Что такое конденсатор
Среди электронных компонентов, наиболее часто встречающихся в рекомендациях по ремонту оборудования наверно более 50% всех случаев поломки случаются из-за неисправности конденсаторов. Как электрический прибор конденсатор участвует во множестве электрических схем. Основа работы такого элемента основана на постепенном накоплении электричества разного потенциала между обкладками и его последующего резкого разряда.
Сегодня наиболее распространенными в схемотехнике являются два вида конденсаторов:
- электролитические или полярные, называются так, потому что при включении в схему аппаратуры требуют установки согласно полярности: «плюс» к плюсу схемы, а вот «минус» к отрицательному;
- неполярные все остальные типы конденсаторов.
Конструкция подобного рода электронных компонентов для элементарного представления довольно проста и состоит из двух проводящих электрический ток изолированных диэлектриком обкладок. В качестве диэлектрика используются различные вещества и материалы, не проводящие электрический ток – воздух, керамические пластины, специальная бумага, слюда.
На практике эти электронные компоненты являются небольшими по размерам приборами, но при этом имеют очень большую и довольно чувствительную емкость, поэтому при работе с ними необходимо максимально соблюдать осторожность и внимательность
Свойства электролитического конденсатора
Различные свойства электролитического конденсатора следующие:
Диэлектрическая проницаемость (K) электролитического конденсатора
Как и в случае с керамическим конденсатором, электролитический конденсатор также имеет высокую диэлектрическую проницаемость (K). Из-за этого он предлагает высокие значения емкости при уменьшенных размерах.
Температурное ограничение электролитического конденсатора
Поскольку конденсатор этого типа содержит электролитное желе, его нельзя использовать при температуре ниже -40ºC (так как низкая температура может привести к замерзанию этого желе) и выше + 105ºC (так как высокая температура может привести к испарению этого желе).
Примечание. Ранее я упоминал диапазон температур от -10ºC до + 85ºC. Однако я изменил его, когда мой друг Гарри (инженер-электронщик с более чем 10-летним опытом работы) сообщил мне о текущем развитии температурных характеристик этих конденсаторов.
Поляризация электролитического конденсатора
Эти конденсаторы поляризованы. Они должны быть подключены таким образом, чтобы электролит всегда был отрицательным электродом. При таком подключении небольшой ток будет течь через конденсатор.
Однако, если они подключены наоборот, то это приведет к протеканию большого тока, который, в свою очередь, может повредить конденсатор навсегда.
Стоимость электролитического конденсатора
Они имеют очень низкую стоимость производства.
Различные размеры
Они доступны в различных размерах, от огромного до меньшего в соответствии с требованием. Именно поэтому, как и керамические конденсаторы, место для установки не является проблемой.
Надежность
Они достаточно надежны и являются одним из наиболее часто используемых конденсаторов в семействе конденсаторов. Они также обладают высокой терпимостью.
Диапазон емкостного сопротивления электролитического конденсатора
Они обычно доступны в больших значениях емкости, варьирующихся обычно от 01 мкФ до нескольких фарад.
Номинальное напряжение электролитического конденсатора
У них очень низкий уровень напряжения. На самом деле это один из недостатков электролитических конденсаторов.
Что нужно знать для проверки конденсатора мультиметром
Специалисты знают, что в электротехнике бывают всего две неисправности: есть контакт там, где не надо, и нет контакта там, где это надо. А вот в электронике есть ещё изменение характеристик элементов. Так вот, у конденсатора периодически бывает изменение характеристик, а мультиметр – это прибор, с помощью которого эти неприятности можно обнаружить и даже измерить.
Устройство и принцип работы мультиметра
Лет 25 назад этот прибор был довольно солидных размеров и назывался тестер. С его помощью проводили тестирование (испытания, проверку) электрической цепи на предмет поиска обрыва или ненужного замыкания. Состоял он из гальванометра и набора катушек-сопротивлений с переключателем. Последний позволял выбрать режим измерений – силу тока, величину напряжения или сопротивление цепи.
Современный мультиметр в соответствии со своим названием способен на многочисленные измерения и проверки. Кроме вышеназванных, с его помощью можно проверить работоспособность диодов и транзисторов, а также конденсаторов. Вместо стрелочного гальванометра у него цифровой дисплей, а габаритные размеры и вес стали значительно меньше, чем у старого тестера. Во всех мультиметрах устанавливается 9-вольтовый источник питания типа «Крона».
