Какое esr должно быть у конденсатора: Таблица ESR. Ориентировочные и реальные значения ESR конденсаторов. — КАРТРИДЖИ лазерные BROTHER, CANON, HP, KYOCERA MITA, PANASONIC, RICOH, SAMSUNG, XEROX

Содержание

Таблица ESR. Ориентировочные и реальные значения ESR конденсаторов.

Таблица допустимого и реального ESR (Эквивалентного последовательного сопротивления)

Как известно, эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) зависит от многих факторов. Поэтому результаты измерений этого параметра разными ESR-метрами порой сильно различаются. Некоторые приборы даже имеют специальную таблицу с допустимыми значениями ESR для сравнения.

В Таблице №1 указаны величины ESR новых, ранее нигде не применявшихся электролитических конденсаторов. Значения получены путём измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью тестера LCR T4, о котором я уже рассказывал на страницах сайта. Думаю, данная таблица будет полезна при оценке качества электролитических конденсаторов и принятии решения о пригодности их повторного использования или замене при ремонте.

На данный момент таблица №1 не заполнена полностью, так как у меня не оказалось в наличии конденсаторов некоторых номиналов. Несмотря на это, таблица постепенно будет дополняться новыми данными.

Таблица №1. ESR новых электролитических конденсаторов (тестер LCR T4).

мкф/вольты	6,3V	10V	16V	25V	35V	50V	63V	160V	250V	400V	450V
1						4,3		10
2,2
4,7						1,7			2,6
10						2	1,1	2,7	2,2
22				0,69		1,2					0,77
33							0,44	0,91
47				0,84		0,87	0,49			0,68
68											0,33
82										0,57	0,55/0,89
100		0,46	0,75	0,17	0,4	0,29		0,43		0,77	0,35
220			0,53	0,25						0,49
330			0,25	0,22
470				0,16	0,13	0,12	0,08
1000			0,07	0,08	0,07
2200			0,03	0,02	0,03
4700			0,03

В качестве образцов для измерения ESR (Таблица №1) использовались новые конденсаторы разных производителей. Преимущественно это конденсаторы Jamicon серии TK – с широким температурным диапазоном (значения выделены жирным шрифтом), а также ELZET, SAMWHA и GEMBIRD. Стоит отметить, что при проверке конденсаторы Jamicon

показали более низкое значение ESR по сравнению с другими.

Отмечу и то, что производители выпускают конденсаторы с разными характеристиками и свойствами. Их делят на серии. В приведённой таблице приводится ESR обычных конденсаторов.

Кроме них выпускаются и конденсаторы Low ESR и Low Impedance, ЭПС которых, как правило, очень мал и порой составляет сотые доли ома.

Заносить величину ESR или импеданса таких конденсаторов в таблицу нет особого смысла, так как он очень мал и его легко узнать из документации на серию.

В колонке на 450V для ёмкости 82μF указано два значения ESR. Первое – среднее значение для конденсаторов SAMWHA (SD, 85⁰C(M)). Второе, выделенное

цветом, это ESR конденсатора CapXon (LY, 105⁰C) для ЖК-телевизоров в вытянутом корпусе (13х50).

Отмечу ещё раз, что разные модели ESR-метров могут показывать разную величину ESR у одного и того же конденсатора. Как уже говорилось, эквивалентное последовательное сопротивление зависит от многих факторов, да и методика его измерения у различных приборов отличается. Поэтому здесь и указано, какой прибор применялся для измерений.

Для сравнения приведу ещё одну таблицу. Перед вами Таблица №2 с ориентировочными значениями ESR для электролитических конденсаторов разной ёмкости. Данная таблица используется Бобом Паркером в разработанном им ESR-метре K7214.

Таблица №2. Таблица значений ESR, применяемая Бобом Паркером в ESR-метре K7214.

мкф/вольты	10V	16V	25V	35V	63V	160V	250V
1				14	16	18	20
2.2			6	8	10	10	10
4.7			15	7,5	4,2	2,3	5
10		6	4	3,5	2,4	3	5
22	5,4	3,6	2,1	1,5	1,5	1,5	3
47	2,2	1,6	1,2	0,5	0,5	0,7	0,8
100	1,2	0,7	0,32	0,32	0,3	0,15	0,8
220	0,6	0,33	0,23	0,17	0,16	0,09	0,5
470	0,24	0,2	0,15	0,1	0,1	0,1	0,3
1000	0,12	0,1	0,08	0,07	0,05	0,06
4700	0,23	0,2	0,12	0,06	0,06

Как видно, некоторые ячейки таблицы №2 пусты. Для конденсаторов ёмкостью до 10 мкФ максимально допустимой величиной ESR приемлемо считать 4 – 5 Ом.

Не помешает помнить одно простое правило:

У любого исправного электролитического конденсатора ESR не превышает 20 Ом (Ω).

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Определение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов

Добавлено 12 декабря 2019 в 07:16

Сохранить или поделиться

Рассмотрим подробнее важность ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) конденсатора, как его измерить, и какие факторы могут повлиять на ваши измерения.

По мере того, как рабочие частоты увеличиваются, а электронные системы становятся все сложнее и меньше, разработчики должны уделять пристальное внимание ESR (эквивалентному последовательному сопротивлению) конденсатора, поскольку оно влияет на энергопотребление и эффективность.

Знание значения ESR в ожидаемых условиях работы может очень помочь в определении пригодности конкретного конденсатора для выполнения заданной функции.

Некоторые производители указывают ESR при конкретных частоте и рабочих условиях, некоторые просто указывают коэффициент рассеяния, а другие не предоставляют ни ESR, ни коэффициента рассеяния.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) является одной из характеристик неидеального конденсатора, которая может вызывать различные проблемы производительности в электронных схемах. Высокое значение ESR ухудшает производительность из-за потерь I²R, шума и более высокого падения напряжения.

В некоторых случаях тепло, выделяемое благодаря ESR, невелико и может не вызывать проблем. Однако в некоторых схемах, особенно в приложениях с большим током, рассеиваемое тепло может вызвать значительное повышение температуры, повлиять на работу схемы и вызвать деградирование конденсатора. Кроме того, на сопротивлении происходит значительное падение напряжения, что снижает долю полезной энергии в приложении.

Таким образом, при выборе конденсатора для таких применений, как ВЧ, аккумулирование энергии, схемы фильтров и другие чувствительные схемы, требуется учет и других характеристик, помимо значений емкости и напряжения.

Связанная информация

Влияние ESR на радиочастотные схемы и схемы аккумулирования энергии

Несмотря на то, что ESR у керамических конденсаторов очень мало, порядка миллиом, это сопротивление может существенно повлиять на такие схемы, как радиочастотные схемы и схемы с низким энергопотреблением.

В переносных радиочастотных передатчиках конденсаторы с высоким ESR в схемах связи или обхода источника питания усилителя потребляют и расходуют больше энергии аккумулятора из-за более высоких потерь I²ESR. Это уменьшает эффективность, выходную мощность и срок службы батареи.

Кроме того, большинство радиочастотных полупроводниковых устройств, изготовленных для согласующих каскадов, построены с очень низким входным сопротивлением. Таким образом, согласующий конденсатор, такой как многослойный керамический чип-конденсатор (MLCC) с высоким ESR, будет представлять собой значительную долю от общего полного сопротивления цепи. Например, если входной импеданс устройства составляет 1 Ом, согласующий конденсатор с ESR 0,8 Ом будет рассеивать около 40 процентов общей мощности, таким образом, уменьшая выходную мощность и эффективность схемы.

Конденсаторы в приложениях по аккумулированию энергии выполняют более важную роль – накапливают заряд от низковольтных источников энергии и быстро и эффективно разряжают эту накопленную энергию для питания нагрузки. Следовательно, конденсаторы и другие компоненты в цепях аккумулирования энергии должны во время работы потреблять очень мало энергии.

Конденсатор с высоким ESR будет иметь бо́льшие потери I²ESR, поэтому часть полученной энергии в конечном итоге будет потрачена впустую в виде тепла, что приведет к уменьшению выходной энергии конденсатора. Однако разработчики могут предпочесть суперконденсаторы (несмотря на их более высокие ESR и утечку), потому что они предлагают более высокую плотность энергии.

Определение эквивалентного последовательного сопротивления с помощью измерителя ESR

Измеритель ESR является умеренно точным прибором, который доступен и удобен в использовании, особенно при измерении нескольких конденсаторов, когда они находятся в схеме. На конденсатор в схеме делителя напряжения подается переменное напряжение. Частота подаваемого переменного напряжения обычно равна значению, при котором реактивное сопротивление конденсатора незначительно.

Рисунок 1 – Простая модель измерения ESR

Во время теста с использованием измерителя ESR ток пропускается через конденсатор в течение очень короткого времени, поэтому конденсатор не заряжается полностью. Ток создает напряжение на конденсаторе. Это напряжение будет равно произведению тока на ESR конденсатора, плюс незначительное напряжение из-за небольшого заряда в конденсаторе.

Поскольку ток известен, значение ESR рассчитывается путем деления измеренного напряжения на ток. Результаты затем отображаются на показаниях измерителя.

Измерения ESR могут выполняться, когда конденсатор находится и в схеме, и вне схемы. Для конденсаторов, подключенных параллельно, измерение дает в результате общее сопротивление. Если необходимо определить отдельно ESR у конкретных конденсаторов, они должны быть извлечены из схемы. Однако при наличии сотен конденсаторов утомительно вынимать каждый из них, а также существует повышенный риск повреждения конденсаторов или печатной платы во время удаления.

Типовой измеритель ESR использует низкое напряжение около 250 мВ или менее с частотой около 100 кГц. Низкое напряжение является недостаточным для смещения и активации полупроводниковых устройств в окружающих цепях, что гарантирует, что импеданс соседних компонентов не влияет на показания ESR.

Перед проведением измерения конденсатор должен быть разряжен. Некоторые измерители ESR имеют встроенный механизм разряда. Однако может быть важно разрядить конденсатор вручную, особенно если это высоковольтный конденсатор, заряд которого может повредить измеритель ESR.

Несмотря на то, что измеритель ESR может удобно тестировать конденсаторы внутри схемы, он имеет ограничения по частоте, а также по самому низкому уровню сопротивления, который он может точно измерить.

Измерение с помощью коаксиальной резонансной трубы для сверхнизких сопротивлений на высоких частотах

Поскольку значение ESR зависит от рабочей частоты, измерение сверхнизких значений ESR на очень высоких частотах становится проблемой при использовании обычных измерителей ESR.

Для керамических конденсаторов наиболее точным методом определения ESR на высоких частотах (от 100 МГц до 1,3 ГГц) является метод коаксиальной резонансной линии. Этот метод основан на стандартной модели Boonton 34A и используется вместе с генератором высокочастотных сигналов и высокочастотным вольтметром.

Рисунок 2 – Блок-схема измерителя ESR на коаксиальной резонансной трубке

Линия коаксиального резонатора выполнена из медной трубки со сплошным медным стержнем в качестве центрального проводника. Тестируемый конденсатор устанавливается последовательно между центральным проводником и проводником экрана.

Перед выполнением измерения ESR конденсатора необходимо определить характеристики ненагруженной линии резонатора. ВЧ возбуждение закороченной коаксиальной линии помогает определить ширину полосы λ/4 и 3λ/4, тогда как ширина полосы λ/2 и λ определяется, когда линия разомкнута (λ – это длина волны; дополнительную информацию см. в этой статье). Эти данные характеризуют резонансную частоту, добротность (Q) ненагруженной резонансной линии и сопротивление крепежного элемента.

Затем тестируемый конденсатор помещается в секцию DUT (device under test, тестируемое устройство), и генератор сигналов настраивается на пиковое резонансное напряжение. Конденсатор вызывает изменение резонансной частоты и добротности, значения которых теперь отличаются от значений ненагруженной коаксиальной линии. Затем используются расчеты линии передачи, и значение ESR определяется на основе взаимосвязи между новой частотой и добротностью, а также частотой и добротностью исходного состояния без нагрузки.

Рисунок 3 – Полоса пропускания нагруженной и незагруженной линии передачи

В настоящее время обычной практикой является использование векторного анализатора цепей для замены как генератора сигналов, так и высокочастотного вольтметра. При использовании векторного анализатора цепей резонансная частота считывается с дисплея. Некоторые модели векторных анализаторов могут экспортировать результаты непосредственно в программу расчета и отображать окончательное значение ESR.

Длина трубки рассчитана на работу в диапазоне частот от 100 МГц до 1,5 ГГц; однако для частот, выходящих за пределы этого диапазона, трубка может быть выполнена произвольной длины.

Факторы, которые влияют на измерения ESR

Ошибки измерения ESR могут возникать в результате проблем с техникой, способа выполнения контакта с конденсатором или отсутствия калибровки измерительного оборудования.

Должны быть приняты во внимание сопротивления, самоиндукция и емкость измерительного прибора и его выводов, особенно на высоких частотах измерения.

Сопротивление и индуктивность измерительных проводов

Сопротивление измерительных проводов является распространенным источником ошибок при измерениях низких сопротивлений. Это сопротивление добавляется к сопротивлению тестируемого устройства.

Кроме того, следует избегать измерительных проводов со спиральной намоткой, поскольку источником ошибки может стать их индуктивность.

Помехи от соседнего оборудования

Измерение следует проводить в местах, удаленных или экранированных от источников значительных электромагнитных помех. В противном случае измерительные провода могут ловить помехи, и это может повлиять на показания.

Заключение

ESR варьируется в зависимости от типа конденсатора и условий эксплуатации, таких как частота и температура. Некоторые производители указывают ESR на определенной частоте и при определенных условиях работы, другие просто указывают коэффициент рассеяния, а другие не предоставляют ни ESR, ни коэффициента рассеяния. Тем не менее, знание значения ESR в ожидаемых условиях работы может очень помочь в определении пригодности конкретного конденсатора для выполнения заданной функции.

Тип метода, используемого для определения ESR, зависит от таких факторов, как тип конденсатора, рабочая частота и требуемая точность. В то время как измеритель ESR и другие самодельные измерители подходят для ряда применений на частотах примерно до 100 кГц, они не могут точно определить очень низкие значения ESR на очень высоких частотах. Метод коаксиальной резонансной линии часто является предпочтительным при определении сверхнизких значений ESR на частотах между приблизительно 100 МГц и 1,3 ГГц.

По мере того, как рабочие частоты увеличиваются, а электронные системы становятся меньше и сложнее, необходимо уделять пристальное внимание таким параметрам, как ESR, которые напрямую влияют на характеристики схемы и эффективность энергопотребления.

Оригинал статьи:

Измеритель С и ESR

Давно хотел сделать устройство для проверки электролитов, которое бы наряду с ESR измеряло и емкость. Все, что попадалось в и-нете на эту тему, чем-нибудь да не устраивало. Опробовав некоторые идеи, остановился на варианте определения ESR путем измерения величины падения напряжения (ступеньки) при ОТКЛЮЧЕНИИ конденсатора от источника тока. Емкость определяется традиционным способом -измерение времени заряда стабильным током (10 мА) То , что получилось в результате — см. на фото.

нажмите на картинку для увеличения.

Прибор предназначен для определения исправности электролитических конденсаторов путем измерения емкости (С) и последовательного эквивалентного сопротивления (ESR). Прибор не является точным инструментом, однако его точности достаточно для радиолюбительской практики и ремонта радиоэлектронных устройств. Напряжение на тестируемом элементе около 100 мВ, что позволяет проводить измерения внутрисхемно. Защита входных цепей традиционна — два встречно-параллельных диода и малоэффективна. Лучше эту задачу решить механически — с помощью специальных щупов, которые в обычном состоянии замкнуты между собой через сопротивление порядка 5 Ом, а при нажатии на щуп эта цепь размыкалась бы.

Пределы измерения:

C………1 — 150000 мкФ

ESR…. 0 — 10 Ом

Принцип измерения.

В приборе использован принцип измерения ESR — практически на постоянном токе. Попробую объяснить подробнее, представим УПРОЩЕННУЮ эквивалентную схему замещения эл.конденсатора — собственно идеальный конденсатор С и включенное последовательно с ним сопротивление R . Подключим эту цепь к источнику тока I. В начальный момент напряжение на этой цепочке будет равно U=I*R, потом напряжение будет линейно расти за счет заряда конденсатора U=I*R+I*t/C (t- время). При отключении конденсатора от источника тока напряжение на нем уменьшится на величину I*R. Вот эта величина и измеряется прибором. Зная ток и величину падения напряжения получаем ESR.

Практически это выглядит так — конденсатор предварительно разряжается, включается источник тока 10 мА, оба входа измерительного усилителя подключаются на Сх, делается задержка порядка 3.6 мкс для устранения влияния звона в проводах. Одновременно через ключи DD2.3 || DD2.4 заряжается конденсатор С1, который собственно и запоминает самое большое напряжение, которое было на Cx. Следующим шагом размыкаются ключи DD2.3 || DD2.4 и выключается источник тока. Инвертирующий вход ДУ остается подключенным к Сх, на котором после выключеня тока напряжение падает на величину 10мА*ESR. Вот собственно и все — далее спокойно можно мерять напряжение на выходе ДУ — там два канала, один с КУ=330 для предела 1 Ом и КУ=33 для 10 Ом. Удачно получилось, что эти же аналоговые цепи используются для измерения емкости .

Следует отметить, что этот принцип измерения ESR не новый, просто встречается не очень часто. Вот наиболее похожая конструкция , только здесь измерение проводится при включении тока. Аналогичный принцип использовался и в «Цифровом измерителе ESR» С.Бирюкова, Схемотехника 2-3 2006г.

Настройка и управление.

Первое включение — проверяем наличие +5V после 78L05 и -5V (4.7V) на выходе DA4. Подбором R31 добиваемся нормальной контрастности на индикаторе.

Включение прибора при нажатой кнопке Set переводит его в режим установки корректирующих коэффициентов. Их всего три — для каналов 1 Ом, 10 Ом и для емкости. Изменение коэффициентов кнопками + и -, запись в EEPROM и перебор — той же кнопкой Set.

Имеется так же отладочный режим — в этом режиме на индикатор выводятся измеренные значения без обработки — для емкости — состояние таймера (примерно 15 отсчетов на 1 мкФ) и оба канала измерения ESR (1 шаг АЦП=5V/1024). Переход в отладочный режим — при нажатой кнопке «+».

Установка нуля. Для этого замыкаем вход, нажимаем и удерживаем кнопку «+» и с помощью R4 добиваемся минимальных показаний (но не нулевых!) одновременно по обоим каналам. Не отпуская кнопку «+», нажимаем Set — на индикатор выведется сообщение о сохранении U0 в EEPROM. Далее измеряем образцовые сопротивления 1 Ом (или меньше), 10 Ом и емкость (которой доверяете) , определяем поправочные коэффициенты. Прибор выключаем, включаем при нажатой кнопке Set и устанавливаем коэффициенты соответственно результатам измерений.

Индикация.

Измеренные значений в цифровом формате выводятся на двухстрочный ЖКИ. В верхней строке выводится емкость, в нижней ESR (ЭПС) конденсатора.

Надпись Cx —- выводится в след. случаях:

При измерении емкости срабатывает тайм-аут, т.е. за отведенное время измерения прибор не дождался переключения обоих компараторов. Это происходит при измерении резисторов, закороченных щупах, либо когда измеряемая емкость >150000 мкФ и т.п.
Когда напряжение, измеренное на выходе DA2.2 превысит 0x300 (это показания АЦП в 16-ричном коде), процедура измерения емкости не выполняется и на индикатор также выводится Cx —- . При разомкнутых щупах (или R>10 Ом) так и должно быть.

Знак «>» в строке ESR появляется при превышении напряжения на выходе DA2.2 0x300 (в единицах АЦП).

Детали и щупы.

ЖКИ модуль на основе контроллера HD44780 с организацией 16 символов, 2 строки. Встречаются варианты исполнения с «перепутанными» ногами 1 и 2 -земля и питания. Правильную маркировку необходимо посмотреть в документации на индикатор. Другие индикаторы потребуют изменения программы. Микроконтроллер заменим на PIC16F873 с тактовой на частоту 20МГц. Транзистор IRF530 заменим на IRF520, IRF540, IRLZ44n.

Выносные щупы подключаются по четырех проводной схеме для уменьшения влияния сопротивления проводов на результат измерения. Провода, идущие на массу и транзистор VT2 нужно взять потолще.

Прибор обсуждается на форуме.

Допустимый esr. Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора

Привет друзья. Сегодня расскажу о приборе, который очень сильно помогает мне в ремонте, экономит деньги и время. Это ESR метер китайского происхождения Mega328 . Купил его на алиекспресс у этого продавца . Какие именно достоинства этого прибора?

Во первых, им очень удобно проверять электролитические конденсаторы. Для этой цели я его и покупал. У каждого конденсатора есть два параметра, которые отвечают за его работу. Первый параметр это емкость . Это те самые микрофарады которые и обозначается на корпусе конденсатора. Емкость легко измерять любым мультиметром который поддерживает эту функцию.

Сначала я думал, что это единственный параметр который мне нужно знать в конденсаторе, чтобы определить его исправность, но не тут то было. Ремонтируя один монитор, я никак не мог довести до ума источник питания. Блок выдавал заниженные напряжения, как ни крути. Проверяя конденсаторы, я мерил их емкость, которая была в пределах нормы. В один момент, плюнув на все это дело, я выпаял все конденсаторы, и заменил их на новые, после чего монитор запустился. Моему удивлению не было предела. Я решил найти причину, и поочередно начал впаивать старые конденсаторы, пока не нашел один 470 мкф на 50в, впаивая который, монитор переставал работать. Тестер показывал что конденсатор исправен, но на практике оказалось, что это не так. После этого я начал изучать все о конденсаторах, и открыл для себя такой параметр как ESR .

ESR — Equivalent Series Resistance – параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока. Это можно представить как подключенный последовательно конденсатору резистор. Чем меньше ом потери тока, тем лучшего качества конденсатор. Скажу сразу, параметр ESR очень актуален для электролитических конденсаторов емкостью свыше 4,7 мкф. У нового электролитического конденсатора 1мкф ESR может быть и 5 Ом. Для конденсаторов меньшего номинала это не столь важно, по крайней мере в моей практике это так.

Теперь по сути. У электролитического конденсатора емкостью больше 4,7 мкф ESR должен быть меньше 1 Ом . Если этот параметр выше, то я меняю конденсатор на новый.

На картинке ниже, показан пример измерения конденсатора номиналов 1000мкф на 10в.

Это сильно подсаженный конденсатор, где ESR уже 17 Ом. Очень часто бывает так, что емкость еще 950 мкф, а ESR уже 10 Ом. Такой конденсатор однозначно под замену.

Еще один пример севшего конденсатора. Это конденсатор 220 мкф на 35в. Номинал его стал 111 мкф, а ESR поднялся до 1,3 Ом.

Или такой же 220мкф на 35в из статьи , где ESR уже 15 Ом.

Вот пример исправного конденсатора, который уже был в работе, но номинал его еще позволяет поработать. Это 100мкф на 63в.

Как видите, его ESR до 1 Ом, да и номинал стал меньше менее чем на 3 мкф, так что такие конденсаторы я оставляю в работе. Приведу пример идеального конденсатора. Это 1500мкф на 10в.

Здесь ESR вообще ноль Ом, а номинал больше заявленного.

Отойду немного от конденсаторов, и расскажу больше о приборе MEGA 328 . Он может проверять не только конденсаторы, а и многое другое. Им легко проверять транзисторы, резисторы, стабилитроны, мосфеты и много другое. Очень удобно проверять полевые транзисторы, так как прибор покажет его тип, расположение ножек стока, истока и затвора.

Пример проверки полевого транзистора:

Прибор показывает тип транзистора, порог открытия и расположение ножек. Очень удобно, особенно для новичка.

Вот пример проверки обычного N-P-N транзистора.

Полный перечень возможностей данного тестера:

Проверка: Конденсаторов, Диодов, Двойных диодов, MOS, Транзисторов, SCR, Регуляторов, Светодиодные трубки, СОЭ, Сопротивление, регулируемые потенциометры и др.
Сопротивление: от 0.1 Ом до максимум 50 мОм
Конденсатор: от 25pF до 100,000 мкФ
Индукторы: от 0.01 mH до 20 H
Измерения биполярного транзистора текущий коэффициент усиления и база-эмиттер пороговое напряжение.
Может одновременно измерять два резисторы. Отображается на правой десятичным значением 4. Сопротивление символ на обе стороны показывает контактный номер.

Очень важно!!! Перед измерением ESR, конденсатор необходимо разрядить!!!

