Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух обкладок, сделанных из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Эта величина очень большая, поэтому на практике используются микрофарады или пикофарады.
Конденсаторы обычно бывают электролитическими или пленочными. В последних параметры мало меняются с течением времени. У электролитических ситуация другая. Жидкий состав, находящийся внутри, постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по его исправности. Для проверки его нужно выпаивать.
Другая ситуация, когда важно проверить емкость, — это нарушение его работы от различных причин случайного характера — скачков напряжения или работы в условиях повышенной температуры. Неисправный элемент может послужить причиной неисправной работы всего устройства.
Чтобы изучить ситуацию, необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этой цели применяют тестеры конденсаторов.
Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время проверки может определяться емкость или ESR, параметр, который представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление.
Высокоточное измерение
В некоторых мультиметрах имеется возможность непосредственной проверки емкости.
Вам это будет интересно Работа с тестером электрическим
Какое освещение Вы предпочитаете
ВстроенноеЛюстра
Аналоговое устройство
ESR-метр
Затем прибор включают и через несколько секунд на экране появляются величины емкости и параметра ESR.
Измеритель емкости
Мультиметр
Для определения исправности конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель нужно установить на 2 МОм или 200 Ком. Нужно подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.
При использовании аналогового прибора у исправной детали можно будет увидеть постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения говорит об обрыве, а максимального — свидетельствует о пробое.
Если значение емкости равно или близко к номинальному, то элемент исправен и может быть использован. В противном случае он неработоспособен. Считается, что совпадение с разницей не более 20% говорит о радиотехнической пригодности детали.
Реальные параметры конденсатора
Думаю, все вы в курсе, что в нашем бесшабашном мире нет ничего идеального. То же самое касается и электроники. Радиоэлементы, каскады, радиоузлы также частенько дают сбои. Можно даже вспомнить недавнюю историю с космическим кораблем «Прогресс». Сбой какого-то узла повлек гибель целого гиганта космической отрасли. Даже простой, на первый взгляд, радиоэлемент конденсатор, имеет в своем составе не только емкость, но и другие паразитные параметры. Давайте рассмотрим схему, из чего все-таки состоит наш реальный конденсатор?
где
r — это сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора
С — собственно сама емкость конденсатора
ESR — эквивалентное последовательное сопротивление
ESI (чаще его называют ESL) — эквивалентная последовательная индуктивность
Вот на самом деле из чего состоит простой безобидный конденсатор, особенно электролитический. Рассмотрим эти параметры более подробно:
r — сопротивление диэлектрика. Диэлектриком может быть электролит в электролитических конденсаторах, бумага или еще какая-нибудь дрянь). Также между выводами конденсатора находится его корпус. Он тоже обладает каким-то сопротивлением и тоже сделан из диэлектрика и относится сюда же.
С — емкость конденсатора, которая написана на самом конденсаторе плюс-минус некоторые отклонения, связанные с погрешностью.
ESI(ESL) — последовательная индуктивность — это собственная индуктивность обкладок и выводов. На низких частотах можно не учитывать. Почему? Читаем статью катушка индуктивности в цепи постоянного и переменного тока.
Вывод и впечатления от прибора
К небольшим минусам прибора должен отнести:
- проверка стабилитронов с напряжением стабилизации только до 4,5 В;
- не защищенный шлейф ЖК индикатора (корпус мастерить обязательно).
Несмотря на имеющиеся минусы, плюсов у прибора гораздо больше и не одному радиолюбителю, а так же профессионально занятому в сфере электроники человеку, прибор способен значительно облегчить жизнь. Специально для Элво.ру – Кондратьев Николай, Г. Донецк.
Источник
Где «прячется» ESR в конденсаторе
ESR представляет из себя сопротивление выводов и обкладок
Как вы знаете, сопротивление проводника можно узнать по формуле:
где
ρ — это удельное сопротивление проводника
l — длина проводника
S — площадь поперечного сечения проводника
Так что можете посчитать приблизительно сопротивление выводов конденсатора и заодно его обкладок 
Но, конечно же, так никто не делает. Для этого есть специальные приборы, которые умеют замерять этот самый параметр. Например, мой прибор с Алиэкспресса, который я недавно приобрел.
Почему вредно большое значение ESR
Раньше, еще когда только-только стали появляться первые электронные схемы, такой параметр, как ESR даже ни у кого не был на слуху. Может быть и знали, что есть это сопротивление, но оно никому не вредило. Но… с появлением первых импульсных блоков питания все чаще стали говорить о ESR. Чем же столь безобидное сопротивление не понравилось импульсным блокам питания?
На нулевой частоте (постоянный ток) и низких частотах, как вы помните из статьи конденсатор в цепи постоянного и переменного тока, конденсатор сам оказывает большое сопротивление электрическому току. В этом случае какие-то паразитные доли Ома сопротивления ESR не будут влиять на параметры электрической цепи. Все самое интересное начинается тогда, когда конденсатор работает в высокочастотных цепях (ВЧ).