ФОТО: arduinomaster.ruОбычный цифровой мультиметр. Переключатель в режиме измерения сопротивления ФОТО: arduinomaster.ruАналоговый стрелочный тестер
Особенности конденсаторов в зависимости от вида
Конденсатор – это элемент, способный накапливать электрический заряд. В общем виде он состоит из двух токопроводящих пластин, разделённых диэлектриком (непроводящим материалом). Величина накапливаемого заряда зависит от площади этих пластин и от природы диэлектрика. Свойство накапливать заряд называется ёмкость конденсатора. Основной единицей измерения величины ёмкости является фарад — накопленный заряд в 1 Кулон при напряжении на обкладках 1 Вольт. На практике применяются более мелкие единицы измерения. Они в тысячу, в миллион и в миллиард раз меньше фарада.
ФОТО: stroyday.ruМногообразие видов конденсаторов
Конструирование конденсаторов имеет своей целью повышение ёмкости без увеличения внешних габаритов. В этом причина использования различных материалов для пластин и диэлектриков, а также появление множества видов этого прибора. Для увеличения площади токопроводящих пластин, их изготавливают в виде длинной полипропиленовой металлизированной ленты, свёрнутой в виде цилиндра или сложенной гармошкой с прослойкой ленты диэлектрика. Конденсаторы металлобумажные, бумажные, серебряно-слюдяные и слюдяные устроены именно таким образом.
ФОТО: stroyday.ruСеребряно-слюдяные конденсаторы
По типу диэлектрика различается несколько типов конденсаторов – вакуумные, с газообразным, неорганическим, органическим диэлектриком, электролитические, твердотельные.
Главный отличительный признак у конденсаторов – наличие свойства полярности. У полярных строго определена обкладка, имеющая знак «+», и обкладка, имеющая знак «-». Это обязательно учитывается в схеме их применения и при проверках.
Электролитические конденсаторы являются характерным представителем класса полярных. Они изготовлены в виде алюминиевого цилиндра, в котором свободное пространство между обкладками заполнено электролитом. Эти конденсаторы имеют объёмы от очень маленьких, от долей кубического сантиметра до очень больших – нескольких десятков см³, и большие ёмкости – до тысяч микрофарад, то есть, единиц миллифарад.
ФОТО: stroyday.ruЭлектролитические полярные конденсаторы
Танталовые полярные конденсаторы при малых габаритах имеют высокую ёмкость, но и стоят значительно дороже.
ФОТО: stroyday.ruТанталовые полярные конденсаторы – миниатюрные «капельки» с весьма внушительными показателями ёмкости
Керамические конденсаторы представляют класс неполярных. Они компактны, работают в широком диапазоне напряжений, имеют высокую надёжность и низкую цену.
ФОТО: electroinfo.netНеполярные керамические конденсаторы
Проверка на короткое замыкание
Есть три способа проверить конденсатор на короткое замыкание:
- 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.
- 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. Если при проверке конденсатора наблюдается эффект постепенного роста сопротивления вплоть до бесконечности (ну или светодиод на какое-то время вспыхивает и гаснет) то конденсатор совершенно точно имеет какую-то емкость. Следовательно, проверку на обрыв можно не делать.
- 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.
Что такое тестер конденсаторов
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.
Выполнение измерения емкости
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.
ESR-измерители производят определение эквивалентного последовательного сопротивления. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Оно может существенно возрастать при увеличении частоты. Этот параметр оценивают с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большую величину, то в некоторых ситуациях может быть нарушен температурный режим работы элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.
Вам это будет интересно Работа со сварочным аппаратом
Существуют специальные измерители емкости.
Аналоговое устройство
ESR-метр
Такой измерительный прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем. У него имеются 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй — отрицательным. Перед тем, как проверять, элемент разряжают, закорачивая выводы друг на друга. Чтобы провести измерение, щупы соединяют с выводами конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо при этом учитывать полярность щупов.
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.
К его выводам элемента, который нужно выпаять из схемы, подключают красный и черный щупы. Теперь необходимо следить за данными на дисплее. Если там 0, то это означает обрыв контактов или другое механическое повреждение. Если tester показывает увеличивающиеся цифры и в конце концов появляется 1, то это говорит о работоспособности детали. Если сразу появляется единица, то это означает, что в конденсаторе произошел пробой.
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.
В мультиметре предусмотрена возможность непосредственного измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель аппарата для ее измерения и выбрать наиболее подходящую шкалу. Обычно для контактов конденсатора предусматриваются особые клеммы. Если их нет, надо воспользоваться красным и черными щупами. В последнем случае необходимо воспользоваться такими же клеммами, как при измерении сопротивления.
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.
Протечка электролита
Проверка мультиметром
При помощи мультиметра проверяют два параметра конденсатора: внутреннее сопротивление и емкость.
Внутреннее сопротивление (проверка на пробой и обрыв цепи)
Мультиметр переводят в режим измерения сопротивления путем установки переключателя в сектор «Ω» на верхнюю позицию — у разных моделей это 2 или 20 МОм.
Далее касаются щупами выводов конденсатора. Если тот исправен, происходит следующее:
- вначале мультиметр показывает низкое сопротивление — конденсатор заряжается подаваемым на щупы напряжением;
- по мере увеличения заряда в конденсаторе, сопротивление постепенно возрастает и в конце концов достигает очень высокой величины: на дисплее — значение свыше 2 МОм или «1» (символ бесконечности).
Иное поведение прибора свидетельствует о неисправности элемента, когда сопротивление:
- оказалось ниже 2 МОм: конденсатор пробит (появилась проводимость в диэлектрике между обкладками);
- сразу стало бесконечно большим: обрыв вывода.
Конденсаторы делятся на два типа: полярные и неполярные. Первые чувствительны к полярности измерений и если ее перепутать, подав на «минусовый» вывод положительный потенциал, а на «плюсовой» — отрицательный, выходят из строя. «Минусовый» вывод распознают по отметке в виде «птички» на корпусе конденсатора.
В мультиметре потенциалы распределяются так:
- порт «COM» — отрицательный: по негласному правилу сюда включают черный щуп;
- порт «V/ Ω» — положительный: принято включать красный щуп.
При измерении сопротивления неполярного конденсатора полярность можно поменять. Элемент перезаряжается и показания на мультиметре снова возрастают от малых величин до 2 МОм и более.
При наличии заведомо исправного конденсатора той же марки, состояние исследуемого проверяют методом сравнения:
- замеряют сопротивление исправного конденсатора;
- то же самое выполняют для исследуемого элемента;
- сравнивают скорость изменения показаний на мультиметре.
Для этого метода более подходит аналоговый (стрелочный) тестер: плавно отклоняющаяся стрелка четко отражает изменение сопротивления в режиме реального времени.
Конденсатор проверяется в разряженном состоянии, иначе возможна электротравма или повреждение мультиметра.
Способ разряда зависит от емкости:
- малая (низкое напряжение): закорачивают выводы отверткой;
- большая (высокое напряжение): замыкают выводы резистором сопротивлением 10 кОм.
Резистор удерживают инструментом с изолированными ручками.
Емкость
Измерение емкости возможно при наличии в мультиметре специальной функции. У таких приборов на лицевой панели имеется сектор «CX».
Конденсатор подключается двумя способами:
- у некоторых моделей имеются разъемы для щупов с пометкой «CX»;
- у других в сектор «CX» выведены две контактные площадки с пометками «+» и «-».
При контакте щупов или площадок с выводами конденсатора на дисплее отображается значение емкости. Полученные данные сравнивают с числовым показателем, указанным на корпусе конденсатора, после чего делают вывод о его пригодности.
Мультиметр
Переключатель должен быть установлен в секторе «CX» на позиции с ближайшим большим значением по отношению к ожидаемой емкости. Обычно в секторе имеется 5 позиций со данными от 20 нФ до 200 мкФ.
Данный способ контроля не подходит для конденсаторов емкостью менее 0,25 мкФ. Их проверяют специальным устройством — LC-метром.
При отсутствии функции определения емкости, конденсатор проверяют так:
- Заряжают его от источника постоянного тока. Напряжение источника — примерно вдвое меньше напряжения конденсатора. Для элемента на 25 В достаточно источника на 9 – 12 В.
- Выждав несколько секунд, чего обычно достаточно для полной зарядки, радиодеталь отключают от питания и мультиметром замеряют напряжение на ее выводах.
