( рис. 282); переход к напряжениям выше t / ф дает резкое возрастание тока. [3]

Читайте также:

Как открутить трехлучевой винт на крышке насоса

Как проверить конденсатор мультиметром

По сути ремонт любой радиоэлектронной аппаратуры сводится к поиску и замене неисправных деталей. И, возможно, вы удивитесь тому, насколько часто выходят из строя такие, казалось бы, простые компоненты как конденсаторы. В то время как нежные диоды, чувствительные транзисторы и сложные микросхемы остаются целыми и невредимыми.

Типичные неисправности конденсаторов:

КЗ между обкладками. Как правило, это следствие механического повреждения, перегрева или превышения рабочего напряжения (пробой). Самый простой случай, т.к. легко выявляется любым мультиметром в режиме прозвонки;
внутренний обрыв с полной потерей емкости (вот почему нельзя коротить отвертками). В случае с конденсаторами большой емкости этот дефект достаточно просто диагностируется. Выявление обрыва у мелких кондеров (менее 500 пФ) является довольно трудоемкой задачей и осуществляется только при помощи спец. приборов;
частичная потеря емкости. Для электролитических конденсаторов потеря емкости с годами практически неизбежна, однако это не всегда приводит к неисправности устройства (но может ухудшать его характеристики). Керамические, пленочные и прочие с твердым диэлектриком, как правило, более стабильны, но могут потерять емкость в результате механического повреждения;
слишком низкое сопротивление утечки (конденсатор “не держит” заряд). В основном это свойственно электролитическим конденсаторам. Хотя танталовые в этом плане очень хороши;
слишком большое эквивалентное последовательное сопротивление (ЕПС или ESR). Проблема по большей части касается “электролитов” и проявляется только при работе с высокочастотными или импульсными токами.

Существует масса способов как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность. Пойдем по-порядку.

Внешний осмотр

Иногда достаточно одного взгляда, чтобы определить неисправный конденсатор на плате. В таких случаях нет смысла проверять его какими-либо приборами.Конденсатор подлежит замене, если визуальный осмотр показал наличие:

даже незначительного вздутия, следов подтеков;
механических повреждений, вмятин;
трещин, сколов (актуально для керамики).

Измерение емкости конденсатора мультиметром и специальными приборами

Некоторые мультиметры имеют функцию измерения емкости. Взять хотя бы эти распространенные модели: M890D, AM-1083, DT9205A, UT139C и т.д.Также в продаже есть цифровые измерители емкости, например, XC6013L или A6013L.

С помощью любого из этих приборов можно не только узнать точную емкость конденсатора, но и убедиться в отсутствии короткого замыкания между обкладками или внутреннего обрыва одного из выводов.

Некоторые производители даже уверяют, что их мультиметры способны проверить емкость конденсатора не выпаивая его с платы. Что, конечно же, противоречит здравому смыслу.

К сожалению, проверка конденсатора мультиметром не поможет определить такие наиважнейшие параметры, как ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Их измерить только с помощью специализированных тестеров. Например, с помощью весьма недорогого LC-метра.

Проверка на короткое замыкание

Способ №1: определение КЗ в режиме прозвонки

Как прозванивать конденсаторы мультиметром? Нужно включить мультиметр в режим прозвонки или измерения сопротивления и приложить щупы к выводам конденсатора.

В зависимости от емкости мультиметр либо сразу же покажет бесконечное сопротивление, либо через какое-то время (от нескольких секунд до десятков секунд).

Если же прибор постоянно пищит в режиме прозвонки (или показывает очень низкое сопротивление в режиме измерения сопротивления), то конденсатор можно смело выкидывать.

Способ №2: определение КЗ конденсатора с помощью светодиода и батарейки

Если нет мультиметра (и даже старой советской “цешки” нету), то можно попробовать подключить светодиод или лампочку к батарейке через исследуемый конденсатор.

Т.к. исправный конденсатор имеет ооочень большое сопротивление постоянному току, лампочка гореть не должна. Хотя, если емкость конденсатора достаточно большая, лампочка может вспыхнуть на короткое время (пока конденсатор не зарядится).

Если же светодиод горит постоянно, конденсатор 100% неисправен.