Мы с вами знаем, что конденсатор пропускает через себя переменный ток. И чем больше частота, тем меньше сопротивление самого конденсатора. Вот вам формула, если позабыли:
где, ХС — это сопротивление конденсатора, Ом
П — постоянная и равняется приблизительно 3,14
F — частота, измеряется в Герцах
С — емкость, измеряется в Фарадах
Но, одно то мы не учли… Сопротивление выводов и пластин с частотой не меняется! Так… и если пораскинуть мозгами, то получается, что на бесконечной частоте сопротивление конденсатора будет равняться его ESRу? Получается, наш конденсатор превращается в резистор? А как ведет себя резистор в цепи переменного тока? Да точно также как и в цепи постоянного тока: греется! Следовательно на этом резисторе будет рассеиваться мощность P в окружающую среду. А как вы помните, мощность через сопротивление и силу тока выражается формулой:
P=I2xR
где
I — это сила тока, в Амперах
R — сопротивление резистора ESR, в Омах
Значит, если ESR будет больше, то и мощность рассеивания тоже будет больше! То есть этот резистор будет хорошенько нагреваться.
Догоняете о чем я вам толкую?
Из всего выше сказанного можно сделать простенький вывод: конденсатор с большим ESR в высокочастотных цепях с большими токами будет нагреваться. Ну да ладно, пусть себе греется… Резисторы и микросхемы тоже ведь греются и ничего! Но весь косяк заключается в том, что с увеличением температуры конденсатора меняется и его емкость! Есть даже такой интересный параметр конденсатора, как ТКЕ или Температурный Коэффициент Емкости. Этот коэффициент показывает, насколько поменяется емкость при изменении температуры. А раз уже «плавает» емкость, то вслед за ней «плывет» и схема.
Возможные поломки
Поломка радиосхемы или электрического двигателя свидетельствует о неисправности элементов. В то время, как неисправность самого конденсатора часто бывает вызвана следующими причинами:
- Замыканием двух обкладок. Происходит это в результате повышенного напряжения на выводах. Получается, что фрагмент цепи, который должен «разорваться» конденсатором, остается замкнутым.
- Нарушение целостности внутренней цепочки компонента. Произойти это может при сильном ударе или напряжении, из-за чего случится вибрация. Тем не менее, часто причиной является брак во время производства. Получается, что в радиосхеме отсутствует конденсатор, а имеется только разорванная цепочка.
- Утечка тока в недопустимых пределах. Происходит это из-за нарушения целостности изоляционного слоя пластинок. Это приводит к тому, что они не могут сохранять заряд.
- Резкое падение номинальной емкости. Причиной такой проблемы тоже является утечка тока или же брак во время производства. В итоге, радиосхема работает с перебоями или не функционирует совсем.
Видео – Проверка неисправностей конденсаторов
Электролитические компоненты еще отличаются другим недостатком – превышением преобразования сопротивления. Получается, что во время работы в радиосхемах такие конденсаторы не улавливают импульсивные сигналы.
ESR электролитических конденсаторов
В основном параметр ESR касается именно электролитических конденсаторов. Электролит, который там есть, теряет часть своих свойств при нагреве и конденсатор меняет свою емкость, что, конечно же, нежелательно. После приличного нагрева конденсатор начинает тупить, вздувается и быстро стареет.
У вздувшихся конденсаторов в первую очередь как раз ESR и растёт, тогда как ёмкость до определённого времени может оставаться практически номинальной ( ну той, которая написана на самом конденсаторе)
Чаще всего они вспухают в импульсных блоках питания и на материнках, обычно рядом с процессором (там выше на них нагрузка, да и тепло от процессора, вероятно, свою роль играет). Один из характерных симптомов: техника (комп, монитор) начинает включаться всё хуже и хуже. Либо с паузой (до нескольких часов после включения в сеть), либо с -дцатой попытки.
Ещё симптом: если отрубить питание на некоторое время (сетевой фильтр выключить, или из розетки выдернуть) — то снова начинает включаться не с первой попытки, или после паузы. А если не выключать питание, то комп может включаться сразу (но это тоже до поры, до времени, разумеется). Но бывает, что конденсаторы не вспухли, а ESR уже в десятки раз выше нормы. Тогда, понятно, заменяем. По опыту — очень частая проблема. И весьма легко диагностируемая (особенно, при наличии чудо-приборчика от китайских товарищей).
Как измерить ESR
Давайте замеряем некоторые наши китайские конденсаторы на ESR. Для этого берем наш многофункциональный универсальный R/L/C/Transistor-metr и проведем несколько замеров:
Первым в бой идет конденсатор на 22 мкФ х 25 Вольт:
Емкость близка к номиналу. ESR=1,9 Ом. Если посмотреть по табличке, то максимальный ESR=2,1 Ом. Наш конденсатор вполне укладывается в этот диапазон. Значит его можно использовать в высокочастотных цепях.
