Схема для измерения малой емкости конденсатора. Измеритель емкости конденсаторов своими руками

Одной из самых частых причин выхода радиоэлектронной аппаратуры из строя или ухудшения ее параметров является изменение свойств электролитических конденсаторов. Иногда при ремонте аппаратуры (особенно произведенной в бывшем СССР), изготовленной с применением некоторых типов электролитических конденсаторов (например, K50-...), для восстановления работоспособности устройства прибегают к полной или частичной замене старых электролитических конденсаторов. Все это приходится делать из-за того, что свойства материалов, входящих в электролитический (именно электролитический, т.к. в составе используется электролит) конденсатор, под электрическим, атмосферным, тепловым воздействиями со временем изменяются. И таким образом важнейшие характеристики конденсаторов, такие как емкость и ток утечки - так же изменяются (конденсатор "высыхает" и емкость его увеличивается, часто даже более чем на 50% от первоначальной, а ток утечки возрастает, т.е. внутреннее сопротивление, шунтирующее конденсатор уменьшается), что естественно приводит к изменению характеристик, а в худшем случае и к полному отказу аппаратуры.

Измеритель обладает следующими качественными и количественными характеристиками:

1) измерение емкости на 8 поддиапазонах:

• 0 ... 3 мкф;
• 0 ... 10 мкф;
• 0 ... 30 мкф;
• 0 ... 100 мкф;
• 0 ... 300 мкф;
• 0 ... 1000 мкф;
• 0 ... 3000 мкф;
• 0 ... 10000 мкф.

2) оценка тока утечки конденсатора по светодиодному индикатору;
3) возможность точного измерения при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды (встроенная калибровка измерителя);
4) напряжение питания 5-15 В;
5) определение полярности электролитических (полярных) конденсаторов;
6) ток потребления в статическом режиме............ не более 6 мА;
7) время измерения емкости.................................... не более 1 с;
8) ток потребления во время измерения емкости с каждым поддиапазоном возрастает,
но................................................................................. не более 150 мА на последнем поддиапазоне.

Суть прибора - измерение напряжения на выходе дифференцирующей цепи, рис.1.

Напряжение на резисторе: Ur = i*R ,
где i - общий ток через цепь, R - зарядное сопротивление;

Т.к. цепь дифференцирующая, то ее ток: i = С*(dUc/dt) ,
где С - заряжаемая емкость цепи, но конденсатор будет линейно заряжаться через источник тока, т.е. стабилизированным током: i = С*const,
значит напряжение на сопротивлении (выходное для этой цепи): Ur = i*R = C*R*const - прямо пропорционально емкости заряжаемого конденсатора, а значит измеряя вольтметром напряжение на резисторе мы измеряем в некотором масштабе и исследуемую емкость конденсатора.

Схема представлена на рис. 2 .
В исходном положении испытуемый конденсатор Сх (или калибровочный С1 при включенном тумблере SA2) разряжен через R1. Измерительный конденсатор, на котором (не на испытуемом непосредственно) измеряется напряжение, пропорциональное емкости испытуемого Сх, разряжен через контакты SA1.2. При нажатии кнопки SA1 испытуемый Сх (С1) заряжается через соответствующие поддиапазону (галетный переключатель SA3) резисторы R2 ... R11. При этом зарядный ток Сх (С1) проходит через светодиод VD1, чья яркость свечения позволяет судить о токе утечки (сопротивлении, шунтирующем конденсатор) в конце заряда конденсатора. Одновременно с Сх (С1) через источник стабилизированного тока VT1,VT2,R14,R15 заряжается и измерительный (заведомо исправный и с малым током утечки) конденсатор С2. VD2, VD3 используются для предотвращения разряда измерительного конденсатора через источник напряжения питания и стабилизатор тока соответственно. После заряда Сх (С1) до уровня, определяемого R12, R13 (в данном случае до уровня примерно половины напряжения источника питания), компаратор DA1 отключает источник тока, синхронный с Сх (С1) заряд С2 прекращается и напряжение с него, пропорциональное емкости испытуемого Сх (С1) индицируется микроамперметром PA1 (две шкалы со значениями кратными 3 и 10, хотя можно настроить на любую шкалу) через повторитель напряжения DA2 с высоким входным сопротивлением, что также обеспечивает долгое сохранение заряда на С2.

Настройка

При настройке положение калибровочного переменного резистора R17 фиксируется в каким-либо положении (например, в среднем). Подключая эталонные конденсаторы с точно известными значениями емкости в соответствующем диапазоне, резисторами R2, R4, R6-R11 производится калибровка измерителя - подбирается такой ток заряда, чтобы эталонные значения емкостей соответствовали определенным значениям на выбранной шкале.