Тестер обычно поставляется в виде платы, с разъемом под крону. Свой прибор, я установил в распределительную коробку, вырезал окошко под дисплей, кнопку, и панель для проверки. Приклеил термоклеем, и так он у меня и работает по сей день. Вот фото:

Не сильно красиво, но за красотой я особо и не гнался:).

Виде обзор работы ESR метра

Рекомендую покупать на алиекспресс напрямую, так как это намного дешевле, тем более с нашими ценами. Вот ссылка на продавца, где покупал я. Прибор пришел в Украину за 18 дней.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

Для проверки конденсаторов, решил собрать так называемый «измеритель ESR”. Ведь с испытанием диодов и резисторов проблем не возникает, а вот с конденсаторами сложнее. Как известно, ESR — это сокращение от Equivalent Serial Resistance, — означает «эквивалентное последовательное сопротивление”. Объясним проще. В упрощенном виде электролитический конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного электролитом (отсюда и название электролитический). Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.

В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, который находится в самом конденсаторе. Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора”, что еще больше усиливает разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора — это «высыхание”, когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением десяток Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до пары Ом) на работе импульсных блоков питания.

Принцип работы данного измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе.

Как известно, Xс=1/2πfC , где

Xс — емкостное сопротивление, Ом;
f — частота, Герц;
С — емкость, Фарад.

На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2), буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4) и усилительный каскад на транзисторах. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде включен микроамперметр, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2). Такое ее положение соответствует значению «бесконечность” измеряемого ESR. Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом дефекта, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения «бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению «бесконечность” находится стрелка.

Трансформатор наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм, вторичная — 200 витков ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Диод обязательно должен быть германиевым, например Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы измерителя в области измерения малых сопротивлений. Градуируют измеритель ESR с помощью нескольких резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, отмечают, где будет нулевая отметка шкалы. Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими. Далее подключают два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и отмечают положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом. Затем подключают резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и отмечают положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, так как электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом хотя и могут работать, но уже не долго:)

Собственно, как я уже когда-то очень давно обещал, расскажу про простейший измеритель ESR. В дальнейшем буду писать не ESR, а ЭПС(эквивалентное последовательное сопротивление), поскольку лень переключать раскладку. И так, кратко, что же такое ЭПС.

ЭПС можно представить в виде резистора, включенного последовательно с кондесатором.
На данной картинке — R. Собственно, у исправного конденсатора этот показатель измеряется долями Ома, для конденсаторов малой емкости (до 100мкф) может достигать 2-3 Ом. Более подробно значения ЭПС для исправных конденсаторов можно найти в справочных данных производителей. Со временем, из-за испарения электролита, это сопротивление увеличивается, что приводит к повышению мощности потерь. Как результат конденсатор сильнее нагревается, что еще сильнее ускоряет процесс испарения электролита и приводит к потере емкости.
На практике ремонта точное измерение ЭПС не нужно. Достаточно считать любой конденсатор с ЭПС выше 1-2 Ом неисправным. Можно считать это спорным утверждением, в интернете достаточно легко найти целые таблицы с значениями ЭПС для конденсаторов различной емкости. Однако я убеждался неоднократно, что приблизительной оценки вполне достаточно. Не говоря уже о том, что результаты измерения ЭПС одних и тех же конденсаторов(новых), одного и того же производителя сильно разнятся в зависимости от партии, времени года и фазы луны.
Я использую простой измеритель на копеечной микросхеме. Разработал его Manfred Mornhinweg .

Конструкция довольно простая, но привлекательна своей нетребовательностью к трансформатору. Из недостатков — шкала получается «широкая», в моем случае 0-20ом. Соответственно, нужна большая измерительная головка, т.н. «магнитофонные» (из индикаторов уровня магнитофонов), не подойдут — будет неудобно работать.
В качестве трансформатора автор намотал две обмотки 400 и 20 витков на ферритном кольце 19х16х5мм 2000НМ. Однако можно поступить значительно проще — использовать трансформатор дежурки из любого ATX блока питания. Достаточно заменить R8 на подстроечный многооборотный резистор 3296W сопротивлением 51к. При помощи этого резистора можно будет увеличить коэффициент усиления измерительного усилителя и компенсировать недостаточный коэффициент трансформации. LM7805 необходимо заменить на LM1117-5, это снизит потребляемый ток, плюс нижний порог напряжения питания опустится примерно до 6.5В. Стабилизатор обязателен, иначе шкала будет плавать в зависимости от напряжения питания. Для питания я использовал обычную «Крону». Саму микросхему обязательно поставьте в панельку!
Настройка прибора сводится к установке «нуля» и калибровке шкалы. Для калибровки шкалы используются низкоомные резисторы с допусками 0.5% и сопротивлениями от 0 до 2-5 Ом. Калибровка производится следующим образом — снимаем защитное стекло с индикаторной головки. Включаем прибор и измеряем сопротивление эталонных резисторов. Смотрим, куда отклоняется стрелка и ставим в этом месте на шкале метку с соответствующим сопротивлением. Так размечаем шкалу.
Измеряемые низковольтные конденсаторы(до 50-80 вольт без проблем) разряжаются резисторами R5, R6 и первичной обмоткой трансформатора. «Сетевые» емкости(те, которые после диодного моста в импульсных БП) я предварительно разряжаю приспособой, сделанной из резистора 510 Ом/1Вт, иглы от шприца, крокодила и корпуса гелевой ручки. В теории цепочка R5-R6 должна разрядить и такие емкости, но на практике, выбивает TL062:) Именно поэтому ее надо ставить в панельку -чтобы быстро заменить. Но надежнее — предварительно разрядить «сетевую» емкость.
В целом — очень удачный прибор — дешев, прост, не требователен к трансформатору.

Всем привет!

В данной статье я попробую рассказать простым языком что же такое

эквивалентное последовательное сопротивление (или ESR ) и откуда оно берется.

Equivalent Series Resistance или ESR (Эквивалентное последовательное сопротивление , ЭПС) – это параметр конденсатора, который характеризует его активные потери в цепи переменного тока. Проще говоря, это сопротивление, которое определяется диэлектрическими потерями, сопротивлением обкладок, выводов конденсатора и внутриконтактных соединений.

Диэлектрические потери составляют основную часть потерь в конденсаторе и зависят от материала, толщины и слоя диэлектрика. Обусловлены эти потери особенностями поляризации диэлектрика.

Поляризация – это ограниченное смещение связанных зарядов диэлектрика в электрическом поле.

Коротко процесс поляризации можно представить так:

Под воздействием электрического поля, обладающие зарядом частицы диэлектрика совершают непроизвольные механические колебания, которые обусловлены их переориентацией и смещением, т.е. поляризацией.

Заряды, в близких к обкладкам слоях диэлектрика, активно участвуют в процессе перезаряда конденсатора. По сути – это уменьшение толщины диэлектрика. Результатом этого является существенное повышение емкости конденсатора , но из-за внутреннего трения и инертности связанных частиц происходит выделение тепла и потеря энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты потери диэлектрика возрастают пропорционально и угол сдвига фазы между напряжением и током составит не 90 о, как должно быть в идеальном конденсаторе, а немного меньше.

Такой же сдвиг в цепи происходит, когда последовательно с конденсатором включают резистор. По этой причине для расчетов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления (или ESR), в котором потери диэлектрика суммируются с сопротивлением обкладок, соединений и выводов. По сути — это резистор, последовательно подключенный с конденсатором.

Наиболее слабым местом в любой радиосхеме являются электролитические конденсаторы, которые подвержены постоянному высыханию. И чем большие токи проходят через них — тем этот процесс быстрее. Обычным омметром определить плохой конденсатор не получится, поэтому необходим спецприбор — esr измеритель.

Схема электрическая esr измерителя конденсаторов

Печатные платы — рисунок

В типичной схеме, может быть 10 или даже 100 конденсаторов. Выпаивать каждый для тестирования очень утомительно и существует большой риск повреждения платы. Этот тестер использует низкое напряжение (250 мВ) высокой частоты (150 кГц), и он способен мерять ESR конденсаторов прямо в схеме. Напряжение выбрано достаточно низкими, чтобы другие окружающие радиоэлементы схемы не влияли на результаты замеров. А если вам случайно доведется испытать заряженный конденсатор — не беда. Этот измеритель выдерживает до 400В заряда на конденсаторе. Опыт показал, что ЭПС метр выявляет около 95% конденсаторов с потенциальными проблемами.

Особенности работы прибора

Тест электролитических конденсаторов > 1 мкФ.
Полярность не важна для тестирования.
Переносит заряд конденсаторов до 400В.
Низкий ток потребления от батареи — около 25 мА.
Легко читать данные аналогового измерителя.
Меряет ЭПС в диапазоне от 0-75 Ом по расширенной шкале с помощью омметра.

Будьте осторожны, если вы тестируете высоковольтные конденсаторы. Имейте в виду, что высоковольтные конденсаторы могут нести сильный заряд в течение нескольких дней, в зависимости от схемы.

Как использовать ESR метр

Включаете прибор. Убедитесь, что проверяемая схема находится не под напряжением. Разрядите конденсатор перед тестированием — ЭПС метр не делает этого автоматически. Замкните выводы конденсатора и удерживайте их так в течение нескольких секунд. С помощью вольтметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен. Вольтметр должен показывать нулевое значение. Прикоснитесь щупами ESR метра к конденсатору. Определите сопростивление ESR. Является ли значение ESR приемлемым узнаём путем сравнения измеренного ESR с эталонными данными. Посмотреть эту таблицу

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

Для проверки конденсаторов, решил собрать так называемый «измеритель ESR”. Ведь с испытанием диодов и резисторов проблем не возникает, а вот с конденсаторами сложнее. Как известно, ESR – это сокращение от Equivalent Serial Resistance, — означает «эквивалентное последовательное сопротивление”. Объясним проще. В упрощенном виде электролитический конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного электролитом (отсюда и название электролитический). Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.

В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, который находится в самом конденсаторе. Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора”, что еще больше усиливает разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора – это «высыхание”, когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением десяток Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до пары Ом) на работе импульсных блоков питания.

Как известно, Xс=1/2πfC, где

Xс – емкостное сопротивление, Ом;
f – частота, Герц;
С – емкость, Фарад.

Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ – 0,016 Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за наличия паразитной индуктивности, но тут особая точность измерений не нужна. Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (то есть ESR) задают именно на этой частоте. Схема измерителя ESR.

На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2), буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4) и усилительный каскад на транзисторах. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде включен микроамперметр, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2). Такое ее положение соответствует значению «бесконечность” измеряемого ESR. Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом конденсаторе дефекта, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения «бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению «бесконечность” находится стрелка.

Трансформатор наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм, вторичная – 200 витков ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Диод обязательно должен быть германиевым, например Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы измерителя в области измерения малых сопротивлений. Градуируют измеритель ESR с помощью нескольких резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, отмечают, где будет нулевая отметка шкалы. Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими. Далее подключают два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и отмечают положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом. Затем подключают резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и отмечают положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, так как электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом хотя и могут работать, но уже не долго:)

В качестве корпуса для карманного измерителя ESR был использован нерабочий стрелочный тестер, купленный 5 лет назад за доллар. Благодаря удобной большой шкале, щупам и батареечному отсеку на две пальчиковые батарейки, он идеально подошёл для заданных целей.

Форум по измерительным приборам

РАДИО для ВСЕХ — Измеритель R/L/C/ESR

Прибор R/L/C/ESR-Meter для измерения малых сопротивлений, индуктивностей, емкостей конденсаторов и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) или по английски Equivalent Series Resistance (ESR) электролитических конденсаторов

В связи с тем, что в настоящее время очень широкое применение получили импульсные блоки питания, инверторы и пр. преобразователи, работающие на высоких частотах, то при их ремонте возникла необходимость в приборе для измерения ESR электролитических конденсаторов. Несколько месяцев я «гулял» по просторам Интернета в поисках нужного мне прибора, собрал несколько аналоговых и цифровых приборов для измерения ESR и остановился на одном, который и предлагаю к повторению. Множество предлагаемых в Интернете приборов, в том числе и тестер полупроводниковых приборов описание которого приведено здесь, кроме своих основных функций могут измерять и ёмкости, и индуктивности, и т.д. Но, к сожалению, я не нашёл универсальный измерительный прибор, который может измерять абсолютно всё и качественно. Просмотрел кучу схем и видеороликов на YouTube и для себя решил, что нужно иметь несколько разных приборов, умеющих делать свою работу. В любом случае, все наши самоделки не являются высокоточными измерительными приборами, но обеспечивают измерения с достаточной для нашего творчества точностью. Дополнительно радует, лично меня, то, что устройство собрано моими руками, да ещё и работает 🙂 короче говоря, кому интересно — читаем дальше о конструкторе который я всем предлагаю…

С помощью конструктора можно собрать очень полезный и, что самое главное, простой в сборке и наладке прибор, который будет очень полезен в повседневной работе специалисту по ремонту радиоаппаратуры, радиолюбителю и т.д. – измеритель индуктивности, ёмкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС или ESR) электролитических конденсаторов, очень маленьких сопротивлений (миллиомметр) — «LCM TESTER». Индикация выполнена на жидкокристаллическом дисплее 2х16 символов с функцией подсветки.

Технические характеристики:

Напряжение питания (при питании от батарейки 6F22) 9 В
Ток потребляемый при работе от батарейки 8-10 мА
Напряжение питания (при питании от блока питания) 9-12 В
Тип индикатора ЖКИ 2х16
Ток, потребляемый от сетевого адаптера 60-100 мА
Максимальное измеряемое сопротивление 30 Ом
Диапазон измерения ёмкости 0,1 пФ-0,1 Ф
Погрешность при измерении ёмкости 0,1 пФ-200нФ 1%
Погрешность измерения ёмкости >200 нФ 2,5%
Погрешность измерения сопротивления до/более 500 мОм 5%/10%
Диапазон измерения индуктивности (погр. 5%) 10 нГн-20 Гн
Диапазон измерения сопротивлений (погр. 5%) 0-30 Ом
Размеры печатной платы 80х65 мм

Что такое ЭПС или ESR? Зачем нужно его измерять?

ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой сумму последовательно включенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками (пластинами) электролитического конденсатора, что является важнейшим параметром электролитических конденсаторов. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление – ЭПС. По сути, измеритель ESR — это омметр переменного тока, работающей на частоте 50…120 кГц. На этих частотах емкостное сопротивление электролитических конденсаторов мало (около нуля), поэтому показания этого омметра при проверке конденсаторов как раз и дают ESR. Чем меньше это сопротивление — тем качественнее электролитический конденсатор! Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. Рассматривать детально процессы всех видов поляризации нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом. Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией). В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути, уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают. В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше. Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой, по сути, резистор, подключенный последовательно с конденсатором. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0,01 Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей импульсных источников питания на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров импульсных источников питания обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите. Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем, может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что, впоследствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу. Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR. Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора! Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства. Но, следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

Данная информация позаимствована с сайта http://tel-spb.ru, там размещена более подробная теоретическая информация по вопросам измерения ESR

В отличие от универсальных измерителей, предлагаемых на рынке, да и измерителей специализирующихся именно на измерении ESR, данный прибор обладает высокой точностью и отображает на дисплее достоверные данные измеренных величин, а не шо попало, абы только носить гордое имя измерителя ESR – это проверено неоднократно на практике.

Сборка и калибровка прибора:

В набор входят: печатная плата с маской и маркировкой радиокомпонентов, все необходимые для сборки тестера радиокомпоненты, кнопки с колпачками, провод с разъёмом для батарейки типа «крона», гнездо для подключения вешнего блока питания, ЖКИ дисплей 2х16. Необходимо запаять в плату все детали согласно принципиальной схеме, смыть флюс и выполнить осмотр печатной платы на предмет отсутствия ненужных перемычек из припоя между дорожками. После этого можно подключать дисплей и источник питания. Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Только необходимо при первом включении отрегулировать контрастность ЖКИ дисплея при помощи подстроечного резистора RV1. Для этого необходимо подать напряжение питания на тестер — нажать кнопку «POWER» и отрегулировать контрастность дисплея. После включения прибора необходимо выполнить его калибровку.

Начальная калибровка в режиме «С» происходит при включении прибора (прибор должен быть в этом режиме при включении прибора).

Если ноль «ушел», то для калибровки нужно:

1. Включить кнопку калибровки.

2. Дождаться появления сообщения типа R=0238 Ом

3. Отключить кнопку повторным нажатием и убрать руки от прибора.

4. Дождаться сообщения о подтверждении калибровки типа С->0. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Для режима «L» все точно также, только нужно замкнуть контакты разъема измерения индуктивности перемычкой (для режима «С» контакты открытые).

Аналогично для режима ESR нужно обязательно сделать калибровку, иначе малые значения R могут «съедаться»:

1. Замкнуть контакты разъема измерения ёмкости и ESR перемычкой.

2. Нажать кнопку калибровки и будет выведена информация на экран о напряжении, прилагаемом к конденсатору, и частота измерения ESR.

3. После этого дождаться появления сообщения R= 0238 Ом, отжать кнопку. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс.

Ток, потребляемый устройством очень мал, порядка 8-10 мА, поэтому батарейки 6F22 «Крона» 9В хватит на очень долгое время. При этом подсветка дисплея не работает. Чтобы работала подсветка дисплея необходимо подключить к разъёму на плате внешний сетевой адаптер 7-12В.

Диаграмма ESR электролитических конденсаторов:

По приведенным выше графикам можно определить максимально допустимое сопротивление (значение ESR) электролитического конденсатора в зависимости от ёмкости и рабочего напряжения. Следовательно, для определения наибольшего эквивалентного сопротивления электролита необходимо на вертикальной оси найти значение (отметить точку) ёмкости указанное на корпусе конденсатора и провести через это значение горизонтальную прямую линию до пересечения с необходимым графиком. График нужно выбрать исходя из номинального рабочего напряжения конденсатора. Из точки пересечения горизонтальной прямой и графика опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. По шкале на горизонтальной оси определяем наибольшее допустимое значение ESR для испытываемого конденсатора. Кроме того, прибор отображает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика. Отображение выполняется при помощи индикатора Bar Graph (закрашиваемый столбик). Чем больше закрашен индикатор, тем хуже состояние диэлектрика и наоборот.

Что значит надпись m60 и т.п.? Эффект памяти конденсатора. Конденсатор заряжается постоянным напряжением, затем оставляется в покое на некоторое время, после этого проверяется напряжение на конденсаторе. Чем меньше «m**», тем лучше, для m60 памяти, я думаю это что-то похожее на плохой конденсатор из какого-то блока питания, хороший же электролитический конденсатор имеет «m20» или меньше, по крайней мере большинство из них которые я измерял, имели такую величину. И наилучшие могут иметь «m1-m2», это в основном металлизированные конденсаторы. Однако действительно очень хорошие электролитические конденсаторы могут иметь такие величины тоже. Теперь понятно также, что означают буквы и цифры типа «m60» в строке где показывается емкость — это эффект памяти конденсатора. Т.е. чем меньше это значение, тем лучше качество конденсатора.

Дополнительные функции:

Если дополнительно изготовить простенькие щупы, то можно производить измерение ESR конденсаторов непосредственно в печатной плате без выпаивания и без вреда компонентам платы! На схеме: резистор R1 0,6-2 Вт, 22±1% Ом, конденсатор С1 полипропиленовый с малыми потерями типа WIMO, D1 и D2 диоды с барьером Шоттки типа BAT46.

Доступны собранные приборы и наборы для сборки с ЖКИ дисплеем с синей подсветкой и белыми символами:

В варианте с синим дисплеем подсветка включается при питании как от батарейки, так и от сетевого адаптера. Ток, потребляемый от источника питания при работе измерителя, составляет 20…22 мА.

Схема электрическая принципиальная:

Видео работы прибора можно увидеть здесь:

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 90 грн.

Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 430 грн.

Стоимость собранного и проверенного прибора: 460 грн.

Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится здесь >>>

Для заказа устройства просьба обращаться сюда >>> или сюда >>>

Удачи, мирного неба, добра! 73!

Принцип работы приборов измерения емкости esr. Измеритель ESR оксидных конденсаторов. Как проверить конденсатор. Теоретические сведения о конденсаторах

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

Как известно, Xс=1/2πfC , где

Xс — емкостное сопротивление, Ом;
f — частота, Герц;
С — емкость, Фарад.

При ремонте техники специалисты-радиомеханики сталкиваются с различными проблемами — повреждённые дорожки на платах, окисление, выгоревшие элементы, вздувшиеся конденсаторы. Эти неисправности прекрасно видны при первичном осмотре аппаратуры и устранить их с помощью самых базовых инструментов любого инженера не составляет труда. Но есть случаи, в которых визуального осмотра недостаточно.

Конденсаторы бывают разной ёмкости, как очень большой (4000, 10000 мкФ), так и очень малой (0,33 мкФ, например, такие детали активно используются при сборке комплектующих различной оргтехники). И если вздутие верхней крышки первых отлично заметно из-за их размеров, то со вторыми выявление их неисправности может доставить немало проблем.

В этом поможет простой прибор для проверки конденсаторов — ESR-метр . Своими руками его изготовить несложно, имея достаточные познания в схемотехнике. Он может быть как самостоятельным устройством, так и выполнен в виде приставки к цифровому мультиметру . С его помощью можно легко установить такие неисправности, как пробой и высыхание.

Электролитические конденсаторы имеют ряд параметров, важных для их правильной работы в схеме устройства. Это и его ёмкость, и сопротивление диэлектрика между выводами и корпусом, и собственная индуктивность , эквивалентное последовательное сопротивление или, на американский манер, Equivalent Series Resistance. ESR — это сопротивление обкладок конденсатора и его ножек, которыми он припаивается к плате, выводов.

Существуют специальные формулы для расчёта этого показателя, но ими в реальной практике никто не пользуется. Гораздо проще собрать прибор для его измерения, и полученные результаты сверять с таблицей ESR электролитических конденсаторов, в которой приведены показатели в миллиомах, в зависимости от характеристик деталей — ёмкости и поддерживаемого напряжения.

Конденсаторы используются практически повсюду. Ни одна схема устройства, обладающего хоть минимальной сложностью, не обходится без них.

В персональных компьютерах они встречаются в блоках питания, мониторах, около важных узлов материнских плат — сетевых и звуковых микросхем, в системе питания процессора, южного и северного мостов, оперативной памяти.

В акустических системах и сетевом оборудовании (роутерах, коммутаторах, например) они встречаются около усилителей и LAN-портов. Все они обеспечивают стабильное питание этих элементов, а малейшие проблемы с питанием, как известно, могут привести как к проблемам в работе — зависаниям, торможению, так и к банальному отказу работать.

Высохшие и пробитые конденсаторы невозможно обнаружить простым осмотром, поэтому именно измеритель ESR, может установить причину неисправности. Для этого детали, на которые пало подозрение, выпаиваются с платы и проверяются прибором. Проверять их без выпаивания не рекомендуется — показатели в этом случае могут быть слишком неточными. Если показатель сопротивления слишком высок, компонент должен быть заменён аналогом с наиболее низким ESR.

Основные элементы устройства

В основе схемы ESR-метра лежит микросхема генератора импульсов типа К561ЛН2, работающая на частоте до 120 кГц. Для дополнительного удобства саму микросхему можно не впаивать напрямую в плату, а использовать специальную панель с необходимым количеством ножек. Это позволит оперативно сменить вышедшую из строя деталь и заменить её без дополнительных операций с паяльником и отсосом припоя. В качестве аналога этого генератора можно использовать похожий по характеристикам К1561ЛН2.

Настройка частоты выполняется цепью, состоящей из резистора и конденсатора. Регулировка и настройка измерения ESR осуществляется подстроечным резистором.

В качестве питания используется либо стандартная CR2032, выдающая напряжение до 3 вольт, либо, если этого не хватает для работы, аккумуляторная батарейка на 9 вольт, подключаемая через специальную клемму (такие можно найти в некоторых часах с автономным питанием, например, или в старых батарейках типа Крона). В состав измерителя переменного напряжения входит мультиметр, который необходимо перевести в соответствующий режим, и германиевые диоды.

Сборку тестера конденсаторов можно производить как на макетной плате размером примерно 4 на 6 сантиметров, так и на специальных печатных платах. Второй вариант получится немного дороже, но его преимуществом является наличие на плате обозначений всех нужных элементов и дорожек, их соединяющих.

Печатные платы изготавливаются из фольгированного текстолита и перед проведением монтажа элементов контакты на них необходимо залудить припоем.

При использовании макетных плат, размещение элементов и их соединение производится самостоятельно. Для создания схемы используются провода достаточной толщины с фторопластовой изоляцией, чтобы предотвратить их повреждение при тепловом воздействии.

