Будь-яке джерело ЕРС в якомусь сенсі є ємністю. Якщо це акумулятор або гальванічний елемент, то вся енергія, вироблена в ньому електрохімічним шляхом, спочатку накопичується, а потім при включенні ланцюга витрачається. Майже повністю розряджена батарея може трохи «полежати, відпочити», після чого, наприклад, фотоапаратом, нею живиться, можна зробити ще пару-трійку знімків.
призначення компонента
Інша ситуація з конденсатором. Конденсатор може тільки запасати, накопичувати електроенергію. Тобто, це не колодязь, звідки можна черпати, не особливо турбуючись про наповнення, а, скоріше, відро. Або цистерна.
А найголовніше, що повинно мати відро - це «недирявость», цілісність. Інакше все, що туди налили, рано чи пізно виллється без будь-якої користі.
Маючи в електротехніці справу з такою надзвичайно текучої рідиною, як електронні заряди, можна собі уявити, якою має бути цілісність електричного конденсатора. Тому що ми прекрасно знаємо, як недовго може зберігатися заряд в конденсаторі - він завжди потихеньку так витікає. Навіть в таких надійних електричних «ємностях», як МОП-транзистори з плаваючим затвором, з яких робиться FLASH-пам'ять, все-таки ніхто не береться гарантувати зберігання записаного біта - мізерного за обсягом заряду! - більше 5-7 років. А вже в найпотужніших електролітичних конденсаторах, що працюють в силових і потужних радіотехнічних схемах, ймовірність втрати занесеного в нього заряду, його витікання через всі перепони діелектриків, зростає якраз пропорційно ємностей і номіналах напруг, на яких вони використовуються.
Але, звичайно, з конденсатора ніхто і не робить сховище. У всякому разі, досить довгострокове. Хіба що в електрошокером, які люблять показувати у фільмах про гангстерів. Але і тут ненадовго - до зустрічі з першим гангстером. Чим її, електроенергію, ось так намагатися запасати, краще буває заново виробити або взяти в готовому вигляді з ліній що живлять мереж, якими пронизана зараз вся поверхня планети.
А використовуються конденсатори зазвичай в схемної техніці змінного струму або імпульсної техніки для створення будь-яких фільтрів, контурів, струмових розв'язок, умножителей або навпаки, стабілізаторів і т.д. Де цикл зберігання зарядів можна порівняти з тимчасовими і частотними параметрами схем і струмів, в яких вони працюють. Тому, поряд з іншими характеристиками, спокійно розглядається в якості звичайної «струм витоку», як раз та сама дірка в відрі, але досить маленька і «узаконена», навіть якщо прилад найправильніший.
Ну і як перевірити конденсатор на працездатність швидко і недорого? Перевірити конденсатор тестером або мультиметром, не добився дуже високої точності, тому що можна наштовхнутися якраз на це саме властивість конденсаторів - і в нормальному робочому стані бути «трохи дірявими».
Псування конденсаторів і перевірка їх справності
Надійність сучасної схемотехніки все зростає. Зараз багато виробів, що випускаються в єдиному корпусі, мають вигляд одного, ну, не кристала, а «шматка» - твердотільного модуля, що містить в собі все - метали, напівпровідники, діелектрики, з'єднувальні перемички ... Все це виготовляється на заводах методом SMD-монтажу, там же виріб випробовується, і по дуже суворим критеріям відбраковують. В результаті стає надійним в експлуатації. Надійність якогось складного виробу залежить від того, як легко з нього виділити якісь компоненти. Та ще, наскільки різнорідні ці компоненти за своїми фізичними і хімічними принципам роботи. Наприклад, пайка двох дротів з різних металів. Або навіть з одного металу - власне, припой, це вже інший метал. А пайки раніше і були одним з вузьких місць добротних типових схем, зібраних з окремих елементів на платах. У нинішніх умовах пайок стало незрівнянно менше, і це дуже сильно позначилося на надійності.
Але ось певні прилади, завдяки своїм фізичним властивостям, залишаються джерелом несправностей. Конденсатор - один з них. Зараз в побутовій електронній техніці вони найчастіше і виходять з ладу. Як мультиметром перевірити даний пристрій?
У конденсаторів є ще одна цікава особливість. Якщо інші елементи схем зазвичай виходять з ладу двома «способами» - пробій або обрив, то електролітичний конденсатор може ще вибухати. Крім того, деякі елементи можуть «як би» працювати, а насправді тільки псувати в схемі «картину струмів і напруг». І це саме підступне - прилад, який не працює шляхом, але явно і не демонструє несправність. А ще, дивись, в один прекрасний день рвоне що є сили. Тому такого «друга» краще перевірити, чим йому довірити.