Следующий конденсатор 100 мкФ х 16 Вольт
ESR=0,49 Ом, смотрим табличку… 0,7 максимальный. Значит тоже все ОК. Можно тоже использовать в ВЧ цепях.
И возьмем конденсатор емкостью побольше 220 мкФ х 16 Вольт
Максимальный ESR для него 0,33 Ом. У нас же высветило 0,42 Ома. Такой конденсатор уже не пойдет в ВЧ часть радиоаппаратуры. А в простые схемки, где гуляют низкие частоты (НЧ) сгодится в самый раз! ;-).
Полезные советы
Проверка конденсатора, особенно высоковольтного и пускового, связана с определенным риском.
Перед проверкой стоит учитывать:
- Если электрический прибор находится под напряжением или был отключен непродолжительное время, нельзя трогать печатную плату в районе конденсаторов. Устройство разрядится от прикосновения и последует удар током.
- Высоковольтные конденсаторы нельзя разряжать металлическим инструментом. Может возникнуть искра, а неизолированная часть предмета ударит током.
- Максимальная величина проверки для современных мультиметров, составляет 200 мкФ. Проверить большую величину не получится.
- Элементы емкостью менее 0.25 мкФ можно проверить только на замыкание.
- При проверке полярных устройств важно определить полюса элемента. Подключение тестера с изменением полюсов может привести к выходу из строя самого конденсатора.
Во время ремонта электроприборов любой мощности, следует четко соблюдать меры безопасности. Проверку любых радиодеталей можно производить только при обесточенном устройстве.
Конденсаторы с низким ESR
В нашем бурно-развивающемся мире электроника все больше строится именно на ВЧ части. Импульсные блоки питания почти полностью одержали победу над громоздкими трансформаторными блоками питания. Это мы, радиолюбители, до сих пор пользуемся самопальными блоками питания, сделанные из трансформаторов, которые нашли на помойке.
Но раз почти вся техника уходит в ВЧ диапазон, то и разработчики радиокомпонентов тоже не спят. Они создают конденсаторы, у которых низкий ESR и называются такие конденсаторы LOW ESR, что значит кондеры с низким ESR. На некоторых это пишут прямо на корпусе:
Отличительной чертой таких конденсаторов является то, что они вытянуты в длину. Также, по моим наблюдениям, на них чаще всего есть полоска золотого цвета:
Сейчас все чаще используют миниатюрные полимерные алюминиевые конденсаторы с низким ESR:
Где же их можно чаще всего увидеть? Конечно же, разобрав свой персональный компьютер. Можно найти их в блоке питания, а также на материнской плате компьютера.
На фото ниже мы видим материнскую плату компа , которая сплошь утыкана конденсаторами с LOW ESR, некоторые из них я отметил в красном прямоугольнике:
Самым маленьким ESR обладают керамические и SMD-керамические конденсаторы
Интересное видео по теме:
Обязательно к прочтению!
Перед началом измерительных процессов учтите несложные, но очень важные правила проверки конденсатора мультиметром на работоспособность:
- Проверять разрешается только разряженные конденсаторы. Они копят электрозаряд, поэтому необходимо их разряжать. Для этого можно использовать отвертку: дотроньтесь до выводов для образования искры. После этого можно заниматься прозвонкой. Кстати, некоторые используют для проверки конденсатора кабели и лампы, но применение мультиметра отличается точностью и надежностью.
- Если ёмкость конденсатора больше 20 мкФ, даже и думать не стоит о простом коротком замыкании. Включите сопротивление на 5-20 КОм, которое подразумевает один-два Вт, между контактами. Если не учесть этого, в ходе разрядки будет мощная искра, а это уже риск для здоровья. Помните, что взаимодействовать с высокоёмкими элементами нужно в защитных очках!
- До того, как начать мерить, изучите внешнее состояние конденсатора. Когда нарушена изоляция, имеются трещины и прочие дефекты, лучше сразу менять его на рабочую деталь. Если видимых проблем нет, стоит использовать тестер.
- Важно понять тип конденсатора. Когда он с полярностями, важно их соблюдать, если вы не планируете распрощаться с устройством. Если неполярный, то можно не определять “-” и “+” выходы.
- Для проверки ёмкости конденсатора придется его выпаять. Если вы думаете, как прозвонить конденсатор мультиметром на плате, придется вас разочаровать: никак. Если вы попытаетесь проводить измерения прямо на плате, процесс будет подвергаться влиянию других составных цепи, то есть показания будут неточным. Впрочем, продаются определенные измерители, у которых на щупах напряжение снижено, что позволяет осуществлять проверку даже на плате.
Есть ещё момент в отношении того, на плате как проверить конденсатор мультиметром, не выпаивая. Без выпаивания допускается проверить возможность функционирования элемента, если нет зашунтирования низкоомной цепью. Неисправность можно проверять, например, с помощью функции постоянного напряжения. То есть, если не выпаять элемент, можно даже на плате узнавать, рабочий конденсатор или нет.
Видео о проверке конденсатора мультиметром, не выпаивая:
