Одним из самых слабых мест электронных устройств являются электролитические конденсаторы. Зачастую выход из строя полупроводниковых приборов – это довольно-таки редкое явление. Если сравнивать электронный прибор с человеческим организмом, то можно сказать, что вся полупроводниковая электроника вкупе с печатной платой и резисторами – это аналог скелета, а конденсаторы и индуктивности – это мышцы. Растяжение или повреждение мышц в человеческом организме приводит к тому, что человек едва-едва может нормально двигаться. После легкой травмы у человека кости, как привило, целы, а мышцы растянуты или порваны. Аналогичная ситуация складывается и с электроникой: с виду весь «скелет» целый – транзисторы и микросхемы нормальные, а схема не работает из-за какой-нибудь связующей «мышцы», к примеру, электролитического конденсатора. Цель данной публикации – дать базовые диагностические знания, необходимые для первичной диагностики электронного оборудования любой конструктивной сложности.
Все в этом мире не идеально
Для корректной проверки конденсатора необходимы первичные знания о том, чем реальные конденсаторы, которые стоят в реальных электронных приборах, отличаются от идеальных конденсаторов, которые существуют только в умах математиков и физиков. Идеального, как известно, нет ничего. Конденсаторы – это самый яркий пример этого умозаключения. Та простота, с которой объясняют принцип действия и устройство конденсатора учителя физики, как правило, не имеет ничего схожего с тем, что происходит в реальных электронных устройствах с электролитическими конденсаторами. Сразу отметим, что под идеальным конденсатором мы будем понимать такой конденсатор, который имеет нулевое ESR, бесконечно высокое сопротивление между обкладками, а также его емкость никаким образом не зависит от частоты тока, температуры окружающей среды, напряжения. Такой конденсатор можно лишь представить в виде идеализированной математической модели, к которой нужно стремиться производителям радиоэлектронных компонентов. Реальный конденсатор выглядит гораздо сложнее. Помимо полезной электрической ёмкости в его конструкцию вмешиваются некие виртуальные сопротивления, которые подразделяются на эквивалентное последовательное сопротивление, обозначаемое ESR, и внутреннее сопротивление. В хороших конденсаторах параметр ESR должен быть практически равным если не нолю, то нескольким десятым долям 1-го Ома. Величина внутреннего сопротивления должна быть равна нескольким МОм (как правило, не более 20 МОм). Именно эти паразитные сопротивления мешают конденсатору выполнять свои прямые обязанности – быстро накапливать энергию, сохранять ее в неизменном количестве, а также отдавать настолько молниеносно, насколько это вообще теоретически возможно. В реальности высокое значение параметра ESR мешает конденсатору быстро заряжаться и разряжаться, а не бесконечное сопротивление диэлектрического материала межу обкладками конденсатора неизбежно приводит к утечкам, то есть энергия постоянно рассеивается. В идеале конденсатор, будучи заряженным до 12 Вольт, должен был бы сохранить эти 12 Вольт и через час, и через 2, и через сутки, и через год. В реальности такой конденсатор разряжается через самого себя в течение считанных минут. Также параметр емкости может «плавать» в зависимости от температурных режимов работы конденсатора, а также от амплитуды и формы напряжения между обкладками.
Как проверить конденсатор?
Сразу оговоримся, что проверять конденсатор нужно только вне платы. Параллельно соединенные резисторы, транзисторы и микросхемы вряд ли смогут дать нам измерить внутреннее сопротивление максимально точно. Первичная диагностика на фатальное увеличение ESR, на обрыв, на короткое замыкание, на сильную потерю емкости и т.п. – вот тот непреодолимый диагностический максимум, который мы сможем достигнуть, не выпаивая конденсатор из платы. Реально оценить все параметры «здоровья» конденсатора можно лишь выпаяв его из платы. Перед проверкой конденсатора его необходимо в обязательно прядке разрядить, закоротив его рабочие выводы пинцетом. Помните, что электрического заряда, запасенного им в процессе работы в составе электронного прибора, бывает вполне достаточно, чтобы вывести любой ESR- или LC-метр из строя. Методик для проверки конденсаторов великое множество, но стоит помнить, что ни одна из них не может в полной степени продиагностировать все известные дефекты. Начнем с самого простого, а именно с проверки при помощи мультиметра или тестера.
Если речь идет об электролитическом конденсаторе, то необходимо помнить о правильной полярности: подключаем красный щуп прибора к положительному терминалу конденсатора, а черный – к минусовому. Определить полярность конденсатора можно по обозначению на корпусе, выполненному в виде полоски. Аналоговый или цифровой прибор нужно переключить на Омы, то есть в режим измерения сопротивления. Как правило, выставляется предел 20 МОм или 200 МОм, если ваш прибор позволяет измерять столь высокие величины электрического сопротивления. С самого начала прибор должен показать нулевое сопротивление, а затем оно должно медленно, но верно увеличиваться до нескольких МОм. Особенно приятно следить за этим процессом, работая за старым-добрым аналоговым тестером, где вместо мигающего дисплея установлена стрелочная индикация. Сначала стрелка должна качнуться в сторону малого сопротивления, а потом медленно уходить в сторону бесконечного электрического сопротивления. С помощью цифрового мультиметра можно произвести аналогичные измерения, только вместо движения стрелки вы будете наблюдать за цифрами. Произведя измерения таким манером, вы сами того не понимая, заряжайте конденсатор от батарейки, которая входит в состав вашего измерительного прибора. Обязательно засеките время, которое занимает полный заряд конденсатора. Запомните это значение. Далее возьмите эталонный или заведомо исправный конденсатор аналогичной марки, номинала, вольтажа и допуска, дабы произвести аналогичный тест. Сравнив время заряда заведомо исправного конденсатора с временем заряда тестируемого конденсатора, вы узнаете, насколько изменился параметр его емкости. Безусловно, данный метод не гарантирует 100% гарантии исправности тестируемого конденсатора, хотя адекватную проверку на обрыв, на короткое замыкания, на потерю емкости он все-таки дает. Короткое замыкание выдаст нулевое или малое сопротивление. Обрыв – бесконечное сопротивление на всех этапах тестирования.
Далее можно порекомендовать проверить, насколько быстро тестируемый конденсатор теряет заряд. Используя лабораторный блок питания, зарядим конденсатор до напряжения, которое он заведомо должен выдержать. Если на корпусе написано 6.3В, то заряжать до 7 В – просто преступно. Зарядите его, к примеру, до 5 вольт, а затем подсоедините тестер в режиме вольтметра, и проследите, как будет изменяться напряжение. Сравнив время разряда с эталонными параметрами для такого конденсатора, вы поймете, настолько исправен такой радиокомпонент. Проверка под рабочим напряжение может выявить дефекты, которые никаким образом себя не проявляли при проверке либо на тестере, либо на LC-метре. Поэтому не забывайте, что в реальных конденсаторах важные параметры изменяются от частоты, от напряжения, от температуры и т.п.
Завершающим этапом в диагностике может стать проверка параметров ESR и текущей емкости. Для этого используется специальный ESR-метр, к примеру, прибор ESR-micro v4.0s прекрасно справится с этой задачей. Либо через микро панельку на лицевой стороне прибора, либо через специальные щупы подключите тестируемый конденсатор к прибору ESR-micro v4.0s. За считанные секунды прибор максимально точно переделит параметр последовательного эквивалентного сопротивления, а также укажет, какая сейчас у конденсатора емкость.
Помимо вышеприведенных диагностических приемов существует великое множество уловок, связанных с включением тестируемого конденсатора в самодельные измерительные приборы, генераторы звуковой частоты и т.п. Лучшее тестирование – это поставить тестируемый конденсатор в аналогичные условия, т.е. на него должно подаваться тоже напряжение и по амплитуде, и по частоте, которое должно подаваться в штатном режиме его работы. Существуют ситуации, когда один и тот же конденсатор может вполне нормально работать в одной схеме, а в другой — полностью отказаться функционировать. Поэтому помните, что наилучший ремонт – замена всех электролитических конденсаторов, которые проработали более 5-6 лет.