Існує досить багато різновидів конденсаторів. І застосовуються вони повсюдно, а робочі параметри виробники все покращують. І всюди, де вони експлуатуються, виникають подібні питання. Як перевірити керамічний конденсатор? Як перевірити плівковий конденсатор? Як перевірити пусковий конденсатор? Як перевірити електролітичний конденсатор? Ну, smd-конденсатор перевіряти не будемо через надійності. Хіба що продзвонити НЕ випаюючи. Або перевірити ємність.
Перевіряти треба спочатку просто зовнішнім оглядом, якщо немає, то потім методом приладової перевірки на місці. Не виходить або не знаєш як перевірити конденсатор на платі без випоювання - тоді виконується вже конкретна перевірка конденсаторів тестером, кондер випаюється зі схеми.
Зовнішній вигляд конденсатора
Зовнішній вигляд конденсатора
Види несправностей конденсаторів (за даними TNS):
- Порушення цілісності корпусу.
Конденсатор при цьому вважаємо непрацездатним. Бо зазвичай порушується його цілісність через якихось проблем з електролітом. Електроліт - їдка рідина, і в нормі вона повинна бути надійно «захована» всередину конденсатора. Через якихось програвав - або подається напруга перевищувало на скачках і піках максимально допустимий для цього приладу, або від посиленої роботи всієї схеми на надмірно велике навантаження з великим перегрівом, або ж не було вжито заходів при штатній роботі щодо відведення тепла, що виділяється - не поставлені радіатори, додаткові вентилятори.
Електроліт може скипати, при цьому вспучівая або надриваючи оболонку. Те, що мультиметром не перевірити, видно неозброєним оком перевіряючого: електроліт може витікати, або помітні спучування на конденсаторі або тріщини. На фото зображені два конденсатора з результатами порушення герметичності. Лівий потік (електроліт вилився на схему). Правий спучився.
Вибух електролітичного конденсатора - це теж відома оказія, з ними іноді відбувається. Зліва випадок досить простий, праворуч - складний. Ворох чи волосся, то чи плівок.
- Пробій. На відміну від пробою оболонок, тут мається на увазі пробою внутрішній, електричний. При пробої провідники, які в нормальному пристрої близько розташовані один до одного, але немає дотику, тепер поплавилися і вступили в контакт. Що призводить до Закорочування пристрою. Тобто він стає просто проводить перемичкою між своїми зовнішніми контактами. Це небезпечно, як і будь-яке коротке замикання, і краще полярний конденсатор іноді прозванивать. Особливо якщо він високовольтний.
- Обрив. Провідники всередині можуть не закоротити, а, навпаки, разомкнуться. Тоді в ланцюзі на цьому місці вийде розрив.
- Зниження максимального допустимого напруги. Перевірка розмірів конденсатора мультиметром при цьому може нічого і не дати. Така його експлуатаційна характеристика, як максимально допустима напруга, може змінюватися (погіршуватися) з часом. Це може відбуватися теж з різних причин. Наприклад, деградація електроліту. Або погіршення властивостей внутрішніх діелектриків. При такому пороці може спостерігатися «оборотний пробій». Він настає при досягненні прикладеного до конденсатора напруги певного значення - нижче, ніж максимально допустимий. І конденсатор починає себе вести, як при «ослабленою формі» пробою: занадто великий струм, розігрів, можливе закипання ... Причому, пробій цей пропадає, як тільки напруга буде знято, а він охолоне. І перевірка на пробій нічого не дасть, конденсатор при невеликих токах і напружених буде «прикидатися нормальним».
Причому підступність полягає в тому, що фактичне максимально допустима напруга буде знижуватися і далі, а це як дізнатися? поки вся справа не перейде в «відкритий» (незворотний) пробою або вибух. Втім, вибуху може і не бути, тому що від такої «роботи» в конденсаторі рідкого електроліту вже могло й не залишитися.
- Збільшення внутрішнього опору конденсатора. Ще одне паразитное і досить хитромудрий явище - і теж, вимірювання ємності конденсаторів тут можуть нічого не дати.
Як і у всіх електричних приладів, у конденсатора є Rs, внутрішнє омічний опір (або ЕРС - еквівалентний послідовний опір, (ESR, equivalent series resistance, англ.), Яке на еквівалентних схемах ставлять послідовно із позначкою ємності. Вона зумовлена опором в обкладинках, висновках, і т.д. повинно бути мало, але завжди присутній і в справному приладі. Викликає активні втрати на змінному струмі, що веде до виділення зайвого тепла при роботі, тимчасових затримок на високих частотах, а не враховане в схемі сопротивл ення може привести до втрати балансу струмів і напруг там, де це важливо (наприклад, на блоках харчування). Цей параметр, також як і попередній, може служити показником старіння конденсатора. Позначається на роботі досить ємних конденсаторів - від 1 мкф і вище. При це внутрішній опір має бути менше 5 Ом.
Перевірка конденсатора мультиметром
Як вже говорили, перше, як перевірити працездатність - це провести зовнішній огляд конденсатора. Вибух пристрої намагаються не допустити вже виробники. Він походить від занадто твердого та непоступливого корпусу. Вони і вибухають, коли накопичиться тиск, що перевершує його міцність. А щоб цього не траплялося, у верхній частині корпус тонкий і має насічку. І тому від тиску зсередини йому легше злегка спучитися зверху, ніж вибухати, або, в крайньому випадку, надірвати цю хрестоподібну канавку. У цій ситуації просто випаюється і викидається прилад, який відслужив свій термін.
Мультиметр, або тестер - це прилад для вимірювання тиску, струмів, опорів. А також і для вимірювання ємності та індуктивності. Як визначити ємність конденсатора? Краще так: як виміряти ємність конденсатора мультиметром? Якщо у мультиметра є відповідна функція, то вимір ємності конденсатора робиться досить просто: треба знайти і налаштувати його вимірювач ємності на відповідний діапазон, починаючи з самого точного, і поступово дійти до появи необхідних показань. Але мова не про це. Нам необхідно з його допомогою перевірити працездатність конденсатора. Тому по пунктам.
- Пробій. Це дуже малий опір, практично нульове - опір оплавлених і спаяних контактних провідників. Такий факт можна перевірити пробником (буває і така функція у мультиметра).
- Обрив. Конденсатор і так постійний струм не проводить. Обрив ж означає припинення його роботи як конденсатора, тобто обірваний прилад не накопичує заряди і не пропускає змінну напругу. Можна скористатися вимірником ємності - окремим приладом або такою функцією мультиметра. Значення повинно збігатися з номіналом. Якщо вийшло нижче номіналу, значить процес старіння вже йде повним ходом. І краще такий конденсатор викинути.
Встановити факт накопичення конденсатором зарядів можна за допомогою батарейки для вимірювання опору, встановленої в мультиметри:
- Повністю розрядити конденсатор викруткою або щупом приладу.
- Мультиметр ставлять на вимір опорів. Діапазон - максимальний.
- Підключити прилад до конденсатору, дотримуючись полярності - плюс або «Ω» приладу - з плюсом конденсатора. Мінус (або «COM») приладу - з мінусом конденсатора.
- Почавши вимір, стежимо за поведінкою стрілки приладу. Спочатку має бути показання, близьке до нуля. Так поводиться конденсатор, який розряджений і почав накопичувати заряд, що приходить від батарейки приладу.
- На наступному етапі, у міру зростання накопичення заряду, показання приладу повинні збільшуватися. Процес заряджання, і струм при цьому повинен зменшуватися за експоненціальним законом. А прилад - заміряти зростаючий опір.
- При завершенні зарядки конденсатора струм більше не тече - прилад повинен показати нескінченне опір, тобто Х.Х. (2h) по постійному струму. У омметра мультиметра такий опір лежить з правого боку шкали.
Це норма. Змінюватися може лише швидкість зарядки, чим менше ємність - тим швидше. Неполярний конденсатор зарядиться практично миттєво. Будь-яке відхилення в поведінці стрілки приладу означає якусь ненормальність. Зменшення опору або відразу дуже маленька його величина означає пробою - повний або частковий.
Відразу великий опір - поведінка, що визначає розрив.
Опір збільшилася, але не досягло безкінечності - є відчутний струм витоку, говорить про поганий стан конденсатора. Якраз той випадок, коли краще викинути виріб, який працює, але погано.
- Максимально допустима напруга для конденсатора є величина паспортна, і була задана на етапах проектування і виготовлення. Її зловити важче вимірюваних характеристик. В процесі експлуатації цей параметр може зменшуватися, і в цьому сенсі перевірити конденсатор непросто, що можна помітити під час його роботи по небажаним явищам, які виникають при збільшенні напруги.
- Для вимірювання ESR (еквівалентного послідовного опору) розроблений спеціальний вимірювач ESR. Він міряє, власне, імпеданс на частоті, заданої змінним опорним напругою. Коли частота досить висока - 60-100 кГц, то для електролітичних конденсаторів великих ємностей ці прилади покажуть значення, мають найтісніший контакт ESR. А чим нижче частоти, тим в імпедансі все більше буде проявлятися реактивна складова, що дасть дуже велику похибку.