Измеритель настраивается следующим образом:
- черный щуп включен в порт «COM»;
- красный — в порт «V/Ω»;
- переключатель: в сектор измерения постоянного напряжения («DCV» или «V-») на позицию с ближайшим большим значением относительно ожидаемого напряжения конденсатора.
Важно успеть прочитать первые показания, поскольку напряжение постепенно будет снижаться — конденсатор разряжается через мультиметр.
Как работает полимерный конденсатор
Чтобы проверить любой прибор, желательно понимать механизм его работы. Поскольку тема нашего материала — твердотельные конденсаторы (аналоги электролитических), значит речь пойдет о радиоэлементах для постоянного тока, то есть полярных. Все со школьной скамьи помнят эту иллюстрацию:
Две металлические пластины с диэлектриком между ними (для лаборатории подойдет даже воздух). Если на контакты подать потенциал, между пластинами накапливается разноименные заряды, и в пространстве между ними возникает электрическое поле. При отсутствии электрической цепи это поле может сохраняться достаточно долго (современные элементы обеспечивают утечку заряда, стремящуюся к нулю). Именно это свойство лежит в основе применения конденсаторов.
Элемент имеет определенные основные характеристики:
- Рабочее напряжение определяется величиной, при которой не наступает пробой диэлектрика. Конденсаторы выглядят совсем не так, как мы привыкли видеть на лабораторном столе в классе физики. Детали весьма компактны, соответственно расстояние между пластинами минимально. Отсюда ограничение по предельному напряжению.
- Емкость конденсатора — его главный параметр. Он определяет, сколько электрической энергии деталь может накопить и удерживать в себе. Величина напрямую зависит от площади пластин.
Второстепенные характеристики:
- Параметры утечки. Могут определяться током потери накопленного заряда, либо сопротивлением диэлектрика. Идеальные показатели возможны только в вакууме, но такие конденсаторы для бытового использования не выпускаются.
- Температурный коэффициент: определяется дельтой изменения емкости в зависимости от температуры.
- Точность — указывается в процентах. Показывает разброс параметров емкости от эталонной (маркировочной) величины.
Как проверить конденсатор при помощи прибора ESR-METR
Недавно я приобрел ESR-METR и я решил выполнить им ту же самую проверку.
Методика проверки очень проста. Прибор необходимо откалибровать, в моем случае в комплекте идет специальная перемычка, при помощи которой замыкается нужная группа контактов на колодке 1-4. Нажимаем кнопку и прибор автоматический калибруется, сообщив нам об этом на своем экране. После калибровки не забываем разрядить конденсатор и подключаем его к нужным нам разъемам. и производим измерение.
Каждый конденсатор обладает и паразитными свойствами, например сопротивлением. Из фото видно, что емкость конденсатора соответствует заявленным характеристикам, а также присутствует паразитное последовательное сопротивление номиналом 1.2 Ом, из за этого потери на данном конденсаторе составляют 0,5%.
В нашем случает этот показатель великоват, что говорит о высыхании конденсатора, устанавливать его в схему не рекомендуется.
Проверка электролитических конденсаторов
Существуют небольшие отличия, как проверить конденсатор мультиметром в режиме омметра. Полярные конденсаторы проверяются аналогично, но порог измерения у них составляет 100 кОм. Как только устройство зарядится и показание перевалит за эту величину, здесь можно судить о том, что деталь исправна.
Важно! Перед тем как проверить работоспособность конденсатора мультиметром, его следует разрядить путем соединения выводов. Высоковольтные детали из блоков питания подключаются на активную нагрузку, например через лампу накаливания
Если заряд оставить, можно испортить прибор или получить ощутимый разряд, дотронувшись до выводов руками.
К конденсатору подсоединяются щупы, показывающие рост сопротивления у исправной детали. Черный щуп с отрицательной полярностью подключается к минусовому проводнику, а красный – к положительному. На поверхности электролитического конденсатора минус обозначается белой полосой на боковой стороне.
На стрелочных приборах подобную проверку производить удобней, поскольку по скорости перемещения стрелки можно судить о величине емкости. Можно протестировать исправные детали с известными показателями и составить таблицу, по которой приблизительно определяется емкость по показаниям скорости падения напряжения.
После того, как конденсатор зарядится при тестировании (обычно до 3 В), на нем замеряется величина напряжения. Если она составляет 1 В или меньше, деталь нужно заменить, поскольку она не зарядилась. После проверки исправный конденсатор припаивается обратно, но его следует предварительно разрядить, закоротив ножки щупом.