Способ №3: проверка конденсатора лампочкой на 220В

Подходит для высоковольтных неполярных конденсаторов (например, пусковые конденсаторы из стиральных машин, насосов, различных станков и т.п.).

Все что нужно сделать — просто подключить лампу накаливания небольшой мощности (25-40 Вт) через конденсатор. Полярность конденсатора не имеет значения:

Способ позволяет одним выстрелом убить двух зайцев: обнаружить КЗ, если оно есть, и убедиться в том, что конденсатор имеет ненулевую емкость (не находится в обрыве).

При исправном конденсаторе лампочка будет гореть в полнакала. Чем меньше емкость — тем тусклее будет гореть лампочка.

Если лампа горит в полную мощность (точно также как и без конденсатора), значит конденсатор “пробит” и подлежит замене. Если лампочка совсем не светится — внутри конденсатора обрыв.

Способ №3 очень наглядно продемонстрирован в этом видео:

Проверка на отсутствие внутреннего обрыва

Обрыв — распространенный дефект конденсатора, при котором один из его электродов теряет электрическое соединение с обкладкой и фактически превращается в короткий, ни с чем не соединенный (висящий в воздухе), проводник.

Чаще всего обрыв происходит из-за превышения рабочего напряжения конденсатора. Этим грешат не только электролитические конденсаторы, но и специальные помехоподавляющие конденсаторы типа Y (они, кстати говоря, специально так спроектированы, чтобы уходить в отрыв, а не в КЗ).

Конденсатор с внутренним обрывом внешне ничем не отличается от исправного, кроме случаев, когда ножку физически оторвали от корпуса 🙂

Разумеется, в случае отрыва одного из выводов от обкладки конденсатора, емкость такого конденсатора становится равной нулю. Поэтому суть проверки на обрыв состоит в том, чтобы уловить хоть малейшие признаки наличия емкости у проверяемого конденсатора.

Как это сделать? Есть три способа.

Способ №1: исключение обрыва через звуковой сигнал в режиме прозвонки

Включить мультиметр в режим прозвонки, прикоснуться щупами к выводам конденсатора и в этот момент мультиметр должен издать непродолжительный писк. Иногда звук настолько короткий (зависит от емкости конденсатора), что больше похож на щелчок и нужно очень постараться, чтобы его услышать.

Небольшой лайфхак: чтобы увеличить продолжительность звукового сигнала при прозвонке совсем маленьких конденсаторов, нужно предварительно зарядить их отрицательным напряжением, приложив щупы мультиметра в обратном порядке. Тогда при последующей прозвонке мультиметру сначала придется перезарядить конденсатор от какого-то отрицательного напряжения до нуля, и только потом — от нуля до момента отключения пищалки. На все это уйдет значительно больше времени, а значит сигнал будет звучать дольше и его проще будет расслышать.

Вот какой-то чувак, сам того не подозревая, применяет этот лайфхак на видео:

Из своей практике могу сказать, что с помощью уловки, описанной выше, мне удавалось уловить реакцию мультиметра на конденсатор емкостью всего лишь 0.1 мкФ (или 100 нФ)!

Способ №2: увеличение сопротивления постоянному току как признак отсутствия обрыва

Если предыдущий способ не помог и вообще не понятно, как проверить конденсатор тестером, то вот вам более чувствительный метод проверки.

Необходимо переключить мультиметр в режим измерения сопротивления. Выбрать максимально доступный предел измерения (20 или лучше 200 МОм). Приложить щупы к выводам конденсатора и наблюдать за показаниями мультиметра.

По мере заряда конденсатора от внутреннего источника мультиметра, его сопротивление будет постоянно расти до тех пор, пока не выйдет за пределы диапазона измерения. Если такой эффект наблюдается, значит обрыва нет.

Кстати говоря, может так оказаться, что рост сопротивления остановится на значении от единиц до пары десятков МОм — для конденсаторов с жидким электролитом (кроме танталовых) это абсолютно нормально. Для остальных конденсаторов сопротивление утечки должно быть больше, как минимум, на порядок.

С помощью измерения сопротивления на пределе 200 МОм мне удавалось однозначно определить отсутствие обрыва в конденсаторах емкостью всего 0.001 мкФ (или 1000 пФ).