В качестве щупов можно использовать как покупные, так и самодельные. Во втором случае необходимо самостоятельно позаботиться о хорошей проводящей способности используемого материала и достаточной толщине провода, идущего к мультиметру. Использовать длинные провода, более 10 сантиметров, не рекомендуется.

Возможные недостатки и замечания по работе этого устройства:

При нестабильном питании от батарейки возможны сильные отклонения по точности измерений, следует не забывать периодически проверять батарейку мультиметром и не допускать её разряда больше, чем на 1 вольт.
Даже при полностью исправной батарейке, прибор, выполненный таким образом, не претендует на звание высокоточного. Его можно использовать как некий индикатор работоспособности элементов и определить подойдёт ли конденсатор для установки или замены.

Первый и второй недостатки имеют общее решение — достаточно установить в схему стабилизатор, питающийся напрямую от батарейки, и два конденсатора. Это повышает надёжность и точность прибора, что даёт возможность отбрасывать ситуации, при которых, если у измеряемого элемента сопротивление было слишком малым, мультиметр сигнализировал о коротком замыкании вместо ожидаемого значения.

Порядок калибровки прибора

После монтажа устройства на плате и первичных тестов, его необходимо откалибровать. Для этого понадобится осциллограф и набор резисторов для подстройки номиналом от 1 до 80 Ом. Порядок калибровки:

Измеряем осциллографом частоту на щупах. Она должна быть в пределах 120-180 кГц. При более низкой или более высокой частоте она корректируется подбором резистора из набора.
Подсоединяем мультиметр к щупам, выбираем режим измерения в милливольтах.
Резистор в 1 Ом подключаем к щупам. С помощью подстроечного резистора в схеме выставляем на мультиметре значение напряжения в 1 милливольт.
Подключаем следующий по номиналу резистор, не меняя значение, и записываем показания мультиметра. Повторяем со всем набором и составляем табличку.

После калибровки прибором можно пользоваться. Он поможет в обнаружении неисправностей, связанных с реактивным сопротивлением. Их невозможно диагностировать другим способом.

Equivalent Series Resistance (Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС), как один из значимых паразитных параметров электролитических конденсаторов, в последние годы приобрёл широкую популярность среди ремонтников электронной аппаратуры. Измерители и пробники ESR для многих мастеров стали прибором первой необходимости наряду с тестером или мультиметром.
Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора.

Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства.
Но, следует отметить, для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, иногда требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

Большинство популярных и применяемых в ремонтной практике приборов и пробников ESR основаны на измерении полного сопротивления переменному току на частоте 40 — 100 кГц. На частотах этого порядка для электролитических конденсаторов больших номиналов такие приборы покажут значения, максимально близкие к величине ESR, которая составит основную часть импеданса на этих частотах.
Недостатком такого способа является значительная погрешность при измерении малых номиналов ёмкостей (менее 10 uF), когда реактивное сопротивление конденсатора на данной частоте соизмеримо и может превышать ESR.
Тогда прибор покажет значение импеданса, а реальное значение ESR может быть в несколько раз меньше.

Одним из требований в плане практичности использования ESR-пробников является возможность производить замеры без выпаивания конденсатора из платы. Следовательно, процесс измерения должен происходить при достаточно низком падении напряжения на проверяемом конденсаторе, исключая отпирание переходов полупроводниковых элементов схемы.

В большинстве случаев такие нехитрые измерители импеданса мастера собирают самостоятельно по схемам, широко распространённым в интернете, но кто-то применяет и свои разработки с учётом личных предпочтений в плане удобства пользования или точности измерений.
В продаже существуют как простые пробники со светодиодной или стрелочной индикацией, так и измерители с цифровой шкалой различной степени сложности.

Подробно останавливаться на принципах и методах измерения импеданса нет необходимости, таких обсуждений и описаний существует достаточно много и их нетрудно найти в интернете. Но некоторые особенности отдельных конструкций всё же могут заслуживать внимания.

В этой статье предлагается рассмотреть один из способов измерения ESR и ёмкости, как отдельных параметров конденсатора.

Достаточно точный и несложный метод, который используется во многих любительских и промышленных приборах, реализован в измерителе Micro, популярном среди мастеров – участников ремонтных форумов monitor.net.ru и monitor.espec.ws.

Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I , напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения U R по закону:

C dU/dt = I = const .

U R – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

В таком случае ёмкость конденсатора будет определяться выражением:

Посчитать U R для вычисления ESR можно несколькими способами, например, составив уравнение прямой по двум точкам и найти координату Y для нулевого значения X, либо геометрически, исходя из соотношения сторон подобных треугольников…

Активное сопротивление конденсатора (ESR) в таком случае составит:

Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на ЖК дисплей.

В некоторых подобных конструкциях для измерения ESR используется более простой, но менее точный способ.
Производится измерение уровня напряжения U R посредством АЦП в начальный момент времени.
Несмотря на то, что измерительный импульс достаточно короткий (1-2 uS), конденсаторы меньшей ёмкости успевают зарядиться до большего значения, чем конденсаторы большой ёмкости, что создаёт некоторую погрешность в измерении ESR разных номиналов конденсаторов.

Следует учитывать, что ESR, измеренный постоянным током, является относительным показателем качества электролитического конденсатора.
Значимой составляющей ESR являются диэлектрические потери, которые существенно меняются с изменением частоты переменного тока.

Существуют более сложные и точные методики и способы измерений, основанные на анализе сдвига фаз в конденсаторе. В этом случае ESR определится произведением импеданса и тангенса угла потерь.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

В последнее время в радиолюбительской и профессиональной литературе очень много внимания уделяется таким устройствам как электролитические конденсаторы. И не удивительно, ведь частоты и мощности растут «на глазах», и на эти конденсаторы ложится огромная ответственность за работоспособность как отдельных узлов, так и схемы в целом.

Хочу сразу предупредить, что большинство узлов и схемных решений было почерпнуто из форумов и журналов, поэтому я никакого авторства со своей стороны не заявляю, напротив, хочу помочь начинающим ремонтникам определиться в бесконечных схемах и вариациях измерителей и пробников. Все предоставленные здесь схемы были не однократно собраны и проверены в работе, и сделаны соответствующие выводы по работе той или иной конструкции.

Итак, первая схема, ставшая чуть ли не классикой для начинающих ESR Метростроителей «Манфред» — так ее любезно называют форумчане, по имени ее созидателя, Манфреда Луденса ludens.cl/Electron/esr/esr.html

Её повторили сотни, а может и тысячи радиолюбителей, и остались в основном довольны результатом. Основное его достоинство, это последовательная схема измерения, благодаря чему, минимальному ESR соответствует максимальное напряжение на шунтовом резисторе R6, что, в свою очередь полезно сказывается на работе диодов детектора.

Эту схему я сам не повторял, но пришел к аналогичной путем проб и ошибок. Из недостатков можно отметить «гуляние» нуля от температуры, и зависимость шкалы от параметров диодов и ОУ. Повышенное напряжение питания, требуемое для работы прибора. Чувствительность прибора можно легко повысить, уменьшив резисторы R5 и R6 до 1-2 ома и, соответственно увеличив усиление ОУ, возможно придется его заменить на 2 более скоростных.

Мой первый пробник ЕПС, исправно работающий по сегодняшний день.

Схемы не сохранилось, да ее и можно сказать и не было, собрал со всего миру по нитке, то что меня устраивало схемотехнически, правда, за основу была взята такая вот схема из журнала радио:

Были произведены следующие изменения:

1. Питание от литиевого аккумулятора мобильника
2. исключен стабилизатор, так как пределы рабочих напряжений Литиевого Аккумулятора довольно узкие
3. трансформаторы TV1 TV2 шунтированы резисторами 10 и 100 Ом, для уменьшения выбросов при измерении малых ескостей
4. Выход 561лн2 был буферизирован 2мя комплементарными транзисторами.

В общем получился такой вот девайс:

После сборки и калибровки данного девайса были тут-же отремонтированы 5 цифровых телефонных аппаратов «Мередиан», которые уже лет 6 лежали в коробке с надписью «безнадежные». Все в отделе начали делать себе аналогичные пробнички:).

Для большей универсализации, мною были добавлены дополнительный функции:

1. приемник инфрокрасного излучения, для визуальной и слуховой проверки пультов ДУ, (очень востребованная функция для ремонтов телеков)
2. подсветка места касания щупами конденсаторов
3. «вибрик» от мобилки, помогает локализовать плохие пайки и микрофонный эффект в деталях.

Видео проверки пульта

А недавно на форуме «radiokot.ru» господин Simurg выложил статью посвященную аналогичному прибору. В нем он применил низковольтное питание, мостовую схему измерения, что позволило измерять конденсаторы со сверхнизким уровнем ESR.

Его коллега RL55 взяв схему Simurg за основу, предельно упростил приборчик, по его заявлениям не ухудшив параметры. Его схема выглядит вот так:

Прибор ниже, мне пришлось собирать на скорую руку, как говорится «по нужде». Был в гостях у родственников,так там телевизор сломался, никто не мог его отремонтировать. Вернее ремонтировать удавалось, но не более чем на неделю, все время горел транзистор строчной развертки, схемы телевизора не было. Тут вспомнил, что видел на форумах простенький пробничек, схему помнил наизусть, родственник тоже немного занимался радиолюбительством, аудио усилители «клепал», поэтому все детали быстро нашлись. Пару часов пыхтения паяльником, и родился вот такой приборчик:

Были в 5 минут локализованы и заменены 4 подсохших електролитика, которые мультиметром определялись как нормальные, выпито за успех некоторое количество благородного напитка. Телек после ремонта уже 4 года работает исправно.

Прибор этого типа стал как панацея в трудные минуты, когда нет с собою нормального тестера. Собирается быстро, производится ремонт, и напоследок торжественно дарится хозяину на память, и, «на случай чего». После такой церемонии душа платящего как правило раскрывается вдвое, а то и втрое шире:)

Захотелось чего-то синхронного, начал думать над схемой реализации, и вот в журнале «Радио 1 2011», как по мановению вошебнлй палочки опубликована статья, даже думать не пришлось. Решил проверить, что за зверь. Собрал, получилось вот так:

Особого восторга изделие не вызвало, работает практически как и все предыдущие, есть, конечно разница в показаниях в 1-2 деления, в определенных случаях. Может его показания и более достоверны, но пробник есть пробник, на качестве дефектации это почти никак не отражается. Тоже снабдил светодиодом, чтобы смотреть «куда суешь?».

В общем, для души и ремонтов делать можно. А для точных измерений надо поискать схему измерителя ESR посолиднее.

Ну, и на последок на сайте monitor.net, участник buratino выложил простейший проект, как из обычного дешевого цифрового мультиметра можно сделать пробник ESR. Проект так меня заинтриговал, что решил попробовать, и вот что у меня из этого вышло.

Корпус приспособил от маркера

Что такое ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — это исключительно важный параметр электролитического конденсатора, характеризующий его работоспособность, качество и степень старения. С точки зрения ремонта электронной техники этот параметр даже более важен, чем емкость. Если, например, мы измерили емкость конденсатора номиналом 1000 микрофарад и она оказалась 650 микрофарад, конденсатор еще может долгое время работать в устройстве практически без заметного ухудшения характеристик (это конечно сильно зависит от конкретной схемы), в случае, если его ESR остается в приемлемых рамках. С другой стороны, если у конденсатора сильно выросло ESR, то во многих схемах, особенно в импульсных блоках питания, такой конденсатор уже не сможет выполнять своих функций даже если у него сохранилась номинальная емкость. Однако на практике такое бывает не часто, так как емкость и ESR — параметры взаимосвязанные и при росте ESR очень часто уменьшается и емкость конденсатора. Обычно ESR возрастает по мере высыхания электролита конденсатора.

Нужно сказать, что допустимое ESR — это параметр не постоянный, он зависит от емкости и рабочего напряжения конденсатора. Поэтому сделать вывод о пригодности конденсатора после измерения его ESR можно с помощью специальной таблицы максимально допустимых значений ESR. Вы можете ее увидеть на фотографии прибора на его лицевой панели. Я распечатал таблицу и приклеил ее на панель прибора:

Как измерить ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление, так же, как и обычное сопротивление, измеряется в Омах. В отличие от обычного омметра, прибор, измеряющий ESR, производит измерения не на постоянном токе, а на переменном токе сравнительно высокой частоты, обычно в районе 100 килогерц. На такой частоте емкость конденсатора практически не оказывает влияния на сопротивление конденсатора, поэтому измеряется именно последовательное эквивалентное сопротивление, а не емкость конденсатора. Фактически это главное и единственное отличие измерителя ESR от простого омметра.

В общем виде метод измерения ESR показан на схеме ниже:

Большинство измерителей работают именно по этому принципу. У нас есть генератор переменного напряжения G, резистор известного сопротивления R и измеряемый конденсатор Cx. Этот резистор совместно с измеряемым конденсатором образуют делитель напряжения. Дальше идет детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное и узел индикации этого постоянного напряжения, пересчитанного в Омы. Это может быть аналоговая или цифровая схема индикации, суть от этого не меняется.

Схема прибора

Описываемый прибор исключительно удобен тем, что может проверять конденсаторы без выпаивания их из схемы и в большинстве случаев это срабатывает. Исключением может быть например если вы хотите проверить конденсатор, параллельно которому включены другие конденсаторы. Такое включение иногда бывает в блоках питания. В таком случае прибор покажет наименьший ESR (то есть ESR лучшего конденсатора).

Схема измерителя ESR (кликните чтобы увеличить)

Прибор собран на основе микроконтроллера PIC16F873. Микроконтроллер измеряет выпрямленное напряжение, пересчитывает его значение в сопротивление в Омах. Кроме того микроконтроллер генерирует переменное напряжение прямоугольной формы частотй 100 кГц, которое используется для проведения измерений.

Для того, чтобы было возможно измерять ESR конденсаторов, не выпаивая их из схемы, измерительное напряжение должно быть достаточно низким, обычно 0,2-0,4 вольта, то есть меньше порога открывания pn — переходов полупроводниковых приборов.

Фактичекски представляет собой цифровой омметр работающий на переменном напряжении частотой 100кГц и позволяющий измерять сопротивления от 0 до 25,5Ом.

Узел формирования образцового напряжения 2.5 В для АЦП контроллера в оригинальной схеме собран на микросхеме TL431. В то время, когда я собирал этот измеритель у меня такой микросхемы не было и я заменил его стабилитроном на 3.3 В и подстроечным резистором на 10 К. Подстроечником я установил на ножке 5 контроллера требуемое напряжение 2.5 В.

Исходный узел на TL431

Я заменил его вот так

Сейчас TL431 — это очень распространенная и дешевая микросхема и проблем с ее приобретением нет. Так что если вы будете использовать мою печатную плату, то установите TL431. Подстроечник в таком случае устанавливать не нужно.

Блок питания собран на сетевом трансформаторе T1, диодном мостике и стабилизаторе напряжения LM7805 (K142ЕН5А). В своей версии прибора я отказался от трансформатора, оставив, тем не менее, диодный мостик на печатной плате. Я использовал малогабаритный импульсный сетевой блок питания (адаптер) на напряжение 12 вольт,

который, благодаря наличию диодного мостика, можно подключать в любой полярности или вообще использовать адаптер с переменным напряжением на выходе (просто трансформатор).

В принципе можно избавиться вообще от блока питания, если использовать пяти-вольтовый адаптер — зарядку от смартфона.

Меандр с частотой 100кГц снимается с ножки RC2 микроконтроллера и через резистор R3 подается на усилитель тока, собранный на транзисторах VT1,VT2. Я использовал КТ3102 и КТ3107. Хорошей идеей здесь будет использовать современные транзисторы BC547 и bc557. Нагрузкой усилителя служит резистор R1 и диоды VD5,VD7, включенные встречно-параллельно для ограничения амплитуды на измеряемом конденсаторе. Далее переменное напряжение, через конденсатор С1 и измеряемый конденсатор Cx поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора Т2. далее импульсы снимаются со вторичной обмотки и выпрямляются диодом VD6, после чего полученное пульсирующее напряжение сглаживается конденсатором С3. Далее сформированное постоянное напряжение через подстроечный резистор R4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера D3. Конденсатор С9 устраняет возможные высокочастотные помехи.

Информация отображается на трехразрядном семи-сегментном ЖК индикаторе. Транзисторы VT3, VT4, VT5 — ключи коммутации ЖК индикаторов (используется принцип динамической индикации.

Сетевой трансформатор (если вы решите его использовать) со вторичной обмоткой на 9-12 вольт. Повышающий трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольце марки М2000НМ и размером К10х6Х3 (можно использовать кольцо других размеров, не сильно отличающихся от указанных. Это не критично). Первичная обмотка намотана проводом диаметром 0,26мм, и состоит из 42 витков. Вторичная обмотка содержит 700витков провода диаметром 0,08мм.

Налаживание устройства. Подключаем к щупам измерителя резистор известного сопротивления в диапазоне 1 .. 5 Ом и подстроечным резистором добиваемся корректных показаний на дисплее. После такой настройки мой прибор при соединенных вместе щупах показывал сопротивление отличное от нуля, поэтому я еще слегка подкорректировал положение движка резистора таким образом чтобы на дисплее были нулевые показания при замкнутых щупах.

Печатная плата устройства когда-то была разведена в программе PCAD2006, а в последствии я импортировал файл платы в программу DIPTRACE.

ESR конденсатора, коэффициент рассеяния, тангенс потерь, Q

Важные параметры, связанные с конденсаторами, включают: эквивалентное последовательное сопротивление ESR, коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь и добротность.

Емкостное руководство В комплект входит:
Емкость Формулы конденсаторов Емкостное реактивное сопротивление Параллельные и последовательные конденсаторы Диэлектрическая проницаемость и относительная диэлектрическая проницаемость Коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь, СОЭ Таблица преобразования конденсаторов

ESR или эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, его DF или коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь и добротность или добротность — все это важные факторы в спецификации любого конденсатора.

Такие факторы, как ESR, коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь и добротность, важны во многих аспектах работы конденсатора и могут определять типы применения, для которых конденсатор может использоваться.

Поскольку четыре параметра взаимосвязаны, на этой странице будут рассмотрены ESR, DF, тангенс угла потерь и Q.

ESR, DF и Q — все аспекты характеристик конденсатора, которые влияют на его работу в таких областях, как работа в радиочастотном диапазоне. Однако ESR и DF также особенно важны для конденсаторов, работающих в источниках питания, где высокий ESR и коэффициент рассеяния, DF приведет к рассеиванию большой мощности в конденсаторе.

Конденсатор ESR, эквивалентное последовательное сопротивление

Эквивалентное последовательное сопротивление или ESR конденсатора влияет на многие области, в которых могут использоваться конденсаторы.

Эквивалентный последовательный резистор действует как любой другой резистор, вызывая падение напряжения и рассеивая тепло. Это означает, что конденсатор — не идеальный конденсатор, который многие из нас могли бы ожидать.

ESR конденсатора отвечает за рассеиваемую энергию в виде тепла и прямо пропорционально DF.При полном анализе схемы конденсатор должен быть изображен как его эквивалентная схема, включая идеальный конденсатор, но также с его последовательным ESR.

Эквивалентное последовательное сопротивление обусловлено рядом факторов, включая омические потери в самих выводах и пластинах, а также потери в диэлектрическом материале, используемом между пластинами конденсатора.

ESR конденсатора, базовое эквивалентное последовательное сопротивление

Хотя можно сосредоточиться на эквивалентном последовательном сопротивлении или tanδ конденсатора, также стоит помнить, что эквивалентная схема конденсатора также включает в себя другие эквивалентные значения электронных компонентов.Он может включать эквивалентную последовательную индуктивность, а также параллельное сопротивление.

Во многих случаях эти другие компоненты могут быть неприменимы и могут усложнять рассмотрение, и ESR можно решать самостоятельно, хотя стоит помнить, что другие элементы электронной схемы также существуют.

Эквивалентная схема конденсатора

Конденсаторы с высокими значениями ESR будут рассеивать мощность в виде тепла. Для некоторых схем только с низкими значениями тока это может не быть проблемой, однако во многих схемах, таких как схемы сглаживания источника питания, где уровни тока высоки, уровни мощности, рассеиваемые ESR, могут привести к значительному повышению температуры.

Это должно быть в рабочих пределах для конденсатора, иначе может произойти повреждение, и это должно быть включено в конструкцию схемы. Если повышение температуры слишком велико, конденсатор может быть безвозвратно поврежден или даже разрушен.

Для электролитических конденсаторов, которые обычно используются в приложениях с более высоким током, значительное повышение температуры увеличивает эффекты старения и, следовательно, сокращает ожидаемый срок службы, даже если они не приводят к фактическому повреждению или разрушению.Это демонстрирует необходимость учитывать ESR при выборе правильного электронного компонента для данной конструкции электронной схемы.

Установлено, что при повышении температуры конденсатора обычно увеличивается ESR, хотя и нелинейным образом. Увеличение частоты также имеет аналогичный эффект.

Очевидно, что ESR конденсатора должно быть как можно меньше для всех конструкций электронных схем, чтобы работа конденсатора была как можно ближе к идеальной.Однако в электронных схемах, таких как сглаживающие конденсаторы в источниках питания, где уровни тока могут быть высокими, а сопротивление источника должно быть низким, ESR может быть важным фактором при выборе правильного электронного компонента.

Коэффициент рассеяния и тангенс угла потерь

Хотя значение ESR конденсатора упоминается чаще, коэффициент рассеяния и тангенс угла потерь также широко используются и тесно связаны с ESR конденсатора.

Хотя коэффициент рассеяния и тангенс угла потерь фактически одинаковы, они имеют несколько разные точки зрения, что полезно при проектировании различных типов схем.Обычно коэффициент рассеяния используется на более низких частотах, тогда как тангенс угла потерь более применим для высокочастотных приложений.

Определения коэффициента рассеяния и тангенса угла потерь

Чтобы лучше понять как коэффициент рассеяния, так и тангенс угла потерь, необходимо дать краткие определения для этих терминов.

Во-первых, давайте посмотрим на определение коэффициента рассеяния:

Определение коэффициента рассеяния:

Коэффициент рассеяния определяется как значение тенденции диэлектрических материалов поглощать часть энергии при подаче сигнала переменного тока.

Из этого видно, что коэффициент рассеяния конденсатора больше зависит от того, как диэлектрик, особенно конденсатора, поглощает энергию.

Тангенс угла потерь рассматривает ту же проблему, но с точки зрения проблем фазового угла, связанных с поглощением энергии. Этот рисунок имеет тенденцию более широко использоваться в сценариях проектирования радиочастотных схем.

Определение тангенса угла потерь:

Тангенс угла потерь определяется как тангенс разности фазового угла между напряжением конденсатора и током конденсатора по отношению к ожидаемому теоретическому значению 90 градусов, эта разница вызвана диэлектрическими потерями внутри конденсатора.Величина δ (греческая буква дельта) также известна как угол потерь.

Тангенс угла потерь конденсатора

Из диаграммы и определения тангенса угла потерь конденсатора видно, что можно вывести следующее уравнение.

tanδ = DF

tanδ = 1Q

tanδ = ESRXc

Где:
δ = угол потерь (греческая буква дельта)
DF = коэффициент рассеяния
Q = добротность
ESR = эквивалентное последовательное сопротивление
X _c = реактивное сопротивление конденсатора в Ом.

Конденсатор Q

Удобно определять добротность или добротность конденсатора. Это фундаментальное выражение потерь энергии в резонансной системе. По сути, для конденсатора это отношение запасенной энергии к энергии, рассеиваемой за цикл.

Далее можно сделать вывод, что добротность может быть выражена как отношение емкостного реактивного сопротивления к ESR на интересующей частоте:

Где
Q = добротность конденсатора
X _c = емкостное реактивное сопротивление конденсатора в Ом
ESR = эквивалентное последовательное сопротивление в Ом

Поскольку Q можно довольно легко измерить и он обеспечивает повторяемость измерений, это идеальный метод для количественной оценки потерь в компонентах с малыми потерями.

Конденсатор Q — важный параметр для таких схем, как фильтры и генераторы. В этих схемах любые потери приведут к уменьшению добротности самого конденсатора и всего резонансного контура фильтра или генератора. Это может привести к снижению производительности.

Эффекты ESR

Эквивалентное последовательное сопротивление обычно связано с электролитическими конденсаторами и часто с танталовыми конденсаторами, потому что эти электронные компоненты обычно имеют более высокие значения емкости, а конструкция этих конденсаторов приводит к относительно высоким значениям последовательного сопротивления.

Электролитические конденсаторы часто используются в качестве резервов энергии в источниках питания и т. Д. Для хранения энергии, которая будет подаваться, когда форма выпрямленного напряжения падает в значении в течение определенных частей цикла и т. Д.