В моей схеме точные значения зарядных сопротивлений при напряжении питания 9 В составили:

После калибровки один из эталонных конденсаторов становится калибровочным С1. Теперь при изменении напряжения питания (изменения температуры окружающей среды, например при сильном охлаждении готового отлаженного прибора на морозе показания емкости у меня получались заниженными процентов на 5) или просто для контроля точности измерений достаточно подключить С1 тумблером SA2 и, нажав SA1, калибровочным резистором R17 произвести подстройку PA1 на выбранное значение емкости С1.

Конструкция

Перед началом изготовления прибора необходимо выбрать микроамперметр с подходящей шкалой(-ами), габаритами и током максимального отклонения стрелки, но ток может быть любым (порядка десятков, сотен микроампер) благодаря возможности настройки и калибровки прибора. Я применил микроамперметр ЭА0630 с Iном = 150 мкА, классом точности 1.5 и двумя шкалами 0 ... 10 и 0 ... 30.

Плата была разработана с учетом того, что она будет крепиться непосредственно на микроамперметре при помощи гаек на его выводах, рис.3 . Такое решение обеспечивает и механическую, и электрическую целостность конструкции. Прибор размещается в подходящий по габаритам корпус, достаточный для размещения также (кроме микроамперметра и платы):

SA1 - кнопка КМ2-1 из двух малогабаритных переключателей;
- SA2 - малогабаритный тумблер МТ-1;
- SA3 - малогабаритный галетный переключатель на 12 положений ПГ2-5-12П1НВ;
- R17 - СП3-9а - VD1 - любой, я применил какой-то из серии КИПх-хх, красного цвета свечения;
- 9-ти вольтовая батарея «Корунд» с габаритами 26.5 х 17.5 х 48.5 мм (без учета длины контактов).

SA1, SA2, SA3, R17, VD1 закрепляются на верхней крышке (панели) прибора и располагаются над платой (батарея укрепляется при помощи проволочного каркаса прямо на плате), но соединяются с платой проводами, а все остальные радиоэлементы схемы располагаются на плате (и под микроамперметром непосредственно тоже) и соединяются печатным монтажом. Отдельного выключателя питания я не предусматривал (да и в выбранный корпус он бы уже не поместился), совместив его с проводами для подключения испытуемого конденсатора Сх в разъеме типа СГ5. «Мама» XS1 разъема имеет пластмассовый корпус для установки на печатную плату (она устанавливается в углу платы), а «папа» XP1 подключается через отверстие в торце корпуса прибора. При подключение разъема «папа» своими контактами 2-3 включает питание прибора. К проводам Сх параллельно неплохо приладить разъем (колодку) какой-либо конструкции для подключения отдельных отпаянных конденсаторов.

Работа с прибором

При работе с прибором нужно быть внимательным с полярностью подключения электролитических (полярных) конденсаторов. При любой полярности подключения индикатор показывает одно и то же значение емкости конденсатора, но при неправильной полярности подключения, т.е. «+» конденсатора к «-» прибора, светодиод VD1 индицирует большой ток утечки (после заряда конденсатора светодиод продолжает ярко гореть), тогда как при правильной полярности подключения светодиод вспыхивает и постепенно гаснет, демонстрируя уменьшение зарядного тока до очень малой величины, практически до полного потухания (следует наблюдать 5-7 секунд), при условии, что испытуемый конденсатор обладает малым током утечки. Неполярные неэлектролитические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, что и видно по очень быстрому и полному гашению светодиода. А если же ток утечки велик (сопротивление, шунтирующее конденсатор мало), т.е. конденсатор старый и «течет», то свечение светодиода видно уже при Rутечки = 100 кОм, а при меньших шунтирующих сопротивлениях светодиод горит еще ярче.
Таким образом можно по свечению светодиода определять полярность электролитических конденсаторов: при том подключении, когда ток утечки меньше (светодиод менее ярок) - полярность конденсатора соответствует полярности прибора.

Важное замечание!

Для большей точности показаний любое измерение следует повторять не менее 2-х раз, т.к. в первый раз часть тока заряда идет на создание оксидного слоя конденсатора, т.е. показания емкости чуть-чуть занижены.

РадиоХобби 5"2000

Список радиоэлементов

Мастера, ремонтирующие радиоаппаратуру, чаще всего сталкиваются с пробоем конденсаторов либо со снижением емкости. Чтобы узнать, исправна деталь или нет, надо измерить емкость конденсатора. Для этого существуют различные приборы.

Устройство и характеристики конденсатора

Конденсатор содержит две обкладки из металла, между которыми помещается диэлектрик. Для диэлектрика используются воздух, пластик, слюда, картон, керамические материалы.