Вот видео для наглядности:

Способ №3: измерение остаточного напряжения для исключения внутреннего обрыва

Это самый чувствительный способ, позволяющий убедиться в отсутствии обрыва конденсатора даже тогда, когда все предыдущие способы не помогли.

Берется мультиметр в режиме прозвонки или в режиме измерения сопротивления (не важно в каком диапазоне) и на пару секунд прикладываем щупы к выводам испытуемого конденсатора. В этот момент конденсатор зарядится от мультиметра до какого-то небольшого напряжения (обычно 2.8 В).

Затем мы быстро переключаем мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на самом чувствительном диапазоне и, не мешкая слишком долго, снова прикладываем щупы к конденсатору, чтобы измерить на нем напряжение. Если у кондера есть хоть какая-нибудь вразумительная емкость, то мультиметр успеет показать напряжение, до которого был заряжен конденсатор.

Этим способом мне удавалось с помощью обычного цифрового мультиметра M890D отловить емкость вплоть до 470 пФ (0.00047 мкФ)! А это очень маленькая емкость.

Вообще говоря, это наиболее эффективный метод прозвонки конденсаторов. Таким способ можно проверять кондеры любой емкости — от малюсеньких до самых больших, а также любого типа — полярные, неполярные, электролитические, пленочные, керамические, оксидные, воздушные, металло-бумажные и т.д.

Правда, если конденсатор имеет совсем маленькую емкость, до 470 пФ, то, увы, проверить его на обрыв без специального прибора, вроде упомянутого ранее LC-метра, никак не получится.

Определение рабочего напряжения конденсатора

Строго говоря, если на конденсаторе нет маркировки и не известна схема, в которой он стоял, то узнать его рабочее напряжение неразрушающими методами НЕВОЗМОЖНО.

Однако, имея некоторый опыт, можно оооочень приблизительно прикинуть “на глазок” рабочее напряжение исходя из габаритов конденсатора. Естественно, чем больше размеры конденсатора и чем меньше при этом его емкость, тем на большее напряжение он расчитан.

Способ №1: определение рабочего напряжения через напряжения пробоя

Если имеется несколько одинаковых конденсаторов и одним из них не жалко пожертвовать, то можно определить напряжение пробоя, которое обычно раза в 2-3 выше рабочего напряжения.

Напряжение пробоя конденсатора измеряется следующим образом. Конденсатор подключается через токоограничительный резистор к регулируемому источнику напряжения, способного выдавать заведомо больше, чем напряжение пробоя. Напряжение на конденсаторе контроллируется вольтметром.

Затем напряжение плавно повышают до тех пор, пока не произойдет пробой (момент, когда напряжение на конденсаторе резко упадет до нуля).

За рабочее напряжение можно принять значение, в 2-3 раза меньше, чем напряжение пробоя. Но это такое. Вы можете иметь свое мнение на этот счет.

Энергии заряженного конденсатора бывает достаточно, чтобы устроить небольшой ядерный взрыв прямо на рабочем столе. Вот, можно посмотреть, как это бывает:

А некоторые типы керамических конденсаторов при электрическом пробое способны разлетаться на очень мелкие, но твердые осколки, без труда пробивающие кожу (не говоря уже о глазах).

Способ №2: нахождение рабочего напряжения конденсатора через ток утечки

Этот способ узнать рабочее напряжение конденсатора подходит для алюминиевых электролитических конденсаторов (полярных и неполярных). А таких конденсаторов большинство.

Суть заключается в том, чтобы отловить момент, при котором его ток утечки начинает нелинейно возрастать. Для этого собираем простейшую схему:

и делаем замеры тока утечки при различных значениях приложенного напряжения (начиная с 5 вольт и далее). Напряжение следует повышать постепенно, одинаковыми порциями, записывая показания вольтметра и микроампераметра в таблицу.

У меня получилась такая табличка (моя чуйка подсказала мне, что это довольно высоковольтный конденсатор, так что я сразу начал прибавлять по 10В):

10	1.1	1.1
20	2.2	1.1
30	3.3	1.1
40	4.5	1.2
50	5.8	1.3
60	7.2	1.4
70	8.9	1.7
80	11.0	2.1
90	13.4	2.4
100	16.0	2.6

Как только станет заметно, что одинаковый прирост напряжения каждый раз приводит к непропорционально бОльшему приросту тока утечки, эксперимент следует остановить, так как перед нами не стоит задача довести конденсатор до электрического пробоя.