Их также можно использовать в импульсных регуляторах для устранения всплесков переключения и т. Д.

В обоих случаях потери из-за ESR уменьшают способность конденсатора быстро производить или поглощать заряд.

Для электронных схем, в которых на входе используется конденсатор, ESR увеличивает высокочастотный шум на конденсаторе, и это снижает эффективность фильтрации конденсатора.Если конденсатор используется для сглаживания выходного сигнала и т. Д., Более высокое значение ESR вызывает большую пульсацию, поскольку конденсатор не может потреблять и отдавать необходимое количество тока.

ESR конденсатора особенно важен в конструкциях электронных схем, которые имеют низкий рабочий цикл с высокочастотными импульсами тока. В этих случаях пульсации напряжения, возникающие из-за более высокого уровня ESR, будут больше, чем ожидалось, исходя только из емкости.

Также может быть обнаружено, что ESR будет уменьшаться с повышением температуры, и это может означать, что пульсация уменьшается по мере нагрева сборки.

Другая проблема в некоторых случаях заключается в том, что резистивный элемент в том, что можно считать чисто реактивной схемой, может привести к неожиданным сдвигам в фазовой характеристике, и это может повлиять на стабильность некоторых конструкций электронных схем.

Характеристики ESR

Эквивалентное последовательное сопротивление важно во многих конструкциях электронных схем, и, соответственно, некоторые конденсаторы изготавливаются специально для обеспечения низкого ESR. Несмотря на то, что ESR важен, не всегда кажется, что существует последовательный способ определения ESR, и это может затруднить сравнение одного конденсатора с другим.

Поскольку ESR зависит от рабочей температуры и частоты, в спецификации есть несколько переменных. Именно здесь разные производители представляют свои спецификации по-разному.

Наиболее распространенная спецификация — это ESR при 25 ° C и частоте 100 Гц, что вдвое превышает частоту сети в Европе и т. Д., Или иногда ее дают при 120 Гц, поскольку это вдвое превышает частоту сети в США. Иногда предлагается формула, позволяющая рассчитать СОЭ на других частотах.

Другие производители конденсаторов могут предоставлять данные другими способами, а иногда и методы для расчета ESR в требуемых рабочих точках. В целом это может немного запутать.

Также интересно отметить, что для конденсаторов сопоставимого размера и емкости-напряжения, номинального значения CV обнаружено, что электронный компонент с более высокой емкостью и более низким номинальным напряжением будет иметь более низкое ESR. Кроме того, ESR имеет тенденцию быть ниже для алюминиевых электролитических конденсаторов с длинными тонкими корпусами, потому что сопротивление фольги уменьшается.

Следует также отметить, что конденсаторы с большими габаритами корпуса иногда могут иметь более низкое ESR, поскольку толщина фольги может быть больше.

ESR конденсатора, коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь и добротность — все это важные аспекты потерь в конденсаторе. Все они связаны и по сути являются разными методами рассмотрения одной и той же проблемы. Однако они используются в различных областях схемотехники, такие как ESR конденсатора, коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь и добротность — все это видно в технических характеристиках, но для разных конденсаторов, используемых в разных областях..

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Власть Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

Характеристики конденсатора и технические характеристики конденсатора

Существует множество характеристик и спецификаций конденсаторов, связанных со скромным конденсатором, и чтение информации, напечатанной на корпусе конденсатора, иногда может быть трудным для понимания, особенно при использовании цветов или числовых кодов.

Каждое семейство или тип конденсатора использует свой собственный уникальный набор характеристик конденсатора и систему идентификации, при этом некоторые системы просты для понимания, а другие используют вводящие в заблуждение буквы, цвета или символы.

Лучший способ выяснить, какие характеристики конденсатора обозначает этикетка, — это сначала выяснить, к какому типу семейства принадлежит конденсатор, будь то керамический, пленочный, пластиковый или электролитический, и, таким образом, может быть легче определить конкретные характеристики конденсатора.

Даже если два конденсатора могут иметь одно и то же значение емкости, они могут иметь разные номиналы напряжения. Если конденсатор с меньшим номинальным напряжением заменяется конденсатором с более высоким номинальным напряжением, повышенное напряжение может повредить меньший конденсатор.

Также мы помним из предыдущего руководства, что с поляризованным электролитическим конденсатором положительный вывод должен подключаться к положительному соединению, а отрицательный вывод — к отрицательному, иначе он может снова выйти из строя.Поэтому всегда лучше заменить старый или поврежденный конденсатор на тот же тип, что и указанный. Пример маркировки конденсатора приведен ниже.

Характеристики конденсатора

Конденсатор, как и любой другой электронный компонент, имеет ряд характеристик. Эти характеристики конденсатора всегда можно найти в технических паспортах, которые производитель конденсаторов предоставляет нам, так что вот лишь некоторые из наиболее важных из них.

1. Номинальная емкость, (C)

Номинальное значение Емкость , C конденсатора является наиболее важной из всех характеристик конденсатора. Это значение измеряется в пикофарадах (пФ), нано-фарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ) и маркируется на корпусе конденсатора в виде цифр, букв или цветных полос.

Емкость конденсатора может изменяться в зависимости от частоты цепи (Гц) y в зависимости от температуры окружающей среды. Керамические конденсаторы меньшего размера могут иметь номинальное значение всего один пикофарад (1 пФ), в то время как более крупные электролитические конденсаторы могут иметь номинальное значение емкости до одного фарада (1 Ф).

Все конденсаторы имеют допуски от -20% до + 80% для алюминиевых электролитов, что влияет на его фактическое или реальное значение. Выбор емкости определяется конфигурацией схемы, но значение, считываемое на стороне конденсатора, не обязательно может быть его фактическим значением.

2. Рабочее напряжение, (WV)

Рабочее напряжение — еще одна важная характеристика конденсатора, которая определяет максимальное непрерывное напряжение постоянного или переменного тока, которое может быть приложено к конденсатору без сбоев в течение его срока службы.Как правило, рабочее напряжение, напечатанное на стороне корпуса конденсатора, относится к его рабочему напряжению постоянного тока (WVDC).

Значения постоянного и переменного напряжения обычно не совпадают для конденсатора, поскольку значение переменного напряжения относится к среднеквадратичному значению. значение, а НЕ максимальное или пиковое значение, которое в 1,414 раза больше. Кроме того, указанное рабочее напряжение постоянного тока действительно в определенном диапазоне температур, обычно от -30 ° C до + 70 ° C.

Любое постоянное напряжение, превышающее рабочее напряжение, или чрезмерный пульсирующий ток переменного тока могут вызвать отказ.Отсюда следует, что конденсатор будет иметь более длительный срок службы при эксплуатации в прохладной среде и в пределах своего номинального напряжения. Стандартные рабочие напряжения постоянного тока составляют 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 100 В, 160 В, 250 В, 400 В и 1000 В и указаны на корпусе конденсатора.

3. Допуск, (±%)

Как и резисторы, конденсаторы также имеют рейтинг допуска , выраженный как положительное или отрицательное значение либо в пикофарадах (± пФ) для конденсаторов малой емкости, как правило, менее 100 пФ, либо в процентах (±%) для конденсаторов большей емкости, как правило. выше 100 пФ.

Значение допуска — это степень, в которой фактическая емкость может отклоняться от номинального значения и может находиться в диапазоне от -20% до + 80%. Таким образом, конденсатор 100 мкФ с допуском ± 20% может законно изменяться от 80 мкФ до 120 мкФ и все еще оставаться в пределах допуска.

Конденсаторы

классифицируются в зависимости от того, насколько близки их фактические значения к номинальной номинальной емкости с цветными полосами или буквами, используемыми для обозначения их фактического допуска. Наиболее частое отклонение допусков для конденсаторов составляет 5% или 10%, но некоторые пластиковые конденсаторы имеют номинальный уровень до ± 1%.

4. Ток утечки

Диэлектрик, используемый внутри конденсатора для разделения проводящих пластин, не является идеальным изолятором, что приводит к очень небольшому току, протекающему или «протекающему» через диэлектрик из-за влияния мощных электрических полей, создаваемых зарядом на пластинах при наложении. на постоянное напряжение питания.

Этот небольшой постоянный ток, протекающий в области наноампер (нА), называется конденсаторами ток утечки . Ток утечки является результатом того, что электроны физически проходят через диэлектрическую среду, вокруг ее краев или между выводами и со временем полностью разряжают конденсатор, если напряжение питания снимается.

Когда утечка очень мала, например, в конденсаторах пленочного или фольгового типа, ее обычно называют «сопротивлением изоляции» (R _p), и ее можно выразить как высокое значение сопротивления параллельно конденсатору, как показано. Когда ток утечки высок, как в электролитах, это называется «током утечки», поскольку электроны проходят непосредственно через электролит.

Ток утечки конденсатора является важным параметром в цепях связи усилителя или в цепях источника питания, при этом лучшим выбором для приложений связи и / или хранения является тефлон и другие типы пластиковых конденсаторов (полипропилен, полистирол и т. Д.), Поскольку ниже диэлектрическая постоянная , тем выше сопротивление изоляции.

Конденсаторы электролитического типа

(танталовые и алюминиевые), с другой стороны, могут иметь очень высокую емкость, но они также имеют очень высокие токи утечки (обычно порядка 5-20 мкА на мкФ) из-за их низкого сопротивления изоляции, и поэтому не подходят для хранения или соединения. Кроме того, ток утечки для алюминиевых электролитов увеличивается с температурой.

5. Рабочая температура, (Т)

Изменения температуры вокруг конденсатора влияют на значение емкости из-за изменений диэлектрических свойств.Если температура воздуха или окружающей среды становится слишком горячей или холодной, значение емкости конденсатора может измениться настолько, что повлияет на правильную работу цепи. Нормальный рабочий диапазон для большинства конденсаторов составляет от -30 ^o C до +125 ^o C с номинальным напряжением, указанным для рабочей температуры не выше +70 ^o C, особенно для пластиковых конденсаторов.

Обычно для электролитических конденсаторов и особенно алюминиевых электролитических конденсаторов при высоких температурах (свыше +85 ^o C жидкости в электролите могут испаряться, а корпус конденсатора (особенно малых размеров) может деформироваться из-за внутреннее давление и прямая утечка.Также электролитические конденсаторы нельзя использовать при низких температурах, ниже примерно -10 ^o ° C, поскольку электролитный гель замерзает.

6. Температурный коэффициент, (TC)

Температурный коэффициент конденсатора — это максимальное изменение его емкости в заданном диапазоне температур. Температурный коэффициент конденсатора обычно выражается линейно в частях на миллион на градус Цельсия (PPM / ^o C) или в процентах изменения в определенном диапазоне температур.Некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2) и увеличивают свое значение при повышении температуры, придавая им температурный коэффициент, который выражается положительным знаком «P».

Некоторые конденсаторы уменьшают свое значение при повышении температуры, придавая им температурный коэффициент, который выражается как отрицательный «N». Например, «P100» составляет +100 ppm / ^o C или «N200», что составляет -200 ppm / ^o C и т. Д. Однако некоторые конденсаторы не меняют своего значения и остаются постоянными в определенном диапазоне температур, например конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент или «НПО».Эти типы конденсаторов, такие как слюдяные или полиэфирные, обычно относятся к конденсаторам класса 1.

Большинство конденсаторов, особенно электролитические, теряют свою емкость при нагревании, но доступны конденсаторы с температурной компенсацией в диапазоне от как минимум P1000 до N5000 (+1000 ppm / ^o C до -5000 ppm / ^o C). Также возможно подключить конденсатор с положительным температурным коэффициентом последовательно или параллельно с конденсатором, имеющим отрицательный температурный коэффициент, в результате чего два противоположных эффекта будут нейтрализовать друг друга в определенном диапазоне температур.Еще одно полезное применение конденсаторов с температурным коэффициентом — их использование для нейтрализации влияния температуры на другие компоненты в цепи, такие как катушки индуктивности, резисторы и т. Д.

7. Поляризация

Конденсатор Поляризация обычно относится к конденсаторам электролитического типа, но в основном к алюминиевым электролитическим конденсаторам в отношении их электрического соединения. Большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными, то есть напряжение, подключенное к клеммам конденсатора, должно иметь правильную полярность, т.е.е. положительное на положительное и отрицательное на отрицательное.

Неправильная поляризация может привести к разрушению оксидного слоя внутри конденсатора, что приведет к протеканию очень больших токов через устройство, что приведет к разрушению, как мы упоминали ранее.

У большинства электролитических конденсаторов отрицательная клемма -ve четко обозначена черной полосой, полосой, стрелками или шевронами на одной стороне корпуса, как показано на рисунке, для предотвращения неправильного подключения к источнику постоянного тока.

У некоторых более крупных электролитиков металлическая банка или корпус соединены с отрицательной клеммой, но у высоковольтных электролизеров металлическая банка изолирована, а электроды выведены на отдельные лопаточные или винтовые клеммы для безопасности.

Кроме того, при использовании алюминиевых электролитов в сглаживающих цепях источника питания следует позаботиться о том, чтобы сумма пикового напряжения постоянного тока и пульсирующего напряжения переменного тока не превратилась в «обратное напряжение».

8. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление или ESR конденсатора — это импеданс конденсатора по переменному току при использовании на высоких частотах и включает в себя сопротивление диэлектрического материала, сопротивление постоянному току выводов клемм, сопротивление постоянного тока соединений. сопротивление диэлектрика и обкладки конденсатора измеряется при определенной частоте и температуре.

ESR Модель

В некотором смысле ESR противоположен сопротивлению изоляции, которое представляется как чистое сопротивление (без емкостного или индуктивного реактивного сопротивления) параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор должен иметь только емкость, но ESR представляется как чистое сопротивление (менее 0,1 Ом), включенное последовательно с конденсатором (отсюда и название — эквивалентное последовательное сопротивление), и которое зависит от частоты, что делает его «ДИНАМИЧНОЙ» величиной.

Поскольку ESR определяет потери энергии «эквивалентного» последовательного сопротивления конденсатора, оно должно определять общие тепловые потери конденсатора I ² R, особенно при использовании в цепях питания и коммутации.

Конденсаторы

с относительно высоким ESR имеют меньшую способность пропускать ток к пластинам и от них во внешнюю цепь из-за большей постоянной времени заряда и разряда RC. ESR электролитических конденсаторов со временем увеличивается по мере высыхания электролита. Доступны конденсаторы с очень низким рейтингом ESR, которые лучше всего подходят при использовании конденсатора в качестве фильтра.

В заключение, конденсаторы с малой емкостью (менее 0,01 мкФ) обычно не представляют большой опасности для человека.Однако, когда их емкость начинает превышать 0,1 мкФ, прикосновение к выводам конденсатора может вызвать шок.

Конденсаторы

обладают способностью накапливать электрический заряд в виде напряжения на самих себе, даже когда в цепи не течет ток, давая им своего рода память с большими емкостными конденсаторами электролитического типа, которые можно найти в телевизорах, фото вспышках и батареях конденсаторов. хранение смертельного заряда.

Как правило, никогда не прикасайтесь к выводам конденсаторов большой емкости после отключения источника питания.Если вы не уверены в их состоянии или безопасном обращении с этими конденсаторами большой емкости, обратитесь за помощью или советом к специалисту, прежде чем обращаться с ними.

Мы перечислили здесь только некоторые из множества характеристик конденсаторов, доступных как для идентификации, так и для определения условий его эксплуатации, а в следующем руководстве в нашем разделе о конденсаторах мы рассмотрим, как конденсаторы накапливают электрический заряд на своих пластинах и используем его для расчета его значение емкости.

Какой тип конденсатора следует использовать? | Блоги

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 7 октября 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 27 января 2021 г.

Конденсаторы

являются одними из основных компонентов всех электронных устройств и жизненно важны для их работы.В современной электронике чаще всего встречаются керамические конденсаторы, разделяющие источники питания почти для каждой интегральной схемы (ИС) на печатной плате, или алюминиевые электролитические конденсаторы в качестве объемной емкости для регулятора напряжения. Однако конденсаторы используются в гораздо большем количестве применений, чем просто для обхода шума, и существует гораздо больше типов конденсаторов, чем только керамические и алюминиевые электролитические.

Конденсаторы используются для:

Муфта
Развязка
Фильтры
Накопление / поставка энергии
Согласование импеданса
Демпферы
и многие другие приложения

В этой статье мы рассмотрим все типы конденсаторов и их области применения.Хотя мы могли бы думать о конденсаторах как о стабильной технологии, которая не менялась десятилетиями, реальность такова, что конденсаторы сегодня сильно отличаются от конденсаторов десятилетней давности, не говоря уже о 20-летней давности. Приложения, которые вы никогда не могли себе представить, используя конденсатор определенного типа в прошлом, сегодня вполне разумны с развитием конденсаторной технологии. Напротив, хотя некоторые конденсаторы сегодня могут считаться устаревшими и не имеющими практического применения по сравнению с другими типами конденсаторов, у них все еще есть свои нишевые приложения, в которых они преуспевают.

Хотя все конденсаторы имеют емкость — не все они равны. Емкость — не единственный важный параметр при выборе конденсатора, и каждый тип конденсатора используется в разных приложениях, поэтому иногда сделать правильный выбор — непростая задача. Было бы лучше, если бы вы рассмотрели емкость, максимальное напряжение, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), долговечность, размер, цену, доступность, параметры, которые меняются с температурой, и так далее.Например, при выборе байпасного конденсатора важны параметры ESR и ESL. С другой стороны, при выборе конденсатора для хранения энергии или внезапного изменения нагрузки утечка тока может быть более критичной.

Типы конденсаторов, их номинальное напряжение и емкость

Выбор конденсатора в первую очередь зависит от вашего приложения и бюджетных ограничений. Цена конденсаторов может варьироваться от менее цента до более 100 долларов.

Давайте посмотрим на типы конденсаторов, где они используются и когда один подходит больше, чем другой.

Конденсаторы керамические

Керамические конденсаторы — один из самых популярных и распространенных типов конденсаторов. Раньше керамические конденсаторы имели очень низкую емкость, но в настоящее время это не так. Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) широко используются в схемах; их номинальная емкость может достигать сотен микрофарад (мкФ). Современные керамические конденсаторы могут использоваться вместо конденсаторов других типов для устаревшего оборудования / конструкций, таких как электролитические или танталовые, и обеспечивают более высокую производительность при более низкой стоимости.

Базовые сборки керамических конденсаторов SMT
Image Source

MLCC имеют керамический диэлектрический корпус, который представляет собой смесь тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов и других компонентов для достижения желаемых параметров. У них есть несколько слоев электродов, которые создают емкость. Керамика спекается при высоких температурах, образуя электрическую и механическую основу конденсатора.

Керамические слои обычно очень тонкие; однако это зависит от номинального напряжения компонента.Чем выше напряжение, тем больше толщина и размер конденсатора при той же емкости. Конденсатор обычно защищен от влаги и других загрязнений тонким покрытием.

Хотя, как и всегда, существуют версии керамических конденсаторов со сквозными отверстиями / выводами, по-настоящему сияют именно конденсаторы для поверхностного монтажа. Интересно, что если сегодня вы разобьете множество керамических конденсаторов со сквозными отверстиями, вы можете обнаружить конденсатор для поверхностного монтажа, прикрепленный к выводам под бусинкой! Объем производства и экономия на масштабе, которую обеспечивает объем для конденсаторов для поверхностного монтажа, удешевляют производителям простую переупаковку компонента для поверхностного монтажа в корпус со сквозными отверстиями.Керамические конденсаторы для поверхностного монтажа могут предложить весьма конкурентоспособные номинальные значения емкости для своего крошечного размера. MLCC — это самые маленькие конденсаторы на рынке с упаковками до 08004 (0201 метрическая система). Без конденсаторов этих крошечных размеров высокопроизводительные платы с высокой плотностью размещения не были бы жизнеспособными.

MLCC

популярны не только потому, что они компактны с относительно высокой емкостью, но и потому, что они критически важны для многих приложений, где электролитический тип был бы совершенно непригоден.Керамические конденсаторы, как часто упускается из виду, обычно не загораются и не взрываются, если с ними неправильно обращаться. Они не имеют полярности и могут иметь напряжения, значительно превышающие их номинальные значения, без повреждения самого конденсатора. Напротив, алюминиевые электролитические и особенно танталовые конденсаторы имеют тенденцию превращаться в маленькие ракетные двигатели или взрываться, если к ним приложено даже незначительное обратное напряжение или их номинальные характеристики даже немного превышены.

Другие преимущества:

Широкий диапазон емкости и напряжения
Высокая надежность
Лента и катушка для поверхностного монтажа
Низкое СОЭ
High Q на высоких частотах

Многослойный керамический конденсатор
Image Source

Несмотря на свои общие преимущества и преимущества, не все керамические конденсаторы одинаковы, и некоторые из них чрезвычайно дешевы, а другие дороги. Параметры конденсатора также зависят от нескольких факторов, например, от типа используемого керамического диэлектрика.Чаще всего используются диэлектрики C0G, NP0, X7R, Y5V и Z5U.

Есть два основных класса керамических конденсаторов:
Класс 1: обеспечивает высокую стабильность и низкие потери для резонансных схем (NP0, P100, N33, N75 и т. Д.).
Class 2: обеспечивает высокую объемную эффективность для приложений буфера, байпаса и соединения (X7R, X5R, Y5V, Z5U и т. Д.).

Керамические конденсаторы класса 1

Керамические конденсаторы

класса 1 обеспечивают высочайшую стабильность и самые низкие потери.Они обладают высокой толерантностью и точностью и более стабильны при изменении напряжения и температуры. Конденсаторы класса 1 подходят для использования в качестве генераторов, фильтров и требовательных аудиоприложений.

Коды допусков для керамических конденсаторов класса 1 приведены ниже:

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Письмо	Sig. Фигуры	Цифра	Множитель (10х)	Письмо	Допуск
С	0.0	0	-1	г	+/- 30
B	0,3	1	-10	H	+/- 60
л	0,8	2	-100	Дж	+/- 120
А	0,9	3	-1000	К	+/- 250
M	1.0	4	+1	л	+/- 500
п.	1,5	6	+10	M	+/- 1000
R	2,2	7	+100	N	+/- 2500
S	3,3	8	+1000
т	4.7
В	5,6
U	7,5

Первый символ — это буква, обозначающая значащую цифру изменения емкости при изменении температуры в ppm / ° C.Второй символ числовой и обозначает множитель для первого символа. Третий символ — это буква, обозначающая максимальную ошибку в ppm // ° C.

Например, керамика : C0G предлагает один из самых стабильных диэлектриков конденсаторов. Изменение емкости в зависимости от температуры составляет 0 +/- 30 ppm / ° C, что составляет менее +/- 0,3% от номинальной емкости в диапазоне от -55 ° C до + 125 ° C. Дрейфом емкости или гистерезисом для керамики C0G можно пренебречь и составляет менее ± 0,05% по сравнению с ± 2% для пленочных конденсаторов.

Керамический диэлектрик C0G (NP0) обычно имеет «Q», превышающее 1000, и показывает небольшие изменения емкости или «Q» в зависимости от частоты. В дополнение к этому диэлектрическое поглощение обычно составляет менее 0,6%; это похоже на слюду, которая известна своим очень низким поглощением. Это делает керамические конденсаторы превосходными для ВЧ-приложений, и обычно вы можете найти керамические конденсаторы, специально разработанные для ВЧ-цепей.

Керамические конденсаторы класса 2

Керамические конденсаторы

класса 2 имеют гораздо более высокий уровень диэлектрической проницаемости, чем конденсаторы класса 1.Это дает им гораздо более высокий уровень емкости на единицу объема. Однако в качестве компромисса для этой более высокой плотности они имеют более низкую общую точность и стабильность. В дополнение к более низкой точности и стабильности керамические конденсаторы класса 2 также демонстрируют нелинейный температурный коэффициент и емкость, которая в небольшой степени зависит от приложенного напряжения.

Такие конденсаторы идеально подходят для развязки и развязки, где точное значение емкости не критично, но где пространство может быть проблемой.Они также идеально подходят для измерения объемной емкости в цепях, которые имеют быстро меняющиеся нагрузки, но при этом должны иметь компактную площадь основания, например, ИС радиочастотного передатчика / приемопередатчика.