В более современных деталях вместо металла применяется фольга, которую сворачивают в рулоны. Таким образом, при меньших габаритах конденсатора можно повысить его емкость.

Конденсаторы классифицируются по диэлектрическому материалу, способам монтажа, форме обкладок и т. д. По полярности они делятся на:

• электролитические, или оксидные, обладающие полярностью;
• неполярные.

Электролитические конденсаторные элементы требуют обязательного соблюдения полярности при включении. Диэлектриком в них служит оксидный слой, формирующийся на танталовом (алюминиевом) аноде. Катод – электролит в виде жидкости или геля. Измерение емкости конденсатора такого типа должно проводиться, учитывая маркировку полюсов детали.

Основное свойство конденсатора – накопление электрического заряда, благодаря которому он широко используется в различных фильтрах. С его помощью можно передавать сигнал между каскадами усиления, разделять высокие и низкие частоты и т.д.

Параметры конденсатора:

1. Емкость. Способность к накоплению заряда, зависящая от площади обкладок, расстояния между ними, характера применяемого материала в качестве электролита. Измеряется в фарадах;
2. Номинальное напряжение. Показывает, при каком напряжении возможна длительная и стабильная работа элемента. Если параметр превышается, может наступить пробой.

Возможные неисправности конденсатора

Различают несколько видов неисправностей конденсаторов, влияющих на работу электрической схемы:

• полный пробой (замыкание между обкладками);
• нарушение внешней герметичности от механических повреждений;
• уменьшение емкости;
• возрастание внутреннего сопротивления;
• уменьшение напряжения, при котором наступает обратимый пробой элемента.

В большинстве случаев детали выходят из строя по причине продолжительной работы в условиях перегрева. Всегда важно обеспечить оптимальный режим температур для работы аппаратуры.

Как проверить исправность конденсатора

На первом этапе надо сделать визуальный осмотр детали на наличие механических повреждений, деформации корпуса, изменения цвета. У электролитических элементов это разбухание в верхней части, которое может быть небольшим, но заметным в сравнении с исправными аналогами. Зачастую деталь внешне выглядит нормально. Тогда для ее проверки потребуются специальные приборы:

• мультиметр, в котором реализована функция измерения емкости;
• специальный измеритель емкости конденсаторов;
• LC-метр;
• прибор ESR.

Используя мультиметр, иногда трудно сделать вывод о неисправности, так как емкость поврежденного конденсаторного элемента снижается на очень малые величины. С помощью LC-метров или специальных приборов определить ее значение можно точнее. Для измерений емкости электролитических конденсаторов служат приборы ESR. Причем замеры производятся без выпаивания деталей из схемы.

Если нет специального прибора, то емкостные замеры неполярных элементов можно производить мультиметром, измеряющим сопротивление. При этом они выпаиваются из платы.

1. На шкале мультиметра установить предел «200 кОм». Предел шкалы меняется в зависимости от номинального емкостного значения;
2. Разрядить выпаянные конденсаторные элементы, так как может существовать остаточный заряд. Разряд производится замыканием их выводов накоротко;
3. Щупы прибора подключить к конденсаторным выводам и наблюдать за его показаниями. Стараться не прикасаться к контактной части щупов руками.

Появившееся на экране значение сопротивления будет постепенно увеличиваться, а затем покажет «1», на цифровом приборе означающую «бесконечность». У конденсаторов с малой емкостью процесс изменения сопротивления ускорен так, что можно его не зафиксировать.

Важно! Исправный заряженный конденсаторный элемент обладает «бесконечным» сопротивлением.

Если деталь неисправна, сразу, без предшествующего нарастания, будут видны значения «1», указывающие на обрыв внутри детали, или «0» – внутреннее КЗ. Плавное нарастание сопротивления наблюдается из-за зарядки детали от батареи мультиметра.

Можно применить для емкостных замеров и старые аналоговые тестеры. При этом наблюдения ведутся за движениями стрелки. Она должна сразу отклониться вправо со скоростью, зависящей от конденсаторной емкости, продолжая свое медленное движение до пределов шкалы. Если она не дергается или, отклонившись, останавливается, это говорит о повреждении. О том же сигнализирует резкий бросок до предельных цифр.

Важно! Проверке мультиметром можно подвергнуть конденсаторные элементы емкостью до 0,25 мкФ. Для меньших параметров проверка ведется на LC-метрах.

Измерение фактических емкостных значений

Вышеописанным способом невозможно определить количественные емкостные значения, можно только сделать вывод об исправности конденсаторного элемента. По приборам, измеряющим емкость в фарадах, сразу определяется ее отклонение от номинального параметра. Нулевое значение говорит о пробое, сниженное – тоже сигнализирует о том, что деталь нужно заменить.