Если из полученных значений построить график, то он будет иметь следующий вид:

Видно, что начиная с 50-60 вольт, график зависимости тока утечки от напряжения обретает явно выраженную нелинейность. А если принять во внимание стандартный ряд напряжений:

Стандартный ряд номинальных рабочих напряжений конденсаторов, В
6.3	10	16	20	25	32	40	50	63	80	100	125	160	200	250	315	350	400	450	500

то можно предположить, что для данного конденсатора рабочее напряжение составляет либо 50 либо 63 В.

Согласен, метод достаточно трудоемкий, но не сказать о нем было бы ошибкой.

Как измерить ток утечки конденсатора?

Чуть выше уже была описана методика измерения тока утечки. Хотелось бы только добавить, что I_ут измеряется либо при максимальном рабочем напряжении конденсатора либо при таком напряжении, при котором конденсатор планируется использовать.

Также можно вычислить ток утечки конденсатора косвенным методом — через падение напряжения на заранее известном сопротивлении:

При измерении тока утечки электролитических конденсаторов после подачи напряжения очень важно выждать какое-то время (минут 5-10) для того, чтобы все электрохимические процессы завершились. Особенно это актуально для конденсаторов, которые в течение длительного времени были выведены из эксплуатации.

Вот видео с наглядной демонстрацией описанного метода измерения тока утечки конденсатора:

Определение емкости неизвестного конденсатора

Способ №1: измерение емкости специальными приборами

Самый просто способ — измерить емкость с помощью прибора, имеющего функцию измерения емкостей. Это и так понятно, и об этом уже говорилсь в начале статьи и тут нечего больше добавить.Если с приборами совсем туган, можно попробовать собрать простенький самодельный тестер. В интернете можно найти неплохие схемы (посложнее, попроще, совсем простая).

Ну или раскошелиться, наконец, на универсальный тестер, который измеряет емкость до 100000 мкФ, ESR, сопротивление, индуктивность, позволяет проверять диоды и измерять параметры транзисторов. Сколько раз он меня выручал!

Способ №2: измерение емкости двух последовательно включенных конденсаторов

Иногда бывает так, что имеется мультиметр с измерялкой емкости, но его предела не хватает. Обычно верхний порог мультиметров — это 20 или 200 мкФ, а нам нужно измерить емкость, например, в 1200 мкФ. Как тогда быть?

На помощь приходит формула емкости двух последовательно соединенных конденсаторов:Суть в том, что результирующая емкость C_рез двух последовательных кондеров будет всегда меньше емкости самого маленького из этих конденсаторов. Другими словами, если взять конденсатор на 20 мкФ, то какой бы большой емкостью не обладал бы второй конденсатор, результирующая емкость все равно будет меньше, чем 20 мкФ.

Таким образом, если предел измерения нашего мультиметра 20 мкФ, то неизвестный конденсатор нужно последовательно с конденсатором не более 20 мкФ.Остается только измерить общую емкость цепочки из двух последовательно включенных конденсаторов. Емкость неизвестного конденсатора рассчитывается по формуле:Давайте для примера рассчитаем емкость большого конденсатора С_х с фотографии выше. Для проведения измерения последовательно с этим конденсатором включен конденсатор С₁ на 10.06 мкФ (он был предварительно измерен). Видно, что результирующая емкость составила C_рез = 9.97 мкФ.

Подставляем эти цифры в формулу и получаем:

Способ №3: измерение емкости через постоянную времени цепи

Как известно, постоянная времени RC-цепи зависит от величины сопротивления R и значения емкости C_х:Постоянная времени — это время, за которое напряжение на конденсаторе уменьшится в е раз (где е — это основание натурального логарифма, приблизительно равное 2,718).

Таким образом, если засечь за какое время разрядится конденсатор через известное сопротивление, рассчитать его емкость не составит труда.Для повышения точности измерения необходимо взять резистор с минимальным отклонением сопротивления. Думаю, 0.005% будет нормально =)Хотя можно взять обычный резистор с 5-10%-ой погрешностью и тупо измерить его реальное сопротивление мультиметром. Резистор желательно выбирать такой, чтобы время разряда конденсатора было более-менее вменяемым (секунд 10-30).