Коды символов для допусков керамических конденсаторов класса 2:

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Письмо	Низкая температура	Цифра	Высокая температура	Письмо	Изменение
X	-55 ° C (-67 ° F)	2	+ 45 ° C (+ 113 ° F)	D	+/- 3.3%
Y	-30 ° C (-22 ° F)	4	+ 65 ° C (+ 149 ° F)	E	+/- 4,7%
Z	+ 10 ° C (+ 50 ° F)	5	+ 85 ° C (+ 185 ° F)	F	+/- 7,5%
		6	+ 105 ° C (+ 221 ° F)	-п.	+/- 10%
		7	+ 125 ° C (257 ° F)	R	+/- 15%
				S	+/- 22%
				т	+ 22% / -33%
				U	+ 22% / -56%
				В	+ 22% / -82%

Первый символ — это буква, обозначающая нижнюю границу диапазона рабочих температур.Вторая цифра указывает на верхний предел рабочей температуры. Третий символ — это буква, обозначающая изменение емкости во всем диапазоне рабочих температур.

Одним из наиболее распространенных и популярных керамических диэлектриков класса 2 является X7R, который имеет диапазон температур от -55 ° C до + 125 ° C и изменение емкости ± 15%, что является относительно низкой стоимостью, но все же имеет относительно хорошие допуски. Конденсаторы Y5V также очень распространены, поскольку емкость или напряжение начинает достигать верхнего края данного корпуса.Он имеет температурный диапазон от -30 до + 85 ° C и допуск в диапазоне + 22 / -82%, что по-прежнему подходит для многих требований к развязке или объемной емкости, которые должны быть компактными и экономичными.

Керамические конденсаторы класса 3

Исторически существуют также керамические конденсаторы класса 3, которые обеспечивают высокую емкость на единицу объема. Эти диэлектрики сложно найти все еще в производстве, поскольку современная многослойная керамика класса 2 может предлагать аналогичные или более высокие емкости в сочетании с лучшими характеристиками в более компактном корпусе.

Конденсаторы танталовые

Тантал — это тип электролитического конденсатора, который изготавливается с использованием металлического тантала в качестве анода, покрытого тонким слоем оксида, который действует как диэлектрик. Тантал предлагает очень тонкий диэлектрический слой, что приводит к более высоким значениям емкости на единицу объема.

Танталовые конденсаторы SMT
Image Source

Танталовые конденсаторы поляризованы, что означает, что они могут использоваться только с источником постоянного тока и размещены только в правильной ориентации.Танталовый конденсатор, используемый за пределами его номинального напряжения / температуры или с неправильной полярностью, быстро приведет к тепловому выходу из строя, вызывая пожары и даже небольшие взрывы. Их можно смягчить, используя в конструкции элементы безопасности, такие как ограничители тока или плавкие предохранители. Тем не менее, об этом следует помнить при использовании танталовых конденсаторов, близких к их номинальным характеристикам.

По сравнению с керамическими конденсаторами эквивалентное последовательное сопротивление танталового конденсатора относительно велико, обычно на несколько порядков выше.Это делает танталовые конденсаторы плохим выбором для высокочастотных приложений.

Танталовые конденсаторы

, как правило, значительно дороже, чем MLCC, поэтому использование танталовых крышек для общих приложений становится все более редким. У них действительно есть некоторые выдающиеся особенности, которые делают их идеальными для определенных приложений, несмотря на их дополнительную стоимость.

Линейное изменение емкости с температурой

Танталовые конденсаторы демонстрируют линейное изменение емкости в зависимости от температуры.Это линейное изменение упрощает расчет емкости в критических условиях. В дополнение к линейному изменению емкость танталовых конденсаторов увеличивается с температурой, что дает преимущества, например, для накопления энергии или стабильности при изменении нагрузки импульсного источника питания. Если танталовый конденсатор находится рядом с импульсным блоком питания, его емкость немного возрастет, поскольку блок питания подвергается большой нагрузке и нагревается.

Зависимость емкости MLCC и танталового конденсатора от температуры
Источник изображения

Ограниченные микрофонные / пьезоэлектрические эффекты

Благодаря пьезоэлектрическому эффекту керамические конденсаторы являются микрофонными, поскольку они вибрируют, генерируя напряжение, как пьезо микрофон.Этот эффект может вызвать дополнительный шум в цепи, что не идеально для плат в условиях высокой вибрации с чувствительными / низковольтными аналоговыми сигналами. Этот шум не является достаточно значительным, чтобы повлиять на цифровые или усиленные аналоговые сигналы, однако неусиленные аналоговые сигналы от преобразователей или другие очень чувствительные сигналы могут быть затронуты. Это одна из причин, по которой многие компоненты, связанные со звуком, не рекомендуют керамические конденсаторы. Танталовые конденсаторы обычно не обладают пьезоэлектрическими / микрофонными характеристиками, что делает их идеальными для аудио приложений или приложений, которые испытывают сильную вибрацию.

Керамический конденсатор и танталовый конденсатор Акустические эффекты
Источник изображения

Характеристики емкости в зависимости от напряжения

Танталовые конденсаторы

очень стабильны при различных условиях постоянного напряжения, если эти условия не выходят за пределы номинальных значений конденсатора. Емкость многослойных керамических конденсаторов значительно изменяется с увеличением напряжения, уменьшаясь по мере увеличения напряжения. Это может быть жизненно важным для приложений с переменным напряжением, а также может сделать танталовый конденсатор сопоставимым по цене с MLCC в определенных приложениях.Танталовый конденсатор обычно дает полную заявленную емкость без каких-либо допусков. Для источников питания с низким уровнем шума и критических систем развязки, где керамический конденсатор может работать при напряжении, близком к максимальному, вам потребуется 1/3 емкости от танталового конденсатора, как от керамического конденсатора. В качестве альтернативы вам понадобится 1/3 количества параллельных конденсаторов, чтобы иметь такую же реальную емкость, что может обеспечить значительную экономию места.

Емкость как функция смещения постоянного тока для танталового конденсатора (TC) и MLCC
Источник изображения

Стабильность во времени

Диэлектрическая проницаемость керамических конденсаторов из-за деградации со временем поляризованных доменов в сегнетоэлектрических диэлектриках. Хотя это может звучать как линия технической болтовни из научно-фантастического сериала, реальный эффект заключается в уменьшении емкости с течением времени. С другой стороны, танталовые конденсаторы, как правило, остаются стабильными в течение всего срока службы.Танталовые конденсаторы также не высыхают и не разрушаются, как алюминиевые электролитические конденсаторы, что делает танталовые конденсаторы идеальными для приложений с длительным сроком службы, особенно в сценариях, где обслуживание дорого или невозможно, или где устройство критически важно.

Старение MLCC проявляется в уменьшении емкости с течением времени
Источник изображения

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются культовыми. Если вы будете искать изображения конденсаторов, вы, скорее всего, получите изображение алюминиевого электролитического конденсатора.В современной электронике алюминиевые конденсаторы в основном используются для емкостных емкостей большой емкости, где требуется значительная емкость из-за их большого объема, высокого ESR и утечки тока. Несмотря на то, что они были заменены во многих приложениях, они по-прежнему очень популярны из-за их огромных значений емкости, высоких значений максимального напряжения и низкой стоимости.

Основные алюминиевые электролитические конденсаторы
Источник изображения

Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из жидкого электролита.Электролит представляет собой жидкость или гель с высокой концентрацией ионов. Как и танталовые конденсаторы, которые также являются электролитическими, алюминиевые электролитические конденсаторы поляризованы. Это означает, что положительный вывод должен иметь более высокий потенциал, чем отрицательный. В отличие от научно-фантастических шоу, где капитан призывает «поменять полярность», чтобы что-то заработало, если вы сделаете это с алюминиевым конденсатором, он быстро выйдет из строя, лопнет и потенциально загорится.

Конструкция алюминиевого электролитического конденсатора
Image Source

Алюминиевые конденсаторы во многих приложениях были заменены более дешевыми многослойными керамическими конденсаторами, алюминиево-полимерными конденсаторами с низким ESR или танталовыми конденсаторами из-за большого количества недостатков алюминиевых электролитических конденсаторов.Алюминиевые конденсаторы имеют очень высокое эквивалентное последовательное сопротивление, что заставляет их рассеивать большую мощность, когда на конденсатор подаются сигналы с высокой частотой или большой амплитудой. Срок службы алюминиевого конденсатора сильно ограничен электролитом, который может высохнуть — срок службы значительно сокращается при высоких температурах эксплуатации. Ток утечки алюминиевого конденсатора значительно выше, чем у конденсаторов большинства других типов, что делает их менее идеальными для применения в соединительных устройствах.

Из-за недостатков эти конденсаторы непригодны для многих современных приложений. Однако алюминиевые конденсаторы никуда не денутся, поскольку у них есть несколько преимуществ, не в последнюю очередь из-за их мизерной стоимости при сопоставимой емкости / напряжении. Алюминиевые конденсаторы также предлагают значения емкости до нескольких фарад и гораздо более высокие напряжения, чем многие другие типы конденсаторов, по крайней мере, с учетом емкости. Несмотря на свой размер, они могут иметь меньшую площадь основания, чем эквивалентная емкость в нескольких других конденсаторах другого типа, подключенных параллельно, поскольку для алюминиевых конденсаторов характерно высокое соотношение диаметра к высоте.Если вертикальный зазор не является проблемой, алюминиевый конденсатор может иметь исключительную емкость для его площади основания.

По сравнению с танталовыми конденсаторами, алюминиевые конденсаторы, как правило, меньше повреждают цепь при выходе из строя. Когда срок службы алюминиевого конденсатора подходит к концу, его емкость постепенно уменьшается. Если он выходит из строя из-за перенапряжения или другого неправильного обращения, он обычно лопнет или разбухнет, не повредив при этом кусок вашей печатной платы, или вызовет пожар.

В то время как полимерные версии алюминиевых конденсаторов обладают множеством преимуществ, простой алюминиевый конденсатор значительно дешевле, а также обеспечивает более высокое максимальное номинальное напряжение.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

могут быть заменены во многих приложениях, поскольку они не соответствуют строгим требованиям современной схемотехники, они по-прежнему непревзойденны в приложениях, где большие значения емкости требуются при ограниченном бюджете. Они используются во многих импульсных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения, аудио или других фильтров нижних частот, сглаживания или измерения объемной емкости.Хотя они могут быть не идеальным выбором, иногда они — единственный выбор или единственный способ добиться стабильной схемы в рамках бюджета.

Конденсаторы полимерные

Полимерные конденсаторы — это относительно новая технология, которая быстро становится распространенным типом электролитических конденсаторов. Они являются отличной альтернативой основным алюминиевым и танталовым конденсаторам, а в некоторых случаях даже многослойным керамическим конденсаторам. В этих конденсаторах в качестве электролита используются проводящие твердые полимеры, а не жидкие или гелевые электролиты, которые встречаются в традиционных электролитических конденсаторах.Поскольку как алюминиево-полимерные, так и тантал-полимерные конденсаторы предлагаются в тех же корпусах, что и их родительские жидкие электролиты, можно легко модернизировать существующую конструкцию до полимерных конденсаторов и воспользоваться преимуществами.

Полимерные конденсаторы
Image Source

Благодаря использованию твердых электролитов, полимерные конденсаторы позволяют избежать высыхания жидкого электролита, что серьезно ограничивает срок службы классических электролитических конденсаторов.

Полимерные конденсаторы

могут использоваться в качестве замены танталовых электролитических конденсаторов в большинстве ситуаций, если они не превышают максимальное номинальное напряжение, которое, как правило, ниже, чем у классических электролитических конденсаторов.Чаще всего встречаются полимерные конденсаторы с номинальным напряжением до 35 В постоянного тока, но все еще существует множество вариантов примерно до 63 В постоянного тока. Существует ограниченное количество конденсаторов, рассчитанных на 250 В постоянного тока для алюминиевого полимера или 125 В постоянного тока для танталового полимера.

Другая причина, по которой существующие конструкции обычно не заменяют большинство танталовых или алюминиевых электролитических конденсаторов полимерными, заключается в том, что они относительно дороги. При этом есть несколько преимуществ использования полимерных конденсаторов в конструкциях, особенно в источниках питания.В нескольких моих статьях по проекту с открытым исходным кодом я указывал алюминиево-полимерные конденсаторы, поскольку их производительность на доллар была непревзойденной для этих конкретных приложений.

Характеристики емкости в зависимости от напряжения

Подобно танталовым электролитическим конденсаторам, которые мы рассматривали ранее, полимерные конденсаторы имеют практически идентичные свойства, когда дело касается зависимости емкости от напряжения — емкость увеличивается линейно с увеличением температуры.

Зависимость емкости MLCC и полимерного конденсатора от времени и температуры
Источник изображения

Очень низкое ESR

Существенным недостатком традиционных танталовых и алюминиевых конденсаторов является их высокое эквивалентное последовательное сопротивление.При использовании для фильтрации приложений в импульсном источнике питания трудно получить мелкие пульсации напряжения или уменьшить кондуктивные электромагнитные помехи. ESR полимерных конденсаторов аналогичен многим керамическим конденсаторам, что делает их идеальными для применения в фильтрах, поскольку они предлагают значительно более высокие значения емкости, чем керамические конденсаторы. Хотя полимерные конденсаторы значительно дороже, чем их аналоги с жидким электролитом, они все же намного дешевле, чем эквивалентное количество параллельных керамических конденсаторов.Низкое ESR полимерных конденсаторов делает их идеальными для любых приложений с сильноточной пульсацией, где требуется большая емкость.

Высокая емкость

Алюминиевые полимерные конденсаторы в основном имеют очень высокую плотность емкости для занимаемой ими печатной платы. Танталовые полимерные конденсаторы обычно не выпускаются в высоких корпусах, как это делают алюминиевые конденсаторы. Высокие цилиндрические алюминиевые конденсаторы позволяют обеспечить исключительно высокую емкость за счет использования компонентов с высоким соотношением сторон, которые очень высоки по сравнению с занимаемой площадью — если позволяют зазоры.

Нет утечки

Алюминиевые конденсаторы

известны тем, что выходят из строя из-за высыхания или утечки электролита. Протекающий конденсатор может повредить печатную плату, которую в противном случае можно было бы отремонтировать, просто заменив конденсатор. Благодаря твердому полимерному электролиту утечка невозможна.

Без пьезоэффекта

Как и их неполимерные аналоги, как обсуждалось ранее, полимерные варианты не имеют пьезоэлектрических / микрофонных проблем, что делает их идеальными для аудио и других чувствительных аналоговых приложений с малым сигналом.

Стабильность частоты

Как упоминалось ранее, полимерные конденсаторы превосходно подходят для высокочастотных приложений по сравнению с их аналогами с жидким электролитом. Хотя они не так хороши, как керамический конденсатор, они очень близки и могут предложить высокую емкость по той же цене и занимаемой площади на плате по сравнению с вариантом керамического конденсатора.

Параметр емкости полимерных, MLCC и танталовых конденсаторов в зависимости от частоты
Источник изображения

Это делает полимерные конденсаторы превосходными для источников питания и аудиоприложений.Хотя полимерный конденсатор обычно дороже, чем другие альтернативы, он может предложить экономию по сравнению с керамическими конденсаторами из-за уменьшения емкости при напряжении в керамике, что требует меньшего количества полимерных конденсаторов для выполнения той же работы.

В качестве примера можно взять простой DC-DC понижающий блок питания:

Преобразователь постоянного тока в качестве примера замены MLCC полимерными конденсаторами
Источник изображения

Для приведенного выше приложения требуется емкость 250 мкФ на входе и емкость 450 мкФ на выходе.После рассмотрения ухудшения емкости керамического конденсатора, перенапряжения, старения и температуры, нам необходимо снизить характеристики керамического конденсатора примерно на 70%. Это снижение означает, что емкость должна быть около 833 мкФ на входе и 1500 мкФ на выходе. Для этого потребуется восемнадцать керамических конденсаторов по 47 мкФ на входе и пятнадцать керамических конденсаторов по 100 мкФ на выходе. Используя полимерные конденсаторы, мы могли бы вместо этого использовать два полимерных конденсатора по 150 мкФ на входе и один полимерный конденсатор емкостью 470 мкФ на выходе.Поскольку полимерные конденсаторы не нуждаются в снижении номинальных характеристик, они обеспечивают 30% -ную экономию затрат и 50% -ную экономию площади печатной платы.

Пленочные конденсаторы

, как следует из названия, используют в качестве диэлектрика тонкую пластиковую пленку. Эти конденсаторы дешевы, очень стабильны во времени и имеют очень низкую самоиндукцию и эквивалентные параметры последовательного сопротивления. Некоторые пленочные конденсаторы могут выдерживать очень большие скачки реактивной мощности.

Пленочные конденсаторы переменного тока
Image Source

В процессе вытяжки изготавливается очень тонкая пленка, которую затем можно металлизировать или оставить без обработки в зависимости от свойств, требуемых для конденсатора.Затем добавляются электроды, и сборка устанавливается в корпус, защищающий конденсатор от воздействия окружающей среды.

Относительно плохой диэлектрик делает этот тип конденсатора очень большим по сравнению с другими типами, что придает ему очень низкую емкость на единицу объема, что позволяет использовать его в значительно различных приложениях по сравнению с другими вариантами, которые мы рассмотрели. Пленочные конденсаторы используются во многих приложениях, где требуются стабильность, низкая индуктивность и низкая стоимость.

Интересным аспектом металлизированных пленочных конденсаторов является их самовосстановление.Самовосстановление происходит, когда дефекты вызывают скачки внешнего напряжения. Любая дуга внутри конденсатора испаряет тонкую металлизацию пленки вокруг места повреждения. Это приводит к тому, что область, которая не смогла потерять свое металлизированное покрытие — без проводящего материала больше не возникает короткого замыкания, поэтому конденсатор перестает находиться в режиме отказа.

Полиэфирная пленка

Полиэфирные пленочные конденсаторы — это недорогие пленочные конденсаторы общего назначения, основным преимуществом которых является превосходная стабильность при более высоких температурах (до 125 ° C)

Основные характеристики:

Корпуса с выводами и для поверхностного монтажа
Может работать при 125 ° C с пониженным напряжением
Высокий допуск
Высокая диэлектрическая прочность для относительно небольших высоковольтных конденсаторов
Низкое СОЭ
High dV / dt — может использоваться в приложениях, где присутствуют резкие и быстрые всплески времени нарастания

Обычно они используются для:

Цепи, в которых конденсатор должен выдерживать высокие пиковые уровни тока.
Фильтрация, где не требуются высокие допуски.
Общие приложения связи и развязки, а также блокировка по постоянному току.
Источники питания, в которых не нужны электролитические конденсаторы очень высокого уровня емкости.
Аудиоприложения.

Конденсатор из полиэфирной пленки
Источник изображения

Полипропиленовая (ПП) пленка

Пленочные полипропиленовые конденсаторы широко доступны и используются в широком диапазоне приложений.

Основные характеристики

Чрезвычайно жесткий допуск (до 1%).
Очень стабильны, так как они претерпевают очень низкие изменения емкости с течением времени и приложенного напряжения, а их температурный коэффициент довольно низкий, отрицательный и линейный.
Большинство конденсаторов из полипропилена имеют очень низкое последовательное последовательное сопротивление (ESR) и низкую самоиндуктивность.
PP могут работать с экстремальными напряжениями (от u до 1 кВ).
Довольно высокотемпературный диапазон до 100 ° C и выше.
Доступен только как компонент с выводами.
Доступен только для очень низкого диапазона емкости (от 100 пФ до 10 нФ).

Конденсаторы

PP используются во многих приложениях:

Приложения для цепей высокой мощности / высокого напряжения переменного тока.
Цепи с высокими уровнями пикового тока.
Высокочастотные резонансные контуры.
Прецизионные схемы синхронизации.
Системы балластного освещения.
Импульсные источники питания.
Цепи выборки и хранения.
Аудиоприложения премиум-класса, которые, по мнению многих энтузиастов, обеспечивают лучшую производительность и, следовательно, лучшее качество звука.
Цепи высокочастотного импульсного разряда.

Конденсатор полипропиленовой пленки
Источник изображения

ПТФЭ / тефлоновая пленка Пленочные конденсаторы из ПТФЭ

выпускаются как в металлизированном, так и в пленочном / фольгированном вариантах. Эти конденсаторы выдерживают экстремальные температуры и обеспечивают стабильную работу. Однако эти конденсаторы относительно дороги и, как правило, используются для узкоспециализированных приложений.

Основные характеристики:

Может работать при температуре до 200 ° C

Пленочный конденсатор из ПТФЭ
Источник изображения

Пленка из полистирола

Пленка из полистирола традиционно известна как дешевые конденсаторы общего назначения с высокой стабильностью, низким рассеиванием и утечкой.

Основные характеристики:

Высокая изоляция
Низкая утечка
Низкое диэлектрическое поглощение
Низкие искажения (из-за этого они нравятся энтузиастам аудио)
Хорошая температурная стабильность

Пленочный конденсатор из полистирола
Источник изображения Сравнение популярных пленочных конденсаторов
Источник изображения

Слюдяные конденсаторы

Слюдяные или серебряные слюдяные конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется слюда.Слюда — очень электрически, химически и механически стабильный материал. Несмотря на то, что он обладает хорошими электрическими свойствами и устойчивостью к высоким температурам, он имеет высокую стоимость сырья. Слюда также устойчива к большинству кислот, воды, масел и растворителей. Эти конденсаторы изготавливаются путем прослоения листов слюды с металлом с обеих сторон. Серебряные слюдяные конденсаторы встречаются редко, но все еще используются, когда требуются стабильные и надежные конденсаторы с очень низкими номиналами. У них очень низкие потери, их можно использовать для высоких частот, и их значения невероятно стабильно меняются с течением времени.

Серебряные слюдяные конденсаторы
Источник изображения

Основные характеристики слюдяных конденсаторов:

Высокая точность — до 1% от номинального значения емкости.
Высокая стабильность — эти конденсаторы очень стабильны, практически не разрушаются со временем, а сборка защищена эпоксидной смолой.
Высокая устойчивость к температуре.
Высокая устойчивость к напряжению (до 1кВ).
Высокая устойчивость к частоте.
High Q, low ESR / ESL
Mica громоздкие и довольно дорогие.

Серебряные слюдяные конденсаторы используются в:

Фильтры — высокие допуски и стабильность позволяют точно рассчитывать фильтры и быстро прогнозировать их работу.
и другие ВЧ-схемы — в этих приложениях их низкие уровни потерь позволяют улучшить добротность настроенной схемы.
Высокомощные радиопередатчики.
Приложения высокого напряжения.

Кремниевые конденсаторы

Кремниевые конденсаторы, по крайней мере, в качестве дискретных компонентов, являются относительно новым типом конденсаторов.Интересно отметить, что наиболее распространенным типом конденсаторов в мире по объему являются силиконовые конденсаторы, используемые в интегральных схемах, таких как RAM и flash. Этот тип дискретных конденсаторов основан на таких диэлектриках, как диоксид кремния и нитрид кремния, которые используются для изготовления конденсаторов высокой плотности. Такие конденсаторы очень применимы в ситуациях, когда требуется высокая стабильность, надежность и устойчивость к высоким температурам.

Кремниевые конденсаторы для поверхностного монтажа
Источник изображения

Кремниевые конденсаторы имеют следующие преимущества:

Высокая стабильность при высоких температурах — кремниевые конденсаторы выдерживают температуру до 250 ° C.
Емкость не снижается из-за напряжения смещения постоянного тока.
Чрезвычайно высокий потенциал миниатюризации.
Очень низкий ток утечки и низкий коэффициент потерь.
Низкая частота отказов.
Минимальная СОЭ и ESL.

Ограничения кремниевых конденсаторов:

Низкие значения емкости (до 5 мкФ).
Утечка заряда.
Чрезвычайно дорогой (от 5 до 5000 раз дороже, чем MLCC с тем же значением и номинальным напряжением).

Стоимость кремниевых конденсаторов гарантирует, что они используются только в очень специфических приложениях. Вы найдете их в абсолютно критически важных и, как правило, дорогих устройствах, где производительность и надежность являются наивысшим приоритетом, а стоимость второстепенна. Это означает, что вы найдете кремниевые конденсаторы в медицинских, военных и аэрокосмических приложениях, а также в высокопроизводительных ВЧ-устройствах.

Если приложение требует чрезвычайно жестких допусков при очень высокой производительности, нет другого типа конденсатора, который мог бы сравниться с кремниевыми конденсаторами.

Суперконденсаторы

Суперконденсаторы — это еще один тип конденсаторов, который нельзя сравнивать с другими. Этот тип конденсатора используется для совершенно иной цели, чем описанные выше. Суперконденсаторы, по крайней мере, в применении, больше похожи на батареи, чем другие типы конденсаторов, которые мы обсуждали. Основное назначение этих конденсаторов — аккумулирование энергии с сильноточным питанием или приложениями резервного копирования памяти, такими как RAM или GPS.

В настоящее время вкладываются значительные средства в исследования и разработки суперконденсаторов в качестве альтернативы батареям для электромобилей.Следующее десятилетие будет очень интересным с быстрым развитием этой технологии.