Гарантия на электролитический конденсатор означает, что в течение заданного времени величина его емкости не выйдет за указанные пределы, обычно не превышающие 20 %. Когда срок службы превышен, деталь остается работоспособной, но величина емкости у нее другая, и ее необходимо контролировать. Как проверить конденсатор мультиметром в этом случае? Здесь емкость измеряют специальным прибором.
Обрыв трудно обнаружить с помощью омметра. Его признаком служит отсутствие изменения показаний в режиме омметра.
Как проверить электролитический конденсатор не выпаивая
Проверка конденсатора на плате
Сильно искажают показания обмотки трансформаторов и другие катушки индуктивности.
Для измерений применяют специальные приборы, использующие низкие напряжения. Это исключает повреждение других элементов. Для обычного мультиметра изготавливают приставку — схемы опубликованы в интернете.
Можно проверить радиодеталь следующим способом: параллельно ей впаивается заведомо исправный конденсатор с тем же номиналом. Если схема заработала, значит исследуемый элемент неработоспособен.
Чтобы проверить конденсатор, необязательно располагать специально предназначенным для этого прибором LC-метром. Пригодится и мультиметр. Главное не путать «плюс» с «минусом», если конденсатор электролитический.
Виды конденсаторов и их неисправности
Если необходима проверка конденсатора на схеме тестером, то необходимо знать какие есть на сегодняшний виды этих электронных компонентов. Конденсаторы могут быть неполярными (керамические) и полярными (электролитические). Принцип работы всех «кондёров» заключается в том, что элемент способен накапливать некоторый электрический заряд, что возможно при подключении к источнику тока.
Виды конденсаторов и возможные варианты неисправностей
Конденсаторы полярные
Определить какой вид устройства перед вами достаточно просто, уже название вам дает подсказку, что «полярные» должны иметь полярность, то есть иметь (+ плюс) и (- минус). Их подключение в электросхему строго регламентировано в соответствие полярности. Плюс подключается к плюсу, минус к минусу. При нарушении этого правила — конденсатор не будет работать, а вместе с ним и вся схема.
Все полярные конденсаторы заполнены электролитом (твердым или жидким), поэтому их классифицируют как электролитические. Их физические параметры (емкость) находится в следующих параметрах 0.1 ÷ 100000 мкФ.
Конденсаторы неполярные
Неполярные конденсаторы, как вы уже поняли, не имеют полярности и не требуют строгого соблюдения условий подключений. У них нет ни плюса, ни минуса. Роль диэлектрика у них могут выполнять: бумага, стекло, керамика и слюда. Их физические параметры (емкость) незначительна и находится в следующем диапазоне (от нескольких микрофарад до нескольких пикофарад).
Очень важно знать к какому типу относится радиоэлемент, так как для каждого типа применима своя проверка мультиметром. Это очень важный момент
Наиболее частые неисправности конденсаторов:
- короткое замыкание между обкладками, в следствии повреждения или перегрева — неисправность выявляется любым тестером в режиме прозвона;
- полная потеря ёмкости — у конденсаторов с большой ёмкостью неисправность выявляется просто, а для элементов менее 500 пФ необходимо оборудование;
- частичная потеря ёмкости — керамические и пленочные конденсаторы могут получить эту неисправность в результате механического повреждения;
- низкое сопротивление утечки (элемент «не держит» заряд) — этот дефект свойственен, в основном, электролитическим конденсаторам.
Перед тем, как проверить конденсатор, необходимо его разрядить. Особенно это касается элементов с большой емкостью и высоким напряжением, иначе можно испортить тестер. Низковольтные конденсаторы с малой емкостью можно просто закоротить обычной отверткой. Конденсаторы с емкостью от 100 мкФ разряжать следует уже через резистор сопротивлением 5-20 КОм и мощностью 1 – 2 Вт.
При разрядке элемента постарайтесь не касаться оголенных контактов руками. Резистор следует зажать щипцам или плосками в изоляции и с помощью него закоротить на несколько секунд выводы конденсатора, чтобы убрать с обкладок остаточный заряд. После этого можно смело проверять мультиметром конденсатор на работоспособность, а для этого есть масса способов, о которых мы расскажем далее.