Опосредованно о величине емкости можно судить по скорости нарастания сопротивления в момент подключения к мультиметру. Чем она ниже, тем больше емкость. Можно подсчитать ее примерное значение, подключая исправные конденсаторные элементы с заранее известной емкостью и производя замеры времени в секундах, за которое сопротивление достигает «бесконечности». Вывод делается на основании сравнения с испытываемым конденсаторным элементом.

На лицевой панели мультиметра, предназначенного для емкостных замеров, существуют специальные входные разъемы СХ, промаркированные «плюсом» и «минусом». Вместо них могут присутствовать обыкновенные щупы. Для измерения конденсаторные элементы вставляются в эти разъемы с обязательным соблюдением полярности у электролитических деталей. Маркировка присутствует и на самих конденсаторах. Для неполярных элементов это не имеет значения. Предельное значение шкалы измеряемой емкости надо выставлять, исходя из конденсаторных параметров.

Важно! Перед подсоединением к прибору необходимо снять остаточный заряд с конденсатора.

Измерение прибором ESR

ESR означает эквивалентное последовательное сопротивление, параметр очень важный для электролитического конденсатора. Когда это сопротивление увеличивается, зарядный ток уменьшается, что вызывает сбои в работе электрической цепи. Причем емкость, измеренная традиционными способами, может не выходить из границ нормы. Особенно влияние эквивалентного сопротивления заметно у деталей емкостью больше 5 мкФ. Для стабильной работы параметр не должен превышать 1 Ом.

При проверке конденсаторных элементов без выпаивания из платы такой аппарат дает более точные результаты. Попытки аналогично замерить параметры детали мультиметром не дадут достоверной картины. Рядом с конденсатором существуют другие элементы: индуктивности, сопротивления и т.д., которые вносят искажающее влияние. Обычно делают вывод об исправности конденсаторного элемента с помощью косвенных измерений либо параллельно ему припаивают другой с идентичными характеристиками. Это возможно только в низковольтных цепях.

Снижение напряжения пробоя конденсатора

Мастерам-радиолюбителям может встретиться случай, когда все характеристики конденсатора в норме при замере мультиметром, но при работе в схеме наблюдаются признаки его пробоя. Это происходит при снижении напряжения пробоя ниже номинальной величины. Если деталь рассчитана на напряжение 25 В, а пробой наступает при 15 В, то при измерении мультиметром не будет выявлена неисправность конденсаторного элемента, так как пробой имеет обратимый характер.

Для определения такой неисправности надо использовать источник постоянного тока с возможностью регулировать уровень напряжения. Подключив к нему деталь и постепенно увеличивая подводимое напряжение, выясняется наличие повреждения, заметное по резкому возрастанию тока вплоть до срабатывания защитного отключения ИП.

Измерения конденсаторной емкости можно проводить разными способами. Просто обнаружить неисправный элемент можно омметром, более точные результаты получаются при использовании LC-метров и приборов ESR.

Видео

Измеритель емкости конденсаторов своими руками — ниже представлена схема и описание как не прилагая больших усилий можно самостоятельно изготовить прибор для тестирования емкости конденсаторов. Такое устройство очень может пригодится при покупке емкостей на радиоэлектронном рынке. С его помощью без проблем выявляется некачественный или бракованный элемент накопления электрического заряда. Принципиальная схема данного ESRа, как его обычно называю большинство электронщиков, ничего сложного из себя не представляет и собрать такой аппарат может даже начинающий радиолюбитель.

Причем измеритель емкости конденсаторов не предполагает для его сборки длительного времени и больших денежных затрат, на изготовление пробника эквивалентного последовательного сопротивления уходит буквально два-три часа. Также не обязательно бежать в магазин радиотоваров — наверняка у любого радиолюбителя найдутся неиспользованные детали подходящие для этой конструкции. Все, что вам потребуется для повторения данной схемы — это мультиметр практически любой модели, только желательно, что бы был цифровой и с десяток деталей. Каких то переделок или модернизации цифрового тестера производить не нужно, все что необходимо с ним сделать — это припаять выводы деталей к необходимым площадкам на его плате.

Принципиальная схема устройства ESR:

Перечень элементов необходимых для сборки измерителя:

Один из главных компонентов прибора — это трансформатор, который должен иметь соотношением витков 11\1. Ферритовый кольцевой сердечник М2000НМ1-36 К10х6х3, который нужно предварительно обмотать изолирующим материалом. Затем намотать первичную обмотку на него, располагая витки по принципу — виток к витку, при этом заполняя всю окружность. Вторичную обмотку также необходимо выполнять с равномерным распределением по всему периметру. Примерное количество витков в первичной обмотки для кольца К10х6х3 будет 60-90 витков, а вторичка должна быть в одиннадцать раз меньше.