Интересные плоские суперконденсаторы от Murata
Источник изображения

Диапазон емкости суперконденсаторов начинается от мФ до нескольких килофарад, что является значительным количеством энергии. Их емкость в тысячи или миллионы раз выше, чем у типичного конденсатора, который вы можете использовать в схемотехнике.

Суперконденсаторы
Image Source

Хотя суперконденсаторы часто сравнивают с литий-ионными батареями, они имеют существенно другие свойства.Их не следует путать с «литиевыми конденсаторами», которые представляют собой литий-ионную или полимерную батарею в корпусе конденсатора.

Функция	Суперконденсатор	Литий-ионный аккумулятор
Время зарядки	1-10 секунд	10–60+ минут
Срок службы	1 миллион циклов / 30 000 часов	500+
Напряжение элемента	2.От 3 до 2,75 В	3,6 В номинал
Удельная энергия	5 Втч / кг (номинал)	от 120 до 240 Втч / кг
Удельная мощность	До 10000 Вт / кг	от 1000 до 3000 Вт / кг
Стоимость кВтч	10 000 долл. США (номинал)	250-1000 долларов оптом
Срок службы (промышленный)	10-15 лет	5-10 лет
Температура заряда	от -40 до 65 ° C (от -40 до 149F)	от 0 до 45 ° C (от 32 до 113 ° F)
Температура нагнетания	от -40 до 65 ° C (от -40 до 149F)	от -20 до 60 ° C (от -4 до 140 ° F)

Преимущества суперконденсаторов:

Очень большое количество циклов зарядки / разрядки.
Колоссальная удельная мощность, позволяющая подавать очень большой ток.
Длительный срок службы.
Широкий диапазон рабочих температур.

Однако у этих конденсаторов есть и недостатки, например:

Очень высокая стоимость.
Очень низкие напряжения (от 1,5 В до 5 В максимум).
Умеренно высокий ток утечки, что и делает их. Не подходит для длительного хранения энергии.
Низкая плотность энергии по сравнению с батареями.
Сравнительно большой размер.

Заключение

В заключение, каждый тип конденсатора имеет свое место, даже если оно меняется со временем, поскольку новые технологии и улучшения других типов конденсаторов меняют рынок. Некоторые типы конденсаторов могут превосходить другие. Однако, как мы видели, все еще существует множество применений, в которых один тип конденсатора не может быть заменен для его идеального применения. Конденсаторы, как и любой другой тип компонентов в электронике, все еще развиваются и развиваются, движимые требованиями все более совершенных технологий.Мы часто думаем о конденсаторах как о решенной технологии, но многие конденсаторы, которые мы используем сегодня, значительно отличаются от тех, что были доступны в недавней истории.

Приложения

MLCC быстро растут. Это самые популярные конденсаторы, и на то есть веские причины. Они дешевы, компактны, в целом имеют хорошие характеристики. Они предлагают идеальный компромисс между техническими характеристиками и стоимостью для большинства основных приложений развязки, фильтрации и обхода.

Танталовые конденсаторы имеют более высокую стабильность по температуре, постоянному току смещения и времени.Кроме того, они не подвержены пьезоэлектрическому эффекту и более устойчивы к нагрузкам. К сожалению, они имеют высокое СОЭ, высокую цену и склонность взорваться или превратиться в небольшой огненный шар при незначительном обращении.

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают очень высокой емкостью и могут иметь высокое максимальное номинальное напряжение. Они также намного дешевле по тем же характеристикам, что и полимерные конденсаторы. Но они большие, имеют высокое СОЭ и со временем высыхают.

Алюминиевые полимерные и танталовые конденсаторы

— это превосходная и захватывающая новая технология.Они обладают почти всеми преимуществами своих традиционных аналогов конденсаторов с добавлением низкого ESR. Однако в настоящее время они все еще относительно дороги и имеют довольно низкие значения максимального напряжения. Поскольку это относительно новая технология, я могу только вообразить улучшения в этих типах конденсаторов в ближайшие годы / десятилетия.

Существует много типов пленочных конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретного применения. Они большие и имеют низкую номинальную емкость, но стабильны и обладают рядом других преимуществ.

Конденсаторы

Mica — самые необычные конденсаторы, которые мы когда-либо видели. У них высокая устойчивость, стабильность и точность, но они относительно редки и дороги.

Кремниевые конденсаторы

термостабильны и надежны, но очень дороги и имеют низкую номинальную емкость. Когда для вашей схемы подойдет только лучшее, вам нужны кремниевые конденсаторы.

Суперконденсаторы

больше похожи на элементы накопления энергии, чем другие конденсаторы, указанные выше. Их чрезвычайно высокая емкость — это фантастика, но цена, высокая утечка и низкое максимальное напряжение резко ограничивают их применение.В будущем суперконденсаторы станут прекрасной альтернативой батареям для многих устройств, предлагая практически мгновенную зарядку и невероятную плотность энергии. Автомобильные компании вкладывают много денег в исследования суперконденсаторов, и это технология, которая может радикально изменить мир и окружающую среду в будущем.

У каждого конденсатора есть место, и выбор, который вы выберете, будет зависеть от вашего применения, дизайна, бюджета и других требований.

Есть еще вопросы? Вызовите специалиста Altium.

Высокочастотные многослойные конденсаторы с высокой добротностью

Одним из наиболее важных параметров при оценке конденсатора высокочастотной микросхемы является добротность или соответствующее эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Помимо предоставления высокопроизводительных радиочастотных компонентов, JTI стремится предоставлять нашим клиентам точные и полные данные. С этой целью следует более подробное обсуждение вопросов измерения Q & ESR.

Теоретически «идеальный» конденсатор будет иметь ESR 0 (ноль) Ом и будет чисто реактивным без реальной (резистивной) составляющей.Ток, проходящий через конденсатор, приведет к увеличению напряжения на конденсаторе ровно на 90 градусов на всех частотах.

В реальном мире нет идеального конденсатора, который всегда будет демонстрировать некоторую конечную величину ESR. ESR изменяется в зависимости от частоты для данного конденсатора и является «эквивалентным», поскольку его источник зависит от характеристик структур проводящих электродов и изолирующей диэлектрической структуры. Для целей моделирования ESR представлен как единый паразитный элемент серии.В прошлые десятилетия все параметры конденсаторов измерялись при стандартной частоте 1 МГц, но в сегодняшнем мире высоких частот этого далеко не достаточно. Типичные значения для хорошего высокочастотного конденсатора данного номинала могут быть порядка 0,05 Ом на 200 МГц, 0,11 Ом на 900 МГц и 0,14 Ом на 2000 МГц.

Добротность Q — это безразмерное число, равное реактивному сопротивлению конденсатора, деленному на паразитное сопротивление конденсатора (ESR). Значение Q сильно меняется с частотой, так как реактивное сопротивление и сопротивление изменяются с частотой.Реактивное сопротивление конденсатора сильно меняется в зависимости от частоты или значения емкости, и поэтому значение Q может сильно варьироваться. См. Уравнения 1 и 2.

Johanson Technology измеряет ESR и Q на резонансной линии Boonton 34A. Тестируемый конденсатор резонирует с индуктивной линией с точно определенным импедансом и Q. Из полученных данных (центральная частота и ширина полосы результирующего пика) выводятся значения Q, ESR и емкости устройства.Этот метод является давним промышленным стандартом для измерения Q и ESR на радиочастотах. Поскольку этот метод зависит от точности частоты генератора сигналов (которая может быть измерена с чрезвычайной точностью), данные, полученные таким образом, являются довольно точными. Поскольку ESR современных конденсаторов становится все ниже, точность даже этого метода будет приближаться к +/- 10% (см. Руководство по эксплуатации Boonton 34A, стр. 2.2). Это все еще самый точный метод измерения Q и ESR на радиочастотах, доступный в настоящее время.См. Рисунок 1 для блок-схемы испытательной установки. См. Рисунки 2 и 3 с изображениями установки.

Использование данных S-параметров, собранных с помощью векторного анализатора цепей, для получения ESR неприемлемо. Основная причина заключается в том, что точность этих данных ограничена точностью анализатора цепей в системе с сопротивлением 50 Ом (типичная калибровка амплитуды ± 0,05 дБ недостаточно точна в области с малыми потерями конденсатора, которая может быть 0,01 дБ). Использование данных Q / ESR, полученных с помощью измерителя LCR, также неприемлемо для этих высокодобротных устройств.Когда Q устройства очень велико, измеритель LCR просто не может сопоставить чрезвычайно малое сопротивление (R) с чрезвычайно большим реактивным сопротивлением (X). По этой причине параметры ESR и Q, представленные в опубликованном каталоге Johanson Technology и в программе MLCSoft®, основаны на стандартном промышленном методе тестирования резонансных линий.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нашими инженерами по приложениям.

Объяснение потерь ESR

в конденсаторах — EEE Parts Database

Потери на омическое сопротивление

Металлические клеммы, электроды и внутренняя проводка конденсаторов обнаруживают сопротивление.Эти потери энергии не сильно зависят от температуры и частоты. Однако на высоких частотах эффект глубины скин-слоя в электродах становится значительным. Хотя потери омического сопротивления, возникающие внутри клемм и внутренней проводки, незначительны в приложениях с низким током, их не следует игнорировать в приложениях с высоким током.

Сегнетоэлектрические гистерезисные потери

Некоторые материалы с высокой диэлектрической проницаемостью демонстрируют потери, которые сильно зависят от приложенного напряжения.Эти потери называются сегнетоэлектрическими гистерезисными потерями, и они возникают, когда внутреннее поляризационное поле и приложенное поле имеют одинаковую величину. Это условие вызывает насыщение диэлектрического материала. Конденсаторы, которые имеют материалы с такой высокой диэлектрической проницаемостью, проявляют чувствительность к реверсам напряжения, постоянной поляризации и изменению емкости в зависимости от напряжения. Сегнетоэлектрические гистерезисные потери распространены в керамических конденсаторах с материалами с высокой диэлектрической проницаемостью.

Потери межфазной поляризации

Диэлектрические системы большинства высоковольтных конденсаторов состоят как минимум из двух различных материалов. Каждый из этих материалов имеет различную диэлектрическую проницаемость и свойства проводимости. Эта разница в свойствах вызывает накопление заряда на внутренних границах раздела таких материалов при приложении постоянного напряжения. Потери на межфазной поляризации являются обычным явлением в низкочастотных высоковольтных конденсаторах.

Потери при частичном разряде

Некоторые конденсаторы демонстрируют частичные разряды при высоких скоростях изменения напряжения.Этот механизм потери энергии называется потерями при частичном разряде, и он часто встречается в конденсаторах с газовым наполнением и конденсаторах с жидким наполнением, особенно при высоких напряжениях. Потери при частичном разряде также могут быть вызваны инверсией напряжения.

Вихревые токи

В конденсаторах потери на вихревые токи сильно зависят от частоты. В большинстве приложений этот механизм потери энергии имеет незначительный эффект, и его обычно игнорируют. Однако в сетях формирования импульсов потери на вихревые токи имеют существенное влияние, и их следует учитывать.

Искра

В некоторых конденсаторах во время разряда может возникать искра. Искра возникает в основном между соседними металлическими поверхностями, и это обычный механизм потери энергии в импульсных конденсаторах. Этот механизм потери энергии зависит как от напряжения, так и от частоты.

Электромеханические потери

В большинстве конденсаторов электромеханические потери возникают в основном в диэлектрическом материале и внутренней проводке. В диэлектрическом материале электромеханические потери в основном вызваны электрострикцией.В некоторых случаях это может быть вызвано пьезоэлектрическим эффектом. Во внутренней проводке силы Лоренца могут вызвать изгиб. Когда это происходит, это приводит к потерям энергии.

Эквивалентное последовательное сопротивление в керамических конденсаторах

Эквивалентное последовательное сопротивление — один из наиболее важных параметров, который следует учитывать при выборе керамического конденсатора для вашей электронной схемы. В керамических конденсаторах этот параметр представляет собой сумму потерь, происходящих в металлических элементах и диэлектрическом материале.Для многих приложений требуются керамические конденсаторы с низким ESR. Таким образом, очень важно учитывать этот параметр при выборе керамического конденсатора для вашей схемы.

Диэлектрические потери в керамических конденсаторах в основном зависят от микроструктурных факторов, состава диэлектрика и концентрации примесей. Пористость, морфология и размер зерна являются основными микроструктурными факторами, определяющими эквивалентное последовательное сопротивление. Коэффициент потерь варьируется от одного диэлектрического материала к другому.Избыточные потери могут вызвать нагрев диэлектрика, что приведет к тепловому пробою и выходу конденсатора из строя. В керамических конденсаторах диэлектрические потери преобладают на низких частотах. На высоких частотах эти потери уменьшаются, и их вклад в общий ESR незначителен.

Потери металла включают потери омического сопротивления и скин-эффект. В керамических конденсаторах потери металла в основном зависят от характеристик материалов и конструкции. Скин-эффект — это распространенный механизм потери энергии в электродах и выводах керамических конденсаторов.Этот механизм потери энергии зависит от частоты. Чрезмерные потери металла могут вызвать нагрев и термический пробой керамических конденсаторов. В отличие от диэлектрических потерь, потери в металле преобладают на высоких частотах.

Высокие значения ESR могут привести к чрезмерным потерям мощности и сокращению срока службы батареи. Использование конденсаторов с малыми потерями в приложениях связи и шунтирования помогает продлить срок службы батарей портативных электронных устройств. В усилителях мощности ВЧ легко достичь высокой эффективности и увеличенной выходной мощности с помощью керамических конденсаторов с малыми потерями.Использование конденсаторов с высоким ESR снижает эффективность, поскольку большой процент мощности теряется в виде потерь ESR.

Конденсаторы с малыми потерями рассеивают меньше тепла. Использование таких компонентов позволяет разработчикам схем управлять тепловыми проблемами в электронных схемах. В высокочастотных приложениях использование керамических конденсаторов с высоким ESR может привести к чрезмерному нагреву. В усилителях с низким уровнем шума конденсаторы с низким ESR используются для повышения эффективности и эффективного усиления.

Керамические диэлектрики

класса 1 обладают превосходной стабильностью и низким рассеянием вплоть до очень высоких частот.Они обычно используются в приложениях, требующих конденсаторов с малыми потерями. С другой стороны, керамические диэлектрики класса 2 имеют более высокие потери, но обеспечивают высокую емкость / объемный КПД.

Эквивалентное последовательное сопротивление в танталовых конденсаторах

Анод танталовых конденсаторов изготовлен из металлического тантала. Однако в танталовых конденсаторах фольгированного типа используется полоска фольги. Слой оксида используется в качестве изолятора, и его толщина определяет номинальное напряжение конденсатора.Диоксид марганца, второй проводник в твердотельных танталовых конденсаторах, используется для покрытия оксидного слоя. В случае конденсаторов из фольги электролит является вторым проводником. Как в твердотельных танталовых, так и в фольговых конденсаторах используются дополнительные материалы для изготовления заделок.

В танталовых конденсаторах основной вклад в эквивалентное последовательное сопротивление вносят потери в контактирующих материалах и оксидных изоляторах. На высоких частотах потери оксидного изолятора менее значительны по сравнению с потерями материала контактов.Однако на низких частотах потери оксидного изолятора более значительны.

Потери оксида в танталовых конденсаторах незначительно увеличиваются с повышением температуры. Для сравнения, сопротивление диоксида марганца уменьшается с повышением температуры. Кроме того, потери сопротивления диоксиду марганца варьируются в зависимости от производственных процессов, и их сложно проанализировать.

На низких частотах, особенно ниже 1 Гц, диэлектрическое поглощение и ток утечки имеют значительное влияние, и их следует учитывать.Как правило, в типичном танталовом конденсаторе ESR уменьшается с увеличением частоты. ESR во многом влияет на характеристики танталовых конденсаторов. Во-первых, его резистивный эффект вызывает нагрев конденсаторов. Во-вторых, ESR увеличивает импеданс в цепях, тем самым делая танталовые конденсаторы менее эффективными для развязки и фильтрации.

Эквивалентное последовательное сопротивление в алюминиевых электролитических конденсаторах

Для приложений среднего и высокого напряжения требуются алюминиевые электролитические конденсаторы с малыми потерями.Конденсаторы с низким ESR имеют меньшие потери мощности и проблемы с внутренним нагревом по сравнению с конденсаторами с высоким ESR. Помимо снижения производительности, высокие значения ESR сокращают срок службы алюминиевого электролитического конденсатора. Кроме того, низкое значение ESR позволяет достичь большей емкости пульсаций по току.

В алюминиевом электролитическом конденсаторе алюминиевый анод, катодная фольга, электролит и выводы вносят вклад в общее ESR конденсатора. Величина сопротивления каждого источника в основном зависит от частоты и температуры.При низких частотах и низких температурах оксид алюминия вносит наибольший вклад в общий ESR. С другой стороны, при высоких частотах и высоких температурах наибольший вклад в общее СОЭ вносит электролит. Обычно в условиях применения бумажные комбинации и электролит являются основными источниками эквивалентного последовательного сопротивления в этих конденсаторах.

Значение ESR алюминиевого электролитического конденсатора зависит от толщины и плотности бумажных разделителей.Чтобы свести к минимуму эквивалентное последовательное сопротивление, не рекомендуется использовать более толстые и плотные разделители. Использование множества язычков и материала электролита с высокой проводимостью помогает снизить ESR в алюминиевых электролитических конденсаторах. Соединения язычков, фольга и разделители бумаги могут быть адаптированы для внесения определенного вклада сопротивления в общее эквивалентное последовательное сопротивление.

Технические заметки Дуга

Использование мастера конденсаторов в первый раз

Эта статья является ответом на новые отзывы клиентов. Я обратил внимание на то, что в руководстве по эксплуатации Capacitor Wizard для начинающих пользователей нужен раздел «Начало работы». Решил написать на эту тему целую статью. Измерение ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) может быть новым для многих специалистов, поэтому давайте кратко рассмотрим ESR и его пагубное влияние на различные электронные схемы.

ESR — это ДИНАМИЧЕСКОЕ чистое сопротивление конденсатора сигналу переменного тока. Высокое ESR может вызвать проблемы с постоянной времени, нагрев конденсатора, нагрузку цепи, полный отказ цепи и т. Д.Импульсный источник питания может не запуститься надежно или вообще запуститься. На видео с видеомагнитофона или монитора появляются небольшие полосы гула. Телевизор можно втянуть сбоку / сверху / снизу. Частичная потеря цвета, прерывистая работа, отказ диодов и транзисторов в течение определенного периода времени. Эти и многие другие проблемы часто вызваны конденсаторами с нормальной емкостью, но с высоким ESR.

Зачем мне нужен мастер конденсаторов? — почему бы не использовать стандартный измеритель емкости или омметр постоянного тока? СОЭ не существует как СТАТИЧЕСКАЯ величина, поэтому его нельзя измерить обычным измерителем емкости или омметром постоянного тока.ESR существует только тогда, когда на конденсатор подается переменный ток или когда диэлектрический заряд конденсатора меняет состояние. ESR можно рассматривать как ОБЩЕЕ ФАЗНОЕ сопротивление конденсатора переменному току. ESR включает сопротивление постоянному току проводов, сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком, сопротивление пластины конденсатора и сопротивление IN PHASE переменному току диэлектрического материала при определенной частоте и температуре. На ESR влияет каждая физическая величина конденсатора — поэтому любая проблема с конденсатором (кроме короткого замыкания) проявляется как увеличение ESR! Комбинация компонентов, составляющих ESR, обозначена резистором, включенным последовательно с конденсатором, как показано выше.Этот символический резистор на самом деле не существует как физический объект, поэтому прямые измерения через резистор ESR невозможны! Однако, если предоставляется метод коррекции эффектов емкостного реактивного сопротивления и учитывая, что все сопротивления ESR находятся в ФАЗЕ, ESR можно рассчитать и измерить, используя формулу базовой электроники E = I x R! Это фундамент базовой электроники, который использовался для разработки Capacitor Wizard!

Из приведенного выше определения ESR вы должны теперь понять, что любой режим отказа конденсатора приведет к увеличению сопротивления ESR этого конденсатора (за исключением короткого замыкания).Если конденсатор высох, открыт или иным образом претерпел ДРАСТИЧЕСКИЙ сбой, измеренное значение ESR будет почти бессмысленным. Если конденсатор немного изменил емкость, у него возникла проблема, и эта проблема проявится в увеличении ESR на несколько Ом. По этой причине стандартный измеритель емкости, который не измеряет ESR, может привести вас к выводу, что плохой конденсатор на самом деле хорош! ! У меня было много отчетов от владельцев Capacitor Wizard, которые с помощью Capacitor Wizard обнаружили плохие крышки, которые другие тестеры нашли хорошими — и доказали это, заменив крышку!

Получите опыт измерения известных плохих крышек: Хорошо, давайте протестируем несколько крышек.Как новый пользователь Capacitor Wizard, я настоятельно рекомендую вам протестировать некоторые известные неисправные конденсаторы, чтобы увидеть, как они реагируют, и укрепить ваше доверие к прибору. Пробники Capacitor Wizard неполярные, поэтому не беспокойтесь о полярности. У вас, вероятно, будут в основном открытые конденсаторы, и они почти не будут двигать счетчик. Возьмите резистор на 100 Ом и включите его параллельно с плохой открытой крышкой. Обратите внимание, что счетчик по-прежнему почти не двигается! Попробуйте разные значения сопротивления и посмотрите, как на это отреагирует глюкометр. Возьмите транзистор или диод и попробуйте измерить переходы.Вы заметите, что мастер конденсатора НЕ отвечает. Это потому, что тестовый сигнал Capacitor Wizard составляет всего около 5 милливольт RMS. Для включения твердотельных устройств требуется от 300 до 600 милливольт. Приобретите трансформатор или дроссель, аналогичный тому, что вы ожидаете найти в ремонтируемом оборудовании. Измерьте первичный, вторичный или любой другой, который вам нравится. Вы заметите, что мастер конденсатора не отвечает. Это связано с тем, что ИНДУКТИВНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ на испытательной частоте 100 кГц Мастера конденсаторов на много порядков больше, чем диапазон сопротивлений Мастера конденсаторов.Большая часть ваших плохих крышек попадает в эту категорию — ОТКРЫТЫЕ. Эта демонстрация доказывает, что открытые колпачки очень легко найти В ЦЕПИ, а соответствующая схема мало влияет на работу Capacitor Wizard В ЦЕПИ.

Вы, наверное, заметили, что не все ваши плохие кепки открылись. Я уверен, что некоторые из крышек, вероятно, прозвучали в сигнале «Cap Good» (ESR менее 1/2 Ом). Эти кепки, скорее всего, ХОРОШИЕ. Каждый магазин время от времени случайно меняет хорошую бейсболку.Чтобы убедиться, что они не закорочены, проверьте их стандартным омметром. Проверьте их на своем стандартном измерителе емкости вне цепи. Вы, вероятно, обнаружите, что все они хороши. Короткие колпачки встречаются довольно редко. У меня есть коробки с плохими крышками из ремонтных мастерских по всему городу, но я еще не нашел закороченных крышек.

Что ж, найти эти открытые и хорошие крышки было несложно. Теперь давайте посмотрим на другие неисправные конденсаторы, для которых требуется немного больше опыта работы с Capacitor Wizard и некоторые знания о ТИПАХ и ИСПОЛЬЗОВАНИИ конденсаторов.Вы, вероятно, нашли в своем плохом боксе конденсаторы от 1 до 30 Ом. Как отличить хорошие кепки от плохих ??

Правильное или слишком высокое значение ESR конкретного конденсатора всегда можно определить путем сравнения подозрительного конденсатора с заведомо исправным конденсатора того же номинала, номинального напряжения и типа. К сожалению, не всегда есть другой конденсатор для сравнения. Опыт — лучший учитель здесь, однако есть несколько общих рекомендаций:

Чем выше номинальное рабочее напряжение, тем выше нормальное ESR
Конденсаторы, используемые в приложениях для коммутации мощности, должны иметь действительно НИЗКОЕ СОЭ — менее 1/2 Ом.
Неполярные конденсаторы обычно меньше 1/2 Ом.