Вот какой-то чел очень хорошо все рассказал на видео:

Другие способы измерения емкости

Также можно очень приблизительно оценить емкость конденсатора через скорость роста его сопротивления постоянному току в режиме прозвонки. Об этом уже упоминалось, когда шла речь про проверку на обрыв.

Яркость свечения лампочки (см. метод поиска КЗ) также дает весьма приблизительную оценку емкости, но тем не менее такое способ имеет право на существование.

Существует также метод измерения емкости посредством измерения ее сопротивления переменному току. Примером реализации данного метода служит простейшая мостовая схема:Вращением ротора переменного конденсатора С2 добиваются баланса моста (балансировка определяется по минимальным показаниям вольтметра). Шкала заранее проградуирована в значениях емкости измеряемого конденсатора. Переключатель SA1 служит для переключения диапазона измерения. Замкнутое положение соответствует шкале 40. 85 пФ. Конденсаторы С3 и С4 можно заменить одинаковыми резисторами.

Недостаток схемы — необходим генератор переменного напряжения, плюс требуется предварительная калиброка.

Можно ли проверить конденсатор мультиметром не выпаивая его с платы?

Не существует однозначного ответа на вопрос как проверить конденсатор мультиметром не выпаивая: все зависит о схемы, в которой стоит конденсатор.

Все дело в том, что принципиальные схемы, как правило, состоят из множества элементов, которые могут быть соединены с исследуемым конденсатором самым замысловатым образом.

Например, несколько конденсаторов могут быть соединены параллельно и тогда прибор покажет их суммарную емкость. Если при этом один из конденсаторов будет в обрыве, то это будет очень сложно заметить.

Или, например, довольно часто параллельно электролитическому конденсатору устанавливают керамический. В этом случае нет ни малейшей возможности прозвонить конденсатор мультиметром на плате и определить внутренний обрыв.В колебательных контурах, вообще, параллельно кондеру может оказаться катушка индуктивности. Тогда прозвонка конденсатора покажет короткое замыкание, хотя на самом деле его нет.

Вот пример, когда все пять конденсаторов покажут ложное КЗ:

В схемах импульсных блоков питания очень часто встречаются контура, состоящие из вторичной обмотки трансформатора, диода и выпрямительного конденсатора. Так вот любая “прозвонка” конденсатора при пробитом диоде покажет КЗ. А на самом деле конденсатор может быть вполне исправен.Вообще-то, проверить электролитический конденсатор мультиметром не выпаивая можно, но это только для кондеров ощутимой емкости (>1 мкФ) и только проверить наличие емкости и отсутствие коротыша. Ни о каком измерении емкости и речи быть не может. К тому же, если прибор покажет КЗ, то выпаивать все-таки придется, так как коротить может что угодно на плате.

Мелкие кондеры проверяются только на отсутствие КЗ, обрыв и нулевую емкость таким образом не проверишь.

Вот очень правильный и понятный видос на эту тему:

Примеры выше (а также доходчивое видео) не оставляют никаких сомнений, что проверка конденсаторов не выпаивая из схемы — это фантастика.

Если какой-либо конденсатор вызывает сомнения, лучше сразу заменить его на заведомо исправный. Или хотя бы временно подпаять хороший конденсатор параллельно сомнительному, чтобы подтвердить или опровергнуть подозрения.

Лабораторная по физике №5 — оцениваем ток утечки электролитических конденсаторов

Началось всё, как это часто и происходит, с прихода знакомого радиолюбителя с вопросом «А правда ли что параметры электролитических конденсаторов меняются во времени?». После уточнения того, какие конкретно параметры подразумеваются, решили, что интересно изменение тока утечки конденсатора связанное со временем. Более же конкретно задача выражалась словами – «вот конденсатор и он, будучи поставленным в цепь катодного смещения первого каскада усилителя, добавляет в музыку шумы и потрескивание. Можно узнать, что в нём происходит? Или даже посмотреть?».

Наверное, можно, но сначала

Немного отправной информации

Смотрим справочную литературу. Например, в «Справочнике по электрическим конденсаторам» под редакцией Четверткова И.И. и Смирнова В.Ф. (рис.1) и у Дэммера Дж.В.А. с Норденбергом Г.М. в книге «Конденсаторы постоянной и переменной ёмкости» (рис.2) находим места, посвящённые току утечки.

В справочнике «Конденсаторы» Горячевой Г.А. и Добромыслова Е.Р. говорится ещё и о том, что в процессе тренировки следует менять полярность подаваемого напряжения (рис.3).

Глядя на даты выхода в свет указанных источников, можно предположить, что эти рекомендации относятся к старым конденсаторам, сделанным в прошлом веке, а сейчас технологии производства уже, наверное, другие и всё не так критично, чтобы обращать на это внимание. Но, заглянув в справочные данные на достаточно современные алюминиевые электролитические конденсаторы EPCOS (рис.4), находим и там информацию о токе утечки, времени хранения, формовке (формировании) конденсаторов (см. приложение к тексту).

Итак, некоторая информация есть. Теперь вопрос в том, как построить эксперимент.

Так как дело это небыстрое, то можно использовать программу SpectraPLUS и звуковую карту с открытыми входами – это позволит делать замеры уровня постоянного напряжения на протяжении 1 часа и сохранять данные. Сама проверочная схема состоит из 3-х резисторов и показана на рисунке 5. Значение резистора R3 выбрано избыточно большим с целью уменьшения протекающего тока и «растягивания по времени» происходящих процессов. Конденсаторы подключаются зажимами «крокодил» — во-первых, это ускоряет замену, а во-вторых, если нет пайки, то нет и нагрева исследуемого элемента и не надо ждать, пока он остынет.

До установки конденсатора в схему, на выходе источника питания выставляется напряжение формовки, равное указанному на корпусе конденсатора напряжению. Затем источник питания выключается, конденсатор зажимается «крокодилами» и источник включается. В этот момент через конденсатор начинают бежать два тока – зарядный и ток утечки и на резисторе R2 «падает» напряжение, соответствующее сумме этих токов. Оно подаётся в звуковую карту и отображается в окне «Time Series» («Осциллограф») программы SpectraPLUS в виде некоторого уровня напряжения, меняющегося во времени. Максимальный подаваемый в карту уровень определяется отношением сопротивлений делителя R3/R2 и выбранным напряжением источника питания — при установке 16 В это будет около 0,23 В. По прошествии часа источник питания выключается и данные сохраняются в виде скриншотов графиков.

Наверное, стоит уточнить, что основная задача эксперимента заключается не в отформовке конденсаторов, а в наблюдении самого процесса и в нахождении отличий его протекания при установке разных конденсаторов (если, конечно, эти отличия существуют).

Кроме принесённого конденсатора, дома нашлось ещё немало других, когда-то стоявших в старых блоках питания компьютеров и материнских платах (рис.6). Их тоже можно «померить» — все они более двух-трёх лет не были под напряжением и если рекомендации по обязательной формовки после длительного бездействия считать верной, то на примере нескольких выбранных экземпляров мы после подачи напряжения на конденсатор должны будем увидеть изменения в токе утечки.

Эксперименты

Повторюсь, что время снятия графиков около 1 часа – это шкала «X» (около 3600 секунд). Указанные на шкале «Y» значения напряжений на самом деле следует делить в 10 раз — т.е. отметке «1,500 В» соответствует входное напряжение 150 мВ (это следует учитывать, если требуется посчитать протекающий через R2 ток).

Сначала были получены графики токов через конденсаторы на номинальное напряжение 16 В. Они показаны на рисунке 7. Сверху вниз – 3300×16 зелёный TEAPO, 3300×16 коричневый Su`scon, 2200×16 чёрный Fuhjyyu, 2200×16 чёрный VENT, 2200×16 чёрный SC (или CS), 1500×16 коричневый Elite. Видно, что вид графиков нельзя строго привязать к емкостному значению проверяемых конденсаторов – многое зависит от тока и попадаются экземпляры как с малым током утечки, так и с большим.

На рисунке 8 – токи конденсаторов на напряжение 10 В – 3900×10 зелёный TEAPO, 3300×10 чёрный OST IQ, 3300×10 коричневый LXJ, 2200×10 коричневый Su`scon. Привязать вид графиков к ёмкости тоже никак нельзя. Всплески у TEAPO – это результат процессов, происходящих в конденсаторе.

Токи через конденсаторы на 6,3 В – на рисунке 9 (3300×6 синий OST, 2200×6 зелёный TEAPO, 2200×6 коричн Nichicon, 1500×6 зелёный SANYO, 1200×6 зелёный CHOYO, 1000×6 голубой TEAPO). Всплески у CHOYO – это тоже результат внутренних процессов и это как раз тот самый конденсатор, что был принесён знакомым радиолюбителем и, надо полагать, что именно эти процессы вызывают шумы и трески в усилителе.

Спустя некоторое время был проверен К50-35 4700х16 1994 года выпуска, пролежавший без дела более 20 лет. График оказался «неплохой» (рис.10), а дав постоять конденсатору под напряжением несколько часов, в результате получили график с достаточно малым током утечки (рис.11), что видно даже за первую минуту контроля.

Перед многочасовой формовки К50-35 на нём было проверено влияние температуры на ток утечки – конденсатор в течении 4 минут нагревался горячим воздухом из паяльного фена. На рисунке 12 это участок до вертикальной черты (с наведёнными помехами от нагревательного элемента, питающегося через симисторный регулятор). Затем, после прекращения обдува, ещё некоторое видно увеличение тока (связанное, скорее всего с внутренним прогревом конденсатора), а потом следует его уменьшение по мере охлаждения корпуса. Если усреднить шумы графика, то увеличение тока утечки можно оценить в 3-4 раза.

Также, следуя рекомендациям по формированию конденсаторов EPCOS, были сняты два измерения с бОльшим формовочным током (сопротивления резисторов R2 и R3 уменьшены до значений 15 Ом и 100 Ом соответственно). Графики (рис.13) получились разными по току и сходные с графиками, показанными выше, что говорит о принципиальной верности измерений, проведённых с малым током.

Про шумы

Во время снятия графиков напряжений одновременно проводился и анализ шумов этих напряжений. Так как применялась звуковая карта с большим собственным шумом и открытым входом, спектры получились не очень информативные (рис.14), но всё же показывающие понижение шумов на низких частотах по прошествии часовой формовки, даже если получить малый ток утечки не удавалось. Тёмные спектры сняты спустя 2 минуты после подачи напряжения, светлые спектры – в конце часа формовки.

Чтобы убедиться в том, что по уровню шумов можно оценивать «активность» тока утечки, у конденсатора К50-35 анализ спектра был проведён на менее шумящей карте (рис.15). Здесь тёмный спектр соответствует шуму конденсатора, прошедшего часовую формовку, а светлый – это шум после многочасового нахождения под напряжением.

Про ёмкость

Перед началом экспериментов ёмкости всех конденсаторов были измерены программой RLC-meter и все показания были близки к указанным на корпусах. После экспериментов замеры повторили и у большинства конденсаторов ёмкость имела примерно такое же значение, а у некоторых заметно подросла. Например, у К50-35 оказалась даже больше номинальной — 4740 мкФ (рис.16). Эквивалентное сопротивление, конечно, великовато, но учитывая, что конденсатору 25 лет, это можно считать нормальным, т.е. соответствующим возрасту, значением.

Подведение итогов

Итог простой — при более-менее ответственном подходе к конструированию радиоаппаратуры не следует пренебрегать формовкой (формированием/тренировкой) электролитических конденсаторов, как это и указано в технической литературе.

Также, наверное, следует внимательнее относится к аппаратуре, если она новая или долгое время простояла без работы. К примеру, если УНЧ полгода-год пролежал в кладовке или под столом, то следует дать ему постоять включенным некоторое время, прежде чем слушать. Возможно, что процесс формовки конденсаторов входит в то, что в аудиофильском мире называется словами «аппарат приигрывается».

Форумы сайта “Отечественная радиотехника ХХ века”

«Текут», к сожалению, не только электролиты. БМТ, МБМ и масса других бумажных с разными пропитками и без! Их надо не «формовать», а проваривать (удаление влаги).