Диод D1 использовать можно практически любой кремневый с обратным напряжением не менее 40v, если вам не особо нужна супер точность в измерениях, то вполне подойдет КА220. Для более точного определения емкости придется поставить диод с небольшим падением напряжения в варианте прямого включения — Шоттки. Защитный супрессорный диод D2 должен быть рассчитан на обратное напряжение от 28v до 38v. Транзистор маломощный кремневый p-n-p проводимости: например КТ361 или его аналог.

Измерение величины ЭПС выполнять в диапазоне напряжения 20v. Во время подключении коннектора внешнего измерителя, ESR-приставка к мультиметру сразу же переходит в режим работы тестирования емкости. При этом будет визуально отображено на приборе показание около 35v в диапазоне проверки 200v и 1000v (это в зависимости от использования супрессорного диода). В случае исследования емкости на 20 вольтах, показание будет отображено как «выход за границу измерения». Когда коннектор внешнего измерителя отсоединяется, то и ЭПС-приставка моментально переключается на режим работы как обыкновенного мультиметра.

Заключение

Принцип работы устройства — для начала работы прибора нужно включить в сеть адаптер, при этом происходит включение измерителя ЭПС, когда отключили ESR, то мультиметр автоматически переходит в режим выполнения штатных функций. Чтобы сделать калибровку аппарата нужно подобрать постоянный резистор, так чтобы соответствовало шкале. Для наглядности картина ниже:

При замыкании щупов на шкале мультиметра будет отображено 0.00- 0.01, это показание означает погрешность прибора в диапазоне измерения до 1 Ом.

В наше время, когда, практически, все источники питания радиоэлектронной аппаратуры строятся по импульсным схемам, одним из наиболее востребованных приборов ремонтника есть измеритель ESR электролитических конденсаторов или ESR метр. Долгое время я проверял исправность таких конденсаторов цифровым измерителем ёмкости, заряжающим конденсаторы высокочастотной пилой. Но, так как этот прибор был изготовлен более 10 лет назад, на рассыпухе - мелкая логика и светодиодные индикаторы, - пользоваться таким устаревшим прибором, да ещё и без "настоящего" измерителя ЭПС, считаю сейчас даже просто морально некошерным. Поэтому, с момента освоения прошивки современных микропроцессоров, я всё время мечтал о схеме, отвечающей требованиям нашего времени - минимум деталей, современная элементная база и схемное решение, одновременное отображение значения C и ESR на LCD, никаких реле, рубильников и прочей лабуды, требующей лишних движений. И вот, наконец-то, после многих лет просмотра не одного десятка схем (и всё не то) описание такого прибора мне попалось. Журнал "Радио" №6 за 2010 год, страница 19 - в это схемотехническое и программное решение я влюбился с первого взгляда:-) Популярный МК ATtiny2313, LCD индикатор в две строки по восемь символов, простая и понятная измерительная часть, хорошая программная поддержка. Всё - делаю!

Но, как всегда - редко бывает такая схема, которую я повторяю 1:1, - беру в руки красную пасту, и, а-ля школьный учитель, начинаю энергично вычёркивать со схемы лишние фрагменты. Автономное питание - убираем, так как прибор будет работать в помещении от сетевого адаптера, оставляю только разъём для его подключения. Автоматическое отключение источника питания от схемы и его квазисенсорное включение - вычёркиваем - это нерациональное пижонство. Подключение к компу через СОМ-порт - убираем - какой дурак будет включать целый компьютер ради замера ёмкости одного конденсатора, что и так отображается на ЖКИ прибора; подсветку индикатора делаю постоянно включенной. Итого - схема "похудела" процентов на 25:-) Кроме того, после внимательного чтения описания и вникания в принцип работы измерителя была обнаружена и одна ошибка на схеме - источники тока двух поддиапазонов измерения оказались перепутаны между собой - исправляем...
Вот так и будем собирать. Ниже представлена схема ESR измерителя:

Естественно, считаю очень экстравагантным решение автора использовать на одной плате современную импортную базу одновременно с устаревшей отечественной, да ещё и с не самыми лучшими параметрами (КС133 не выдерживают никакой критики). Поэтому сразу решаю, что вместо КТ3107 буду ставить 2SA733, а стабилитроны возьму BZX 3V3 (хотя поставил BZX 3V9). ЖКИ также будет не указанный в схеме (такого найти не получилось), а более популярный WH0802А фирмы Winstar. Печатную плату развожу, руководствуясь размерами индикатора - по его ширине и высоте (высокие детали ложу горизонтально, электролиты применяю с уменьшенной высотой корпуса), регулятор контрастности в подобных устройствах я всегда распаиваю прямо на выводах самого индикатора. Таким образом, плата вышла размерами 6х6 см, монтаж по высоте равен высоте индикатора (около 1 см). Собранная плата с индикатором легко поместится в пачку от сигарет.

Настройка ESR

О, это отдельный разговор... Прочитав статью, создаётся мнение, что схему сможет настроить только инженер-программист в лаборатории с высокоточными приборами. Судите сами - автор предлагает настроить источники тока по миллиамперметру, гарантирующему точность в две цифры после запятой. Затем – делитель напряжения по вольтметру такой же точности (естественно подразумевается, что в этой точности нет ничего общего с "точностью" китайских показометров). Потом эти измеренные значения надо занести в текст неоткомпилированной программы, перегнать её в машинный код и зашить с этими поправками в МК. Нормально? Но, к счастью, автор очень подробно описал принцип работы своего устройства, почитав которое доходит, что сие чудо высокого полёта современной инженерной мысли может настроить и любой Ивашка с Дворца пионеров и даже вообще без всяких приборов. Всё, закрываем журнал и настраиваем так, как получилось у меня.

Включаем собранный прибор с прошитым и установленным на плату МК. Первым делом крутим регулятор контрастности до появления на экране ЖКИ чёткой надписи в две строки. Если её нет - проверяем монтаж в части сопряжения МК с ЖКИ и подачи питания на оба самых дорогих элемента этого устройства. А также правильность прошивки МК - не забываем про фузы – для PonyProg так:

Нажимаем на плате возле МК кнопку "Калибровка" - в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя.
Следующий этап. Нам понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества (не обязательно Low Esr) ёмкостью 220...470 мкФ разных партий, лучше всего - на разные напряжения (16в, 35в, 50в...). Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в пределах 100...470 Ом (у меня получилось 300 Ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора. К большой точности пока что стремиться не стОит - ещё будет корректироваться; затем проверить и с другими конденсаторами.

Дальше настраиваем измеритель ESR. Эх, придётся снова раскрыть журнал "Радио" - №7 за 2010 год стр.22 - там имеется табличка с типовыми значениями этого параметра для разных конденсаторов. Или же воспользоваться вот этой, найденной на бескрайних просторах Интернета. Кстати, такую табличку, при желании, можно будет приклеить в качестве шпаргалки на корпус будущего прибора под дисплеем. Как пользоваться такой табличкой, я думаю, понятно - скажем, получается, что типовое ЭПС конденсатора 100 мкФ на 35в находится где-то в районе 0,32 Ом:

В следующей табличке указаны максимальные значения ЭПС для электролитических конденсаторов. Если у измеряемого конденсатора оно будет заметно выше, то его уже нельзя использовать для работы в сглаживающем фильтре выпрямителя:

Подключаем конденсатор 220 мкФ и, незначительным подбором сопротивления резисторов R6, R9, R10 (на схеме и на моём сборочном чертеже обозначены со звёздочками), добиваемся показаний Esr, близких к табличным. Проверяем на всех имеющихся заготовленных эталонных конденсаторах, в т.ч. уже можно использовать и конденсаторы от 1 до 100 мкФ (не обращая пока что внимания на показания измерителя ёмкости).

Так как для измерения ёмкости конденсаторов от 150 мкФ и для измерителя ЭПС применяется один и тот же участок схемы, после подбора сопротивления этих резисторов несколько изменится точность показаний измерителя ёмкости. Теперь можно подстроить ещё сопротивление резистора R2, чтобы эти показания стали точнее. Другими словами, Ваша задача - подбирая сопротивление R2 - уточнить показания измерителя ёмкости, подстраивая резисторы в делителе компараторов - уточнить показания ESR-метра. Причём, приоритет надо отдавать измерителю ESR. О больших же ёмкостях - я думаю, каждый понимает, что если в аппарате установлен конденсатор на 1000 мкФ, то он будет работать хоть при ёмкости 950 мкФ, хоть при ёмкости 1100 мкФ - поэтому уделять внимание особой точности измерению ёмкости таких конденсаторов вряд ли целесообразно.

Тут может возникнуть вопрос - а нельзя ли вообще сразу и очень точно настроить измеритель ESR, подключая к его входу низкоомные высокоточные резисторы, калибруя прибор по ним? Нет, как раз это не тот случай - так можно настроить разного рода простые аналоговые измерители ЭПС, представляющие собой, грубо говоря, омметры "с наворотами". В этом же приборе используется способ измерения, основан на зарядке конденсатора током, - резистор же, понятное дело, заряжаться не может

Осталось настроить измеритель ёмкости конденсаторов диапазона 0,1...150 мкФ. Так как для этого в схеме предусмотрен отдельный источник тока, измерение ёмкости таких конденсаторов можно сделать очень точным. Подключаем конденсаторы малой ёмкости к входным гнёздам прибора и, подбором сопротивления R1 в пределах 3,3...6,8 кОм (у меня получилось 4,3к) добиваемся максимально точных показаний. Этого можно достичь, если в качестве эталонных применить не электролиты, а высокоточные конденсаторы К71-1 ёмкостью 0,15 мкФ с гарантированным отклонением 0,5 или 1%, подключая их как по одному, так и параллельными "батареями".

На этом настройка прибора закончена, можно поместить его в корпус и использовать по назначению

Ниже вы можете скачать печатную плату в формате LAY, сборочный чертеж и прошивку

Исходная версия измерителя: Радио - №7, 2010г.

Список радиоэлементов

Ёмкость – это мера способности конденсатора накапливать заряды. Ёмкость измеряется в фарадах, по имени почетного члена Петербургского университета английского физика Майкла Фарадея.

Что такое емкость?

Если удалить одиночный электропроводник бесконечно далеко, исключить влияние заряженных тел друг на друга, то потенциал удаленного проводника станет пропорционален заряду. Но у отличающихся по размеру проводников потенциалы не совпадают.

Единицей емкости конденсатора в СИ является фарад. Коэффициент пропорциональности обозначают буквой С – это емкость, на которую влияет размер и внешняя структура проводника. Материал, фазовое состояние вещества электрода роли не играют – заряды распределяются на поверхности. Поэтому в международных правилах СГС ёмкость измеряется не в фарадах, а в сантиметрах.

Уединенный шар радиусом 9 млн км (1400 радиусов Земли) содержит 1 фарад. Отдельный проводящий элемент удерживает заряды в недостаточных для применения в технике количествах. По технологиям XXI в. создается ёмкость конденсаторов с единицами измерений выше 1 фарада.

Накапливать требуемое для работы электронных схем количество электричества способна структура из минимум 2 электродов и разделяющего диэлектрика. В такой конструкции положительные и отрицательные частицы взаимно притягиваются и сами себя держат. Диэлектрик между электронно-позитронной парой не допускает аннигиляции. Подобное состояние зарядов называется связанным.

Раньше для измерения электрических величин применяли громоздкое оборудование, не отличающееся точностью. Теперь, как измерить ёмкость тестером, знает даже начинающий радиолюбитель.

Маркировка на конденсаторах

Знать характеристики электронных приборов требуется для точной и безопасной работы.

Определение ёмкости конденсатора включает измерение величины приборами и чтение маркировки на корпусе. Обозначенные значения и полученные при измерениях отличаются. Это вызвано несовершенством производственных технологий и эксплуатационным разбросом параметров (износ, влияние температур).

На корпусе указана номинальная емкость и параметры допустимых отклонений. В бытовых устройствах используют приборы с отклонением до 20%. В космической отрасли, военном оборудовании и в автоматике опасных объектов разрешают разброс характеристик в 5-10%. Рабочие схемы не содержат значений допусков.

Номинальная емкость кодируется по стандартам IEC – Международной электротехнической комиссии, которая объединяет национальные организации по стандартам 60 стран.

Стандарт IEC использует обозначения:

1. Кодировка из 3 цифр. 2 знака в начале – количество пФ, третий – число нулей, 9 в конце – номинал меньше 10 пФ, 0 спереди – не больше 1 пФ. Код 689 – 6,8 пФ, 152 – 1500 пФ, 333 – 33000 пФ или 33 нФ, или 0,033 мкФ. Для облегчения чтения десятичная запятая в коде заменяется буквой “R”. R8=0,8 пФ, 2R5 – 2,5 пФ.
2. 4 цифры в маркировке. Последняя – число нулей. 3 первых – величина в пФ. 3353 – 335000 пФ, 335 нФ или 0,335 мкФ.
3. Использование букв в коде. Буква µ – мкФ, n – нанофарад, p – пФ. 34p5 – 34,5 пФ, 1µ5 – 1,5 мкФ.
4. Планерные керамические изделия кодируют буквами A-Z в 2 регистрах и цифрой, обозначающей степень числа 10. K3 – 2400 пФ.
5. Электролитические SMD приборы маркируются 2 способами: цифры – номинальная емкость в пФ и рядом или во 2 строчке при наличии места – значение номинального напряжения; буква, кодирующая напряжение и рядом 3 цифры, 2 определяют емкость, а последняя – количество нулей. А205 значит 10 В и 2 мкФ.
6. Изделия для поверхностного монтажа маркируются кодом из букв и чисел: СА7 – 10 мкФ и 16 В.
7. Кодировки – цветом корпуса.

Маркировка IEC, национальные обозначения и кодировки брендов делают запоминание кодов бессмысленным. Разработчикам аппаратуры и мастерам-ремонтникам требуются справочные источники.

Вычисление с помощью формул

Вычисление номинальной емкости элемента требуется в 2 случаях:

1. Конструкторы электронной аппаратуры рассчитывают параметр при создании схем.
2. Мастера при отсутствии конденсаторов подходящей мощности и емкости используют расчет элемента для подбора из доступных деталей.

RC цепи рассчитывают с применением величины импеданса – комплексного сопротивления (Z). Rа – потери тока на нагревание участников цепи. Ri и Rе – учитывают влияние индуктивности и ёмкости элементов. На выводах резистора в RC цепи напряжение Uр обратно пропорционально Z.

Тепловое сопротивление увеличивает потенциал на нагрузке, а реактивное уменьшает. Работа конденсатора на частотах выше резонансных, когда растет реактивная составляющая комплексного сопротивления, приводит к потерям напряжения.

Частота резонанса обратно пропорциональна способности накапливать заряд. Из формулы для определения Fр вычисляют, какие значения Ск (емкости конденсатора) требуются для работы цепи.

Для расчета импульсных схем используют постоянную времени цепи, определяющую воздействие RC на структуру импульса. Если знают сопротивление цепи и время заряда конденсатора, по формуле постоянной времени вычисляют емкость. На истинность результата влияет человеческий фактор.

Мастера используют параллельные и последовательные соединения конденсаторов. Формулы расчета обратны формулам для резисторов.

Последовательное соединение делает емкость меньше меньшей в соединении элементов, параллельная схема суммирует величины.

Измеряя параметры, конденсатор предварительно разряжают, замкнув выводы между собой отверткой с изоляцией на ручке. Если этого не сделать, маломощный мультиметр выйдет из строя.

Ответ на вопрос, как проверить емкость конденсатора мультиметром с режимом “Сх” такой:

1. Включить режим “Сх” и подобрать предел замера – 2000 пФ – 20 мкФ в стандартном приборе;
2. Вставить конденсатор в гнезда в приборе или приложить щупы к выводам конденсатора и посмотреть значение на шкале прибора.

Амперовольтметром или мультиметром определяют наличие внутри корпуса короткого замыкания или обрыва.

Полярный конденсатор включают в цепь прибора с учетом направления тока. Электроды изделия производители маркируют. Конденсатор, рассчитанный для напряжения 1-3 В, при обратном токе выше нормы выйдет из строя.

Перед тем как измерить характеристики, полярный электролитический конденсатор выпаивают из платы. Включают мультиметр в режим измерения сопротивления или проверки полупроводников. Прикладывают щупы к электродам полярного конденсатора – плюс к плюсу, минус к минусу. Исправная емкость покажет плавный рост сопротивления. По мере заряда ток уменьшается, ЭДС растет и достигает напряжения источника питания.

Обрыв в конденсаторе будет выглядеть на мультиметре как бесконечное сопротивление. Прибор не отреагирует или стрелка на аналоговом экземпляре едва шевельнется.

При пробое элемента измеряемый параметр не соответствует номинальному значению в меньшую сторону, пропорционально величине пробоя.

Если задаться вопросом, как измерить мультиметром комплексное или эквивалентное последовательное сопротивление (ESR конденсатора), то без приставки сделать это проблематично. Реактивные свойства конденсатор проявляет при высокочастотном токе.

Прочие способы измерения

Измеритель емкости конденсаторов своими руками собирают по схемам импульсных устройств. Последовательности RC цепей с переменными резисторами создают на выходе изделия серии сигналов со ступенчатым изменением частоты. Для наладки устройства используют мультиметр, с которым будет применяться приставка.

Набор проверенных конденсаторов поочередно подключают к конструкции и настраивают точность работы в каждом поддиапазоне.

Измеритель ёмкости полярных электролитических элементов своими руками схематически реализуется и настраивается, как часть приставки без колебательного контура. На выходе вместо импульсного – постоянное напряжение.

В цифровых измерителях ёмкости источник питания – высокостабильный. “Плавающие” параметры элементов, из которых собирается схема, дадут неприемлемую для точности измерений погрешность.

На логических элементах создаются источники переменного импульсного тока для замеров ESR.

Недорогие приборы для измерения емкости конденсатора, типа мостовых RLC устройств с дополнительной функцией проверки SMD сопротивлений, сетевой зарядкой и жидкокристаллическим дисплеем, сами размером с палец. Выполняют функции профессионального метрологического комплекса. Способны выступать в роли измерителя емкости электролитических конденсаторов, как полярных, так и переменных.