Следующий логический вопрос по поводу СОЭ: «Насколько ВЫСОКАЯ СЛИШКОМ ВЫСОКАЯ»? Это суждение, которое может быть основано только на опыте или сравнении с заведомо исправным конденсатором (или доступом к инженерным данным от производителя конденсатора или оборудования — ха-ха!).Более 10 Ом, безусловно, слишком много для большинства приложений. Более 3 Ом — это слишком много для приложений с переключением по горизонтали / вертикали. Более 1/2 Ом слишком высоко для приложений переключения мощности. Сравнивая, вы приобретете опыт и научитесь подозревать. Это мое мнение. Вот некоторые фактические ситуации ремонта:

Пример: 47 мкФ при 50 В постоянного тока измеряет 25 Ом ESR в цепи — ПЛОХОЙ КЛАПАН Подозреваемым конденсатором является 47 мкФ 850 В постоянного тока в импульсном источнике питания для видеомагнитофона. Программа Capacitor Wizard измерила ESR на 25 Ом в цепи.Это выше 15 Ом и намного выше для любого качественного конденсатора. Новый конденсатор измеряет ESR 5 Ом. Новый конденсатор зафиксировал видеомагнитофон. На мой взгляд, новый конденсатор был не самого высокого качества (5 Ом — это слишком много), однако он исправил видеомагнитофон. Использование этих недорогих импортных конденсаторов низкого качества, вероятно, является причиной того, что мы видим так много отказов конденсаторов в бытовом электронном оборудовании! Колпачок более высокого качества с более низким ESR того же типа стоит больше денег, но будет иметь размер менее 1 Ом и будет более надежным.Вывод: это конденсатор с более высоким напряжением, и можно ожидать, что он обычно измеряет более 1/2 Ом. По моему мнению, любой конденсатор, работающий в режиме переключения, который измеряет более 3 Ом ESR, является подозрительным, независимо от номинального напряжения. Однако вы, очевидно, можете обойтись и с ESR 5 Ом в этой конкретной цепи. Для сравнения, неисправная часть была проверена «вне цепи» на хорошо известном конкурентном анализаторе конденсатора S2000, и он определил, что конденсатор был ХОРОШО, хотя ESR измерял 25 Ом! Этот производитель совершил огромную ошибку, пытаясь вычислить хорошее и плохое СОЭ на основе введенных и измеренных данных.Это невозможно сделать надежно. Вот почему у нас нет просто хорошего / плохого показания на шкале измерителя. Подозрение на ограничение выше 3 Ом. Это мой опыт. Пример: 1000 мкФ при 6 В постоянного тока измеряет 1,5 Ом в цепи — BAD CAP Это маленькая коричневая крышка на 1000 мкФ на 6 В постоянного тока, используемая во многих импульсных источниках питания для видеомагнитофонов. Capacitor Wizard измерил в цепи 1,5 Ом. Поскольку рабочее напряжение конденсаторов настолько низкое (6 В постоянного тока) и используется в импульсном источнике питания, я ожидаю, что нормальное значение ESR будет менее 1/2 Ом.Сравнение с заведомо исправным колпачком подтвердило, что его сопротивление должно составлять менее 1/2 Ом. Замена этой крышки устранила проблему. Эта конкретная крышка часто выходит из строя, так как у меня в коробке много плохих крышек, собранных в местных ремонтных компаниях. Если вы работаете с видеомагнитофонами, держу пари, что они у вас тоже есть.

Резюме: Измерение ESR — очень хороший индикатор неисправности конденсатора. Для цепей с импульсным режимом это ЕДИНСТВЕННЫЙ надежный тест конденсатора, ВНУТРИ или ВНЕШНИЙ ВИД !. Открытые крышки и крышки с действительно высоким ESR (более 10 Ом) легко найти в цепи и их необходимо заменить.Предельные конденсаторы, которые измеряют ESR от 1 до 10 Ом, требуют некоторого опыта работы с Capacitor Wizard и / или сравнения с заведомо исправным конденсатором того же напряжения, значения и типа. Колпачки с рабочим напряжением выше 35 В постоянного тока обычно имеют более высокое ESR (от 1 до 3 Ом), чем колпачки с более низким напряжением (ESR менее 1/2 Ом).

Я не знаю идеальной формулы или правила, которое всегда могло бы отличить нормальное СОЭ от предельного значения СОЭ , кроме сравнения с заведомо исправной частью. Очевидное решение — получить руководства производителей конденсаторов по измеренным конденсаторам EXACT, но это обычно нецелесообразно.Я, как технический специалист, всегда следую правилу: «Если сомневаешься, замените». Если вы будете следовать этому правилу, вы избавитесь от множества отзывов и решите множество странных и неопределимых периодических проблем.

Дуг Джонс

Президент, Midwest Devices, Inc.

Checking Caps

Как проверить алюминиевые электролитические конденсаторы

Введение

Можно написать целую книгу по этой теме, но я собираюсь сосредоточиться на очень ограниченной ситуации — обслуживании обычных потребителей. электроника, включая усилители звука, приемники или видеооборудование.Принципы будут одинаковы для всех видов электроники. но в этих устройствах, как правило, используются конденсаторы аналогичного типа, которые слишком часто выбираются из-за цены, а не качества. Хотя у меня нет статистики, вышедшие из строя конденсаторы, кажется, являются причиной большого количества обращений в сервисный центр.

Написав это, я понял, что конденсаторы можно понять на многих разных уровнях, от практического до чисто математический. Некоторые традиционные аналогии, такие как аналогия с «ведром воды», в лучшем случае вводят в заблуждение.Различные таблицы данных и приложения могут использовать немного другую терминологию. Силовые люди относятся к коэффициенту мощности. Люди говорят об эффективном переключении питания. последовательное сопротивление (ESR). Традиционные инженеры могут использовать тангенс угла потерь или фазовый угол. Производители испытательного оборудования обычно калибруют свои устанавливает коэффициент рассеяния (D). Хорошо, может быть, вы не найдете так много циферблатов в наши дни, но неудивительно, если людей смущает разные точки зрения и терминология.

Следует помнить, что какая бы система единиц измерения ни использовалась, ее можно преобразовать в любую другую систему единиц. Там будет всегда должны быть два числа, которые описывают емкость и неизбежные внутренние потери. Последовательная емкость и коэффициент рассеяния наиболее распространены, но вы также найдете реактивное сопротивление и фазовый угол или несколько неясные G&B потери с точки зрения эффективных последовательностей сопротивление (ESR) стало обычным модным словом в последние годы, но это просто обычный термин сопротивления старых серийных моделей, Rs, который знакомы инженерам с начала 20 века.

Я должен признать, что у меня есть некоторые давние убеждения относительно влияния различных проблем с конденсаторами на схемы. При написании этого Я построил несколько тестовых схем и установил различные заглушки из моей коллекции «дефектных» заглушек, снятых с оборудования за долгие годы. Иногда результаты были неожиданными, и я немного изменил свои взгляды; некоторые из моих советов могут теперь противоречить общепринятым мудрость.

Взгляните на картину в целом

Рассмотрим функцию конденсатора в цепи.Вам нужно знать, что ожидается от конденсатора, чтобы интерпретировать ваши измерения. и решите, достаточно ли исправна крышка или ее необходимо заменить. Конденсаторы фильтра в источниках питания, работающих от сети, обычно 50 или 60 Гц, будут иметь тенденцию к большим значениям, обычно 1000 мкФ или более на ампер выходного тока. С полноволновым мостом пульсации конденсатора будут вдвое превышать частоту сети, 100 или 120 Гц, поэтому высокочастотные потери конденсатора не важны.Колпачок действительно должен выдерживать пульсирующий ток; если потери слишком велики, может произойти внутренний нагрев, что приведет к еще большему старению конденсатора. быстро, что приводит к преждевременному выходу из строя. Отметим, что конденсаторы в бытовой технике, в отличие от промышленного, обычно выбирают чтобы свести к минимуму пульсации и не поддерживать высокие токовые нагрузки или нести высокие пульсации токов. К звуковому оборудованию предъявляются высокие требования на блоке питания обычно прерывистые. Наихудшей угрозой может быть плохая вентиляция; остерегайтесь заблокированных вентиляционных отверстий грязью или окружающим беспорядком.Другой причиной преждевременного выхода из строя является близость к резистору горячего питания или тепловое соединение с источником горячего питания. резистор из-за толстого следа на печатной плате, тонкая ошибка конструкции, которая случается чаще, чем можно было бы ожидать.

Обратите внимание, что количество пульсаций будет определяться последовательной емкостью (Cs), которая будет определена в ближайшее время. Убытков не будет эффект, если они не катастрофически высоки, как и любой другой параметр конденсатора. Если вы хотите более низкую пульсацию по сравнению с обычным минимумом частотного источника питания необходимо увеличить значение емкости.Дешевый конденсатор будет работать точно так же, как и дорогой, хотя дорогой может прослужить дольше благодаря лучшим уплотнениям и более качественной конструкции.

Фильтры для переключения источников питания имеют больше проблем с током пульсаций и предназначены в основном для низкого ESR (Rs), чтобы сохранить внутреннее сопротивление. рассеиваемая мощность низкая. Внутреннее рассеяние мощности равняется теплу, а тепло — враг конденсаторов. В коммутационных поставках значение емкости часто велико и в некоторой степени неактуально, потому что допустимое сопротивление Rs и номинальный ток пульсации диктовались компонентом выбор, а не значение емкости.Когда вы заменяете конденсатор в импульсном блоке питания, очень важно знать исходное ESR. технические характеристики и убедитесь, что запасная часть не хуже при частоте эксплуатации . Обычная низкая частота Конденсатор фильтра, установленный в импульсном источнике питания, может немедленно выйти из строя, иногда резко, если он перегреется, а баллончик вентилирует или взорвется. Всегда надевайте защитные очки и не наклоняйтесь над проверяемыми цепями!

Конденсаторы связи должны пропускать звуковые частоты до 20 кГц, а иногда и больше, в зависимости от применения.Они, как правило, используются в цепи с более высоким импедансом, поэтому потери обычно не являются проблемой. Что может быть проблемой, так это утечка постоянного тока, поскольку вся цель крышки муфты — изоляция постоянного тока. Обычно необходимо измерять утечку при рабочем напряжении; проверка омметром может доказать, что колпачок плохой, но нельзя доказать, что колпачок хороший, потому что он не измеряет при достаточно высоком напряжении.

Неполярный электролит, используемый в кроссоверах громкоговорителей, представляет собой особый случай.Поскольку они работают в цепи с низким сопротивлением как фильтроэлемент, важны потери. Если дизайнер озвучил динамик с конкретным конденсатором, замена его на другой тип может очень хорошо переделать звук.

Конденсаторы байпаса

должны работать с высокими частотами, поэтому алюминиевые электролиты не являются предпочтительным типом. Вы можете найти высокую производительность Твердый электролит (OSCON) или танталовые конденсаторы, но обычно используются керамические, а иногда и пластиковая пленка.Это все меньше подвержены старению и выходу из строя, но в любом случае их следует проверять в рамках полного обслуживания.

Некоторые основные взаимосвязи конденсаторов

Заранее приносим свои извинения за то, что подвергли вас некоторой теории и математике, но понимание этих отношений позволит вам намного опередить те, которые этого не делают.

Есть два типа пассивных «компонентов», которые вы можете использовать для построения цепи: сопротивление и реактивное сопротивление.Реактивное сопротивление может быть емкостный или индуктивный. Что интересно в реактивном сопротивлении, так это то, что оно не может рассеивать мощность. Таким образом, чистые конденсаторы и чистые индукторы по определению не имеют потерь. К сожалению, их нет, кроме как на страницах учебников. Единственное, что Может рассеивать мощность — это сопротивление, и каждый реальный конденсатор и катушка индуктивности будет иметь небольшую резистивную составляющую. По крайней мере, мы надеюсь, что он маленький. Здесь мы подходим к фундаментальной концепции, лежащей в основе всей этой статьи: Отношение сопротивления к реактивному сопротивлению равно сильный индикатор состояния алюминиевого электролитического конденсатора.

В большинстве случаев мы игнорируем недостатки реальных конденсаторов и рассматриваем их как чистые реактивные сопротивления. Не так при их тестировании, поскольку разница между хорошим и плохим конденсатором заключается в недостатках. Эти недостатки проявляются как сопротивление потери, что приводит к двум различным способам их описания. Один из способов, называемый серийной моделью, помещает сопротивление последовательно с конденсатор. Другой способ — это параллельная модель, когда сопротивление размещается параллельно конденсатору.Обе модели используются для Анализ переменного тока, поэтому постарайтесь игнорировать тот факт, что постоянный ток может проходить через параллельную модель. Эти модели — просто удобный инструмент; они делают не отражает реальную «механику» внутри настоящего конденсатора. В частности, модели действительны только для одной частоты ; измените частоту и вам нужно откорректировать модель. Более сложные модели используются, если диэлектрическое поглощение и / или саморезонанс учитывается.

Теперь рассмотрим значение емкости.Алюминиевые электролиты обычно имеют широкие допуски, обычно + 80% и -20%. В лучше крышки могут быть как минимум ± 20%. Это по-прежнему широкий диапазон, и это означает, что вы можете не многому научиться на простой емкости. чтение, потому что вы не знаете, хорош ли конденсатор в тот день, когда он был изготовлен, или он потерял большое количество Емкость все еще остается в пределах спецификации, а на следующей неделе полностью выйдет из строя. Он также может иметь большие потери, которые не очевидно при простом измерении емкости.Нам нужно измерить резистивные потери, чтобы лучше понять конденсаторы исправны.

Если вы внимательно прочитали 2-й абзац этого раздела, то заметили, что нас действительно интересует соотношение между сопротивлением и реактивное сопротивление, а не само сопротивление. Это число — коэффициент рассеяния.

Измерители ESR

стали довольно популярными, потому что они предлагают быстрый и простой высокочастотный внутрисхемный тест.Только ручная ёмкость измерители и цифровые вольтметры с функцией измерения емкости также стали популярными по очевидным причинам низкой стоимости и удобства. Эта проблема Оба тестовых устройства дают вам только половину необходимой информации. Правильный емкостной мост или измеритель даст вам емкость и потери. Современные счетчики, в отличие от традиционных мостов, часто могут выражать емкость и потери в различных единиц, так как это всего лишь расчет процессора, но наиболее распространенными (и полезными) являются последовательная емкость и коэффициент рассеяния или параллельная емкость и коэффициент рассеяния.Как правило, вы будете использовать серийную модель для конденсаторов с малыми потерями.

Из этих двух чисел вы можете определить последовательные или параллельные сопротивления и многое другое. Красота этих двоих числа — это то, что вам нужно редко. Имея некоторый опыт, знание Cs&D сразу скажет вам, существует проблема или нет. Тем не менее, вот несколько формул для преобразования между двумя моделями и для получения СОЭ. Обратите внимание, что коэффициент рассеяния никогда не изменения между двумя моделями.В формулах ниже C будет в фарадах, R, X и Z в омах, D, коэффициент рассеяния, равен безразмерный и омега равен 2 * PI * F.

Каталоги конденсаторов и спецификации

Производители алюминиевых электролитов предлагают множество различных типов, большинство из которых обозначаются двух- или трехбуквенным кодом. Это Обычно печатается сбоку на корпусе конденсатора вместе с логотипом производителя.В качестве примера я вытащил конденсатор ниже из моего «запаса» для идентификации и поиска.

Вы можете видеть маленький прямоугольник, но на самом деле это не просто прямоугольник. Это стилизованный щит, используемый United Chemi-Con. по общему признанию, вы бы знали это, только если бы были знакомы с логотипами различных производителей конденсаторов. Также видно, что крышка четко напечатано «SXE», обозначение серии. Величина и напряжение очевидны, 330 мкФ при 35 В постоянного тока, а на задней части крышки находится максимальная температура (M) 105 ° C.Мы также обращаем внимание на размер корпуса, 10 x 20 мм, так как многие крышки бывают разных размеров. разные размеры или соотношения сторон, все с одинаковым значением, но каждый размер с разными характеристиками.

Вооружившись этой информацией, мы можем найти серию в каталоге United Chemi-Con и посмотреть, что еще можно узнать. Мы открываем что это миниатюрный устойчивый к растворителям конденсатор с низким сопротивлением, подходящий для высокочастотного импульсного источника питания. Естественно это может быть также используется для любых низкочастотных приложений.Просматривая различные таблицы, мы также обнаруживаем следующее:

Напряжение: 35 В постоянного тока (мы это знали) с возможностью перенапряжения 44 В (сюрприз!)
Диапазон температур: от -55 до 105 ° C
Допуск: ± 20% (это буква «M» на задней стороне крышки перед температурным рейтингом)
Ток утечки: I = 0,01CV через 2 минуты (20 ° C), где I — мкА, C — мкФ, а V — номинальное напряжение (115,5 мкА)
Коэффициент рассеяния: 0.12 при 120 Гц и 20 ° C
Максимальное сопротивление: 0,13 Ом при 100 кГц и 20 ° C
Максимальное сопротивление в холодном состоянии: 0,34 Ом при 100 кГц и -10 ° C
Максимальный ток пульсации: 860 мА RMS при 105 ° C, 100 кГц
Срок службы: 2000 часов, номинальное напряжение при 105 ° C с коэффициентом рассеяния до 200% от указанного

Разработчику схем доступна дополнительная информация, но ее более чем достаточно для наших целей.Мы также должны взять обратите внимание на некоторые общие тенденции в данных. Таблица коэффициента рассеяния рассчитана по номинальному напряжению. Чем выше номинальное напряжение, тем ниже коэффициент рассеяния. Это объясняет в целом плохую работу конденсаторов очень низкого напряжения. Также есть сумматор, который гласит: «Когда номинальная емкость превышает 1000 мкФ, прибавляйте 0,02 к вышеуказанным значениям на каждые 1000 мкФ». Таким образом, по мере увеличения емкости вверх, так же как и коэффициент рассеяния. Эти тенденции типичны для всех алюминиевых электролитов.Компания, кажется, определяет окончание срока службы как точка, в которой коэффициент рассеяния вдвое больше указанного в спецификации, поэтому учитывайте это при тестировании более старого оборудования.

Обратите внимание, как потери растут с понижением температуры. Если оборудование должно работать на морозе, убедитесь, что работоспособность колпачков подходит к задаче. Старые колпачки могут хорошо работать в тепле, но, поскольку с годами потери увеличивались, устройство может выйти из строя в холодном состоянии. Это еще одна причина не включать оборудование зимой сразу с грузовика.Другой — конденсация. Пусть все согреется до комнатная температура перед разворачиванием или включением!

Срок службы нагрузки кажется очень коротким. Работаем полный рабочий день, 2000 часов — это всего 83 дня! Это должен быть намек на то, что конденсаторы не должны быть эксплуатируется в условиях, вызывающих высокие внутренние температуры. Работает при нормальной температуре окружающей среды, с низким током пульсаций до Чтобы предотвратить нагрев, можно ожидать, что эта же часть прослужит десятилетия с незначительной деградацией.

Предостережения относительно измерений

Мы хотим измерять конденсаторы в цепи, когда это возможно. Хотя это может немного повлиять на результаты, мы обычно не Если вы ищете предельную точность, на самом деле нет ничего предельно точного в алюминиевых электролитах. Большая проблема — это любой компонент схемы, который шунтирует конденсатор и делает его хуже, чем он есть на самом деле. Мы можем избежать ошибок из полупроводников, просто поддерживая испытательное напряжение ниже, чем напряжение включения диода.Для кремниевых деталей это менее 0,7 пиковое напряжение, но на всякий случай допустим 0,5 или 1 вольт от пика до пика. Если вы работаете на очень старом оборудовании с германиевыми устройствами, ваш срок службы будет тяжелее, потому что низкое напряжение включения и типичная утечка делают все внутрисхемные измерения ненадежными. Ты может потребоваться снять колпачки или другие компоненты, чтобы получить достоверное измерение.

А как насчет крышек блока питания? Проблема с крышками блока питания заключается в том, что вся остальная цепь обычно подключается через их.Там обязательно будет какая-то резистивная нагрузка. К счастью, значительные потери обычно терпимы. Если низкая частота измерения показывают, что емкость примерно правильная, а коэффициент рассеяния (DF) менее 1 при 120 Гц, проблемы вероятны в другом месте.

Хороший, плохой и уродливый; Сделаем несколько измерений!

Мы начнем с измерения совершенно хорошего конденсатора серии Panasonic FC на уважаемой General Radio Corp.1657 цифровой LCR мост, первый современный цифровой мост. Большая часть используемых здесь конденсаторов будет емкостью 47 мкФ, поэтому мы можем сравнить полученную информацию. с использованием различных параметров измерения. Первое измерение будет на частоте 120 Гц с использованием серийной модели (Cs), поскольку в таблице данных указывает допуск емкости при 120 Гц. Обратите внимание, что параметры теста обозначаются светодиодами под цифрами.

Видим емкость 43.8 мкФ и коэффициент рассеяния (D) 0,0671. Емкость немного мала, но она всего -6,8%, ну в пределах опубликованной спецификации ± 20%. Коэффициент рассеивания низкий, что всегда желательно, но поскольку эти крышки рекламируются для их высокочастотных характеристик нам также необходимо обратить внимание на это. Таблица дает нам только полное сопротивление на частоте 100 кГц, игнорируя все вместе низкочастотные характеристики.

Большинство мостов и измерителей не поднимаются на такую высоту, хотя некоторые измерители ESR могут.Поскольку на этом мосту мы можем измерить частоту 1 кГц, давайте посмотреть, как это выглядит.

Если мы вычислим Rs, которое равно ESR, из приведенных выше чисел, мы получим 0,872 Ом. Теперь это число не является постоянным с частота, но в таблице данных указано значение 0,8 Ом при 100 кГц, поэтому мы знаем, что у нас все в порядке. Я обычно прохожу через конденсаторы на плате, убедившись, что емкость примерно соответствует указанному значению, но обращая особое внимание на коэффициент рассеяния на частоте 1 кГц.Любой DF, превышающий примерно 0,4, заслуживает более внимательного изучения. Если колпачок используется как фильтр низких частот Я ожидаю, что измерение пеленгации на низкой частоте (120 Гц) будет меньше примерно 0,25. Не зацикливайтесь на потерях. Большинство схем будут работают нормально с большими потерями.

Вот график реальных измеренных характеристик тех же конденсаторов в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Показаны как коэффициент рассеяния, так и ESR. На шкале слева показаны значения в омах для ESR и безразмерные единицы для коэффициента рассеяния.Обратите внимание, что когда вы дойдете до 1 кГц, кривая ESR выровнялась и затем будет медленно уменьшаться по мере увеличения частоты. На некоторой частоте индуктивность станет равной проблема, и полное сопротивление конденсатора возрастет. ESR обычно остается низким, но конденсатор становится меньше. менее эффективен, потому что индуктивное реактивное сопротивление компенсирует емкостное реактивное сопротивление. При резонансе XL = XC, поэтому они вычитаются до ноль, оставив только СОЭ. Сдвиг фазы будет равен нулю, и у вас есть резистор! (на графике должно быть 4 декады, но числа верны)

А теперь перейдем к более сомнительной части.Это обычная крышка на 47 мкФ, которую можно найти во всех видах потребительских товаров. Это только рассчитаны на 10 В постоянного тока, и мой опыт показывает, что конденсаторы, рассчитанные на менее 16 В постоянного тока, показывают плохую производительность и имеют короткий срок службы. Вот 120 Гц Cs тест.

На первый взгляд эти цифры выглядят неплохо. Если бы это ограничение было ограничением фильтра низких частот, оно, безусловно, было бы хорошо. Если вы посмотрите на графике коэффициента рассеяния, который немного появится, предел примерно соответствует тому, что, по их словам, должно быть.К сожалению, эти маленькие шапочки редко используются в источниках питания с частотой 120 Гц, но часто можно встретить их в качестве разделительных конденсаторов. Давай сделаем измерение на частоте 1 кГц.

Сейчас дела обстоят не так хорошо. Коэффициент рассеяния 0,7 довольно высок. Если преобразовать его в последовательное сопротивление, мы получим 2,85 Ом. Параллельная модель составляет 26,87 мкФ параллельно с 7,82 Ом, что не так хорошо, как более качественный или более высокий конденсатор напряжения, и вероятно, повлияет на производительность схемы в некоторых приложениях .Хороший конденсатор будет иметь фазовый сдвиг между током и напряжение, приближающееся к 90 градусам, по крайней мере, на низких частотах. Это около 52 градусов. По мере увеличения частоты это ограничение все больше и больше похож на резистор. Это не всегда плохо, но не должно происходить на такой низкой частоте. Теперь, это только мое мнение по этому поводу; Я не считаю это качественным конденсатором. Тем не менее, если колпачок используется как соединительный колпачок, и если значение хорошее, и если утечка низкая, он будет работать нормально и не является причиной проблемы.Если бы я нашел этот конденсатор в садовом разнообразном бытовом оборудовании, которое я обслуживал, могу ли я его заменить? Возможно нет. Если бы я нашел это в некоторых аудиооборудование высшего класса, в мгновение ока! Современные детали могут быть намного лучше, если вы сделаете правильный выбор.

Зная только значение последовательной емкости, которую измеряют самые недорогие измерители, вы потеряетесь в темноте. Это значение 42,28 мкФ выглядели прекрасно, в пределах спецификации, но конденсатор был плохого качества из-за больших потерь.Зная только потери, вы можете обнаружить некоторые неисправные конденсаторы, но не все. Измеритель СОЭ работает быстро, но вы должны понимать, почему он сообщает вам, что он делает. В случае параллельных конденсаторов один может отсутствовать полностью, но измеритель ESR покажет хорошее количество. Он также может сообщать высокое ESR для конденсатора, которое вполне приемлемо для частоты, на которой он работает. На мой взгляд, измеритель ESR все еще намного более ценный, чем измеритель только C, но вам действительно нужны оба числа, чтобы полностью понять и правильно устранить неполадки проблемы с конденсатором.

Это сбивает с толку! Как провести линию на песке?

Вопрос в размере 64 000 долларов заключается в том, какое значение использовать в качестве порогового значения. Если у вас есть техническое описание детали, в нем должны быть указаны некоторые ограничения. Если ты можешь получите техническое описание детали аналогичного класса, она должна служить полезной оценкой. Надеюсь, он укажет максимальное рассеивание коэффициент, обычно при 120 Гц. Вот диаграмма для универсального радиала общего назначения серии Rubycon YK, типичного для крышки самого общего назначения:

Номинальное напряжение	6.3	10	16	25	35	50	63	100	160	200	250	350	400	450
DF	0,26	0.22	0,18	0,16	0,14	0,12	0,10	0,08	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20

Внизу таблицы есть примечание: «Если номинальная емкость превышает 1000 мкФ, tan θ должен быть добавлен 0.02 к указанное значение с увеличением на каждые 1000 мкФ. «

Допустим, у вас есть конденсатор на 4700 мкФ, 50 В. Базовый коэффициент рассеяния составляет 0,12, а поскольку он больше 1000 мкФ, имеется сумматор 0,08, что дает 0,20 (я округлил значение до 5000 мкФ). Теперь коэффициент рассеяния в конце срока службы составляет 2X, поэтому ограничение может быть уменьшено. считается плохим, если коэффициент рассеяния превышает 0,40 при 120 Гц.

Большие крышки блока питания

Это становится немного длинноватым, но я был бы упущен, если бы не показал большую емкость блока питания.Вот Sprague «Powerlytic» 47000 мкФ. 50 В постоянного тока. Поскольку значение составляет 47000 мкФ, многие традиционные мосты вообще не читают его. Счетчики, такие как Digibridge, сделают это на более низких частотах, например, 120 Гц, но сопротивление настолько низкое, что они не могут управлять им на частоте 1 кГц.

Коэффициент рассеяния этих больших фильтров источника питания может варьироваться в широком диапазоне, часто намного выше, чем у меньших конденсаторов. Измерено при 120 Гц , вы можете использовать ту же шкалу, что и выше, но умноженную на 3X.Гадюки не будет. Вам понадобится хорошее провода с низким сопротивлением и, возможно, 4-контактное соединение для получения точных измерений на крышках фильтров лучшего качества. Даже показанная компоновка с короткими толстыми выводами к 4-контактному соединению, вероятно, не подходит. Для больших крышек нужен формальный 4-выводной подключение прямо к наконечникам.

Постоянный ток утечки

Утечка постоянного тока

— это явление, отдельное от стоимости и потерь.Если это вызывает беспокойство, вам обычно нужно измерять его отдельно, если вы не есть мост, который включает проверку на герметичность. Устойчивость к утечке крышки часто не приводит к достаточным потерям, чтобы изменить Показания C и D, но дает большой ток, чтобы нарушить работу цепи. Большинство крышек, которые подходят для оценки стоимости и убытков, будут имеют допустимую утечку, за исключением высоковольтных крышек. С ними нельзя предполагать приемлемую утечку. Некоторая схема места чрезвычайно чувствительны к утечкам.Колпачок, изолирующий решетку трубки, является хорошим примером. Старая бумажная кепка Black Beauty может измерять идеально во всех отношениях, но иметь такую большую утечку постоянного тока, что сдвигает смещение лампы, что приводит к серьезному искаженная форма волны. К счастью, хорошие дизайнеры не используют алюминиевый электролит в чувствительных местах, а бумажные / масляные колпачки не используются. редкость в наши дни. Вам почти всегда придется удалять конденсаторы из цепи для проверки на утечку, потому что вы этого не сделаете. хотите подвергнуть остальную цепь действующему напряжению.

Для измерения утечки постоянного тока вам понадобится источник питания, который может достичь максимального номинального напряжения конденсатора. Подключите конденсатор к источнику питания через токоограничивающий / чувствительный резистор и измерьте напряжение на резисторе. Рассчитайте ток и сопротивление конденсатора (при желании) по закону Ома. Обязательно примите все необходимые меры предосторожности с высокими и конденсаторы низкого напряжения, так как они могут накапливать значительную энергию.Электропитание должно быть ограничено по току на случай короткого замыкания крышки. Я использую одноразовый измерительный резистор 1/4 Вт и цифровой мультиметр, как описано ниже, а не измеритель тока в случае отказа.

В качестве примера мы будем использовать колпачок United Chemi-con выше. Так как в спецификации 115 мкА, то резистор подбирать было бы удобно. таким образом, что 100 мкА дают падение напряжения 1 В постоянного тока. 10 кОм (1 / 100E-6) оплачивает счет. Так как типичный DVM имеет вход 10 МОм сопротивление, нам не нужно его корректировать.Колпачок и резистор соединены последовательно, и на них подается напряжение 35 В постоянного тока. Напряжение на резистор начинается с 35 В постоянного тока и падает по мере зарядки конденсатора. Официальное измерение не начинается до тех пор, пока не будет установлен предел. полностью заряжен, но даже через 19 секунд напряжение на резисторе упало до 1 В постоянного тока, поэтому конденсатор находится в пределах допустимого диапазона. устойчивость к утечкам. Через несколько минут оно упало до 10 мВ, или 1 мкА, и продолжало падать.

Пределы утечки обычно указываются с коэффициентом C * V.Обычная спецификация — 0,03CV или 4 мкА, в зависимости от того, что больше. С вы обычно используете uF и ищете uA, никаких преобразований не требуется. Просто умножьте емкость в мкФ на номинальную. умножить напряжение на множитель. Спецификации обычно не допускают повышенной утечки в течение срока службы крышки, в отличие от рассеивания. коэффициент, который может увеличиваться вдвое.

Предупреждение о высоком напряжении — Пользователи трубок — ЭТО ОЗНАЧАЕТ ВАС!

Если высоковольтный конденсатор не проходит обычные испытания при низком напряжении, можете быть уверены, что он плохой.Если он проходит обычные испытания низкого напряжения, , но это не значит, что он хорош! Он может полностью выйти из строя при более высоких напряжениях, или ток утечки может внезапно превысить определенное напряжение, что приведет к ограничению почти как стабилитрон. Эти типы отказов не распространены в цепях низкого напряжения, но кажутся частыми при высоком напряжении. оборудование трубки напряжения.

Небольшая утечка постоянного тока не так серьезна в цепях низкого напряжения, но рассмотрим устаревшую старую крышку четырехъядерного фильтра с утечкой 2 мА в каждый раздел.Не редкость ситуация со старым оборудованием. При 400 В постоянного тока это 0,8 Вт на секцию, или всего 3,2 Вт для банка. Он быстро нагреется, и полный отказ не за горами.

Если вы проверяете высоковольтные конденсаторы, очень важно проверить утечку постоянного тока при рабочем напряжении. Если крышки нагреваются, выключите прибор. вниз и узнайте, почему. Вероятно, существует проблема пульсации тока или проблема утечки постоянного тока, которую необходимо устранить, прежде чем устройство будет вернул в эксплуатацию.

Высоковольтное оборудование часто имеет очень небольшой запас прочности по номинальному напряжению конденсаторов, а оборудование, изначально предназначенное для Работа 115 В переменного тока может работать на границе при 120–125 В переменного тока. Блок питания, рассчитанный на 425 В постоянного тока на конденсаторе 450 В постоянного тока при 115 В переменного тока. будет иметь 462 В постоянного тока на этой крышке 450 В постоянного тока при 125 В переменного тока. Немного разгрузите источник, удалив какой-либо компонент ниже по потоку, и вы получите рецепт быстрой неудачи. Добавьте сюда годы работы при более высоких температурах, характерных для лампового оборудования, и это удивительно, что бедняки конденсаторы живут столько, сколько живут.

Современное испытательное оборудование не предназначено для проверки высокого напряжения, и некоторое старое служебное оборудование телевизионного класса на самом деле намного лучше. за задачу. Обсуждения этого оборудования часто возникают на форумах антикварных радио. Если вы работаете на трубном оборудовании, вам необходимо испытательное оборудование, которое работает при фактических рабочих напряжениях, или вам нужно быть очень консервативным и иногда просто заменять части для душевного спокойствия и уверенности в том, что покупатель не вернется с чем-то, что вы якобы «починили».

Формовочные и риформинговые алюминиевые электролитические конденсаторы

При изготовлении конденсаторов производитель подает напряжение на клеммы, чтобы сформировать оксидную пленку на пластинах, всегда более высокое напряжение, чем рассчитано на колпачок. Оксидная пленка полупостоянна, но если колпачок долгое время не использовался Со временем оксидная пленка может разрушиться. Это делает конденсатор уязвимым для короткого замыкания при первом включении питания.Таким образом совет медленно включать старое оборудование с помощью Variac. Это создает оксидную пленку до тех пор, пока она не сможет поддерживать полный рабочий режим. Напряжение. Когда в цепь устанавливается новый или долго не использовавшийся колпачок, и при первом включении он будет иметь значительный ток утечки. Этот ток падает довольно долго, пока не достигнет почти нуля. На самом деле процесс может занять от нескольких дней до нескольких недель, прежде чем соблюдается минимальный ток.

Помните, что значительный ток утечки равен теплу, выделяемому внутри конденсатора.При включении старого оборудования не Предположим, что все в порядке только потому, что колпачки кратковременно поддерживают рабочее напряжение. Отказ может произойти, если крышка нагревается, потому что ток утечки все еще слишком велик. Возвращая к жизни старое оборудование, повышайте напряжение медленно и в несколько этапов. Часто выключайте питание и дайте крышкам отдохнуть и остыть внутри. Затем, через полчаса или более, снова включите немного более высокое напряжение. После того, как колпачки вовремя накопят некоторую общую мощность, у них будет больше шансов на выживание.Что сказал, что если они все еще не пройдут стандартные тесты, замена — единственное средство.

После многих лет эксплуатации колпачки «отрегулируют» свои внутренние оксидные слои в соответствии с приложенным напряжением. Если напряжение увеличился по какой-то причине, скажем, из-за высокого состояния линии, ток утечки постоянного тока может значительно возрасти, возможно, инициируя отказ. Полностью спекуляция с моей стороны, но это может объяснить, почему замена конденсаторов в старом ламповом оборудовании так универсальна. рекомендуемые; новые колпачки могут выдерживать скачки напряжения намного лучше, чем старые, если они не были доведены до своих полных номиналов.

Потрясенная уверенность

Я много раз измерял конденсатор и сразу же подвергал сомнению его исправность, потому что значение было немного низким. Не вне спецификации, но всего на 5-10% меньше. Разумеется, производитель стремится к значению, указанному на крышке — или нет? Хотя у меня нет доказательств, я предполагаю, что они этого не делают. С автоматизированным оборудованием производитель, вероятно, сможет поддерживать допуски намного более строгие, чем необходимо, и вполне может стремиться к значению ниже номинального, но всегда выше минимального.Почему? Потому что экономия нескольких процентов на дорогих Протравленная алюминиевая фольга и разделительная бумага позволят сэкономить большие деньги при длительном производственном цикле. Требуется меньшая площадь поверхности для производят более низкую предельную стоимость, и я был бы удивлен, если бы некоторые производители не воспользовались этим преимуществом на деталях с большим объемом.

Иногда можно увидеть конденсаторы, размер которых значительно превышает номинальный. Допуск для многих крышек достигал + 80%, но они редко бывают такими высокими в новинку.Произошло то, что химические изменения с течением времени привели к тому, что ценность увеличивать. К сожалению, это признак того, что колпачки подошли к концу и их необходимо заменить. Интересно отметить, что для на данный момент эти конденсаторы, вероятно, лучше справляются с фильтрацией на частоте 120 Гц, чем новые заменители. Тем не менее, они тост, так что убери их оттуда. Я склонен видеть это увеличение стоимости с крышками старше 30 лет.

Мой конденсатор просочился коричневой слизью на мою печатную плату!

Эта жалоба часто появляется на форумах в Интернете и, вероятно, вызвала ненужную замену невысказанных чисел. конденсаторов.Коричневая слизь обычно представляет собой просто клей, который любой разумный производитель брызгает на доску, чтобы удержать более крупную. конденсаторы на месте. Если они не использовали его, вибрация при транспортировке могла легко привести к выходу из строя или вырыванию проводов, что привело к DOA. Ед. изм. Высокий конденсатор с маленьким основанием создает хорошее плечо рычага на выводах, и дополнительная поддержка всегда является хорошей идеей. Конденсатор производители скажут вам, что полное кольцо клея — плохая идея, потому что он улавливает все, что протекает, и предотвращает надлежащую вентиляцию конденсатора для сброса давления в случае выхода из строя.

Поскольку всегда существуют сомнения по поводу коричневого налета, позвольте мне указать, что алюминиевые электролитические конденсаторы не заполнены большими количества жидкости любого типа. Внутренняя бумага будет влажной, возможно, на ее внутренней стороне будет несколько капель конденсата. корпус, но электролита редко бывает достаточно, чтобы вытечь из корпуса и образовать гигантскую лужу на печатной плате. Тем не менее, серьезный отказ большой высоковольтной крышки, вызывающий ее взрывное выделение, может привести к образованию тонкой пленки электролита примерно на все в шасси.В алюминиевых электролитических конденсаторах используется оберточный бумажный разделитель, поэтому старый конденсатор вентилируется или имеет нарушение герметичности может привести к образованию коричневого налета. Если осадок имеет слегка кристаллический вид или хотя бы частично растворяется в вода, это электролит. Обратите внимание, что он вызывает коррозию и со временем снимет паяльную маску с платы, а также почернеет медь. под. Очистите его как можно полнее и замените все близлежащие детали с корродированными проводами.

Клей, который использовали некоторые производители, также со временем оказался агрессивным.Поиск на форумах в Интернете позволит выявить конкретные приемники и другую электронику, где это известная проблема. Он может разъедать радиальные выводы конденсатора и разъедать другие находящиеся поблизости компоненты. Это большая работа, но при полной перестройке необходимо удалить как можно больше клея. Небольшой нож X-Acto с квадратный конец удобен для этого.

Что это за штука с электролитом

Производители, вероятно, не собираются сообщать вам подробности, но традиционный электролит, используемый в крышках 85C, был система гликоль / борат, в частности смесь этиленгликоля (да, антифриз) и пентабората аммония.Или использовали борную кислоты и барботирования аммиака через смесь. Характеристики этой смеси оставляют желать лучшего при низких температурах, а также дать низкий esr. Добавление большего количества воды снизит esr, но снизит надежность. Заставляет задуматься о дешевых колпачках low esr, используемых в блоки питания компьютеров, которые, кажется, выходят из строя так часто. Крышки с более высокими эксплуатационными характеристиками используют более совершенные электролиты и добавки для достижения более широкий диапазон рабочих температур и низкий esr без потери надежности.Все электролиты токсичны, поэтому избегайте контакта с ними. отложения электролита из вентилируемых крышек; при подозрении на контакт тщательно промойте водой с мылом.

Какие факторы влияют на срок службы электролитического конденсатора?

Температура
Рабочее напряжение
Целостность уплотнения
Состав конденсатора
Загрязнение
Производственный брак

Все электролитические крышки в конечном итоге выйдут из строя из-за внутренних реакций, разрушающих диэлектрик.Ход этих реакций определяется перечисленными выше факторами и может быть очень медленным или очень быстрым. Начиная сверху, общее правило: срок службы конденсатора будет сокращаться на 50% на каждые 10 ° C повышения рабочей температуры. Крышки 105C должны служить дольше в большинстве случаев потому, что запас прочности выше. Тепло может исходить от внешних источников или генерироваться внутри из-за пульсаций тока. Обычно оба!

В более ранних источниках упоминается степенной закон, согласно которому частота отказов крышки обратно пропорциональна рабочему напряжению, повышенному до некоторая сила, Н.Проблема в том, что N изменяется в огромном диапазоне, от 2 до 10, в зависимости от «рецепта» конденсатора. Информация по-прежнему полезен, потому что он говорит нам, что работа с напряжением, близким к номинальному напряжению конденсатора, хуже, чем допускать некоторый запас прочности. An Рабочее напряжение около 60% от номинального — хорошее начало, если позволяют габариты и другие факторы. Также избегайте заглавных букв с номиналы ниже 16 В постоянного тока, так как они имеют более высокую интенсивность отказов. Нет никаких недостатков в том, чтобы использовать современные крышки значительно ниже их максимального значения. уровень напряжения.

Есть определенная паранойя в отношении уплотнений конденсаторов, но обычно это незначительная проблема. Они не шины и они обычно не подвергаются механическому воздействию, озону и ультрафиолетовому излучению. Подбираются уплотнительные материалы в колпачке любого качества для чрезвычайно долгий срок службы и совместимость с электролитом. Тем не менее, если вы потеряете уплотнение, вы потеряете конденсатор, поэтому покупайте качество.

Существует множество «рецептов» конденсаторов, и они выходят из строя с разной скоростью.Единственный совет, который я могу предложить, — это покупать премиум детали с долгим сроком службы. Производители каталогизируют все перечисленные продукты со сроком службы в 2-3 раза превышающим срок службы стандартных деталей. Вы можете заплатить немного больше но деньги потрачены не зря.

Загрязнение — это в основном проблема производства. Алюминиевый электролитический конденсатор с наименьшим количеством хлоридов (и определенным другие загрязнители) быстро разлагаются и могут выйти из строя в течение нескольких недель после изготовления. Один отпечаток пальца на внутренних материалах — это все занимает.Покупайте у известных и надежных поставщиков. Раньше возникала проблема с использованием хлорированных растворителей для очистки контура. доски. Если растворителю удастся пройти через уплотнения, срок службы крышки снизится. Большинство крышек теперь устойчивы к растворителям, но проверьте техническое описание. Старайтесь держать чистящие растворители подальше от электролитических колпачков, особенно на конце уплотнения.

Электролитические колпачки, как и большинство электронных компонентов, в определенной степени подвержены детской смертности.Они отображают обычный Кривая «ванночки», где наблюдается начальная интенсивность отказов, за которой следует длительный безотказный срок службы, после чего интенсивность отказов возрастает за счет изнашиваемых механизмов. Эти первоначальные отказы в начале эксплуатации являются результатом дефектов фольги, бумаги или других материалов. подробностей, поэтому не думайте, что замена конденсаторов, которые доказали свою надежность, на новые, непроверенные детали, будет как-то гарантировать ноль сбоев.Не будет. Однако вы можете повысить свои шансы, купив «высококачественные» детали, которые должны иметь более низкую начальная частота отказов. На самом деле, любители и небольшие магазины имеют статистику на своей стороне, потому что количество использованных крышек довольно велико. небольшой. Большинству из нас никогда не достанется бракованный колпачок от новой продукции.

Пожалуйста, помните, что все вышесказанное является обобщением, взятым из литературы производителей. Это не близко к Абсолютно и ваш (и мой) опыт работы с небольшой выборкой деталей может не соответствовать «правилам».

Мифы о замене старых конденсаторов

Конденсаторы ухудшаются по мере старения как на полке, так и внутри работающего оборудования. Конденсатор, протестированный выше, был только частью NOS. несколько лет. У всей сумки большие потери, хотя я понятия не имею, являются ли цифры нормальными для этой части. Много неудач на старших оборудования из-за выхода из строя конденсаторов. По достижении определенного возраста имеет смысл производить замену конденсаторов оптом, когда оборудование в ремонте. Но подождите, это может быть плохая идея!

Как врач, обслуживающий персонал не должен «навредить». При ненужной замене компонентов часто происходит разрыв контактных площадок на печатной плате и следы. Он также загрязняет доску, если вы не будете осторожны при ее очистке. Это может сделать классическое оборудование еще более нестандартным. оригинал. Хуже всего то, что оригинальные конденсаторы могут быть лучшего качества, чем те, которые вы устанавливаете. Как нелогично Таким образом, было много серий конденсаторов Sprague и других производителей, которые были невероятно хорошими 30 лет назад и остаются такими до этот день.В качестве примера приведем бейсболку Sprague 30D, которой больше 30 лет.

У него меньшие потери, чем у свежего и хорошо зарекомендовавшего себя Panasonic FC. Он довольно большой и может выдерживать гораздо больший пульсирующий ток. Он, вероятно, прослужит дольше и превзойдет несколько сменных крышек, если вы не найдете что-то аналогичного качества. Только дурак мог бы замените его новым колпачком. Многие старые крышки с эпоксидными торцевыми уплотнениями даже лучше.У меня есть испытательное оборудование, которое работает 50 лет старый и крышки не показывают признаков снижения производительности. Теперь вы наверняка найдете неисправные конденсаторы и должны их заменить. Вы будете даже найти плохие Sprague 30D, но заменить детали, потому что они плохие, или потому что у них есть какие-то физические проблемы, или потому что они история неудач, не только потому, что они старые.

Одно место, где я до рекомендую оптовую замену, — это когда инструмент содержит большое количество похожих колпачков и т. Д. чем немногие из них потерпели неудачу или показали высокое рассеивание.Кажется, это обычное дело для аудиоприемников 70-х и некоторого видеооборудования. В тех дела можно легко предсказать будущее, а будущее плохое; Идите вперед и предотвратите неприятности, вытащив их всех оттуда.

Все хотят иметь практическое правило, определяющее, когда делать повторный кэп, и это непростая задача. Могу сказать по личному опыту, что когда оборудование возрастает около 30 лет, поэтому следует ожидать некоторых случайных отказов крышки. Где-то между 30 и 40 годами у вас есть выбор — сделать Измерьте и замените при необходимости, или сделайте замену оптом по общему принципу.Многие кепки будут в добром здравии хорошо более 40 лет, но частота отказов будет быстро расти для других. Одним из факторов, который может оправдать оптовую замену, является что стареющие колпачки будут вызывать чрезмерную утечку постоянного тока. Поскольку они должны быть удалены для этого теста, имеет смысл заменить их, если это большие и дорогие бидоны для блоков питания.

По прошествии 40 лет вы найдете FP и аналогичные многосекционные банки, обычно в трубном оборудовании.Они все еще могут работать в цепи, но обычно истекает срок их службы и будет плохо тестироваться. Мой опыт работы с многосекционными крышками с поворотным замком. возраст не был хорошим, и замена — это правило дня. Это также относится к бумажным / восковым колпачкам и даже к некоторым маркам старых серебряно-слюдяные колпачки, которые имеют тенденцию к возникновению высокой утечки постоянного тока.

Чем сложнее разобрать что-то для обслуживания, тем больше смысла будет просто заменить все, когда оно обособлено!

Вы должны работать на своем уровне комфорта.Никто не может с абсолютной уверенностью сказать, выйдет ли данный конденсатор из строя через час. или через год, хотя это было бы очень редко для конденсатора, измеренного близко к его номинальному значению, с низкими потерями и низкой утечкой постоянного тока на внезапно выйдет из строя, независимо от возраста. Также обратите внимание, что новые электролитические конденсаторы имеют ненулевой коэффициент младенческой смертности из-за вопросы изготовления и загрязнения. Если ваш опыт включает в себя много оборудования с горячими высоковольтными трубками, вы, вероятно, будете больше консервативен, чем я.Если последствия отказа особенно серьезны, вы также будете более консервативны. Сервис — это уравновешивание; делай то, что уместно в ситуации.

Итог

Испытательные конденсаторы в том же диапазоне частот, в котором они должны работать.
Подумайте, важны ли потери для рассматриваемой цепи.
У вас должна быть схема или хотя бы знать, в какой части схемы находятся заглушки.
Отклонить заглушки с завышенными потерями для заявки.
Отклонить крышки с чрезмерной утечкой постоянного тока для приложения.
Отбраковать крышки с малой емкостью.
Отбраковать крышки с необычно высокой емкостью.
Отклонить колпачки с видимыми утечками, коррозией проводов, глубокими вмятинами или выпуклостями.
Отклонить колпачки, аналогичные соседи которых потерпели неудачу.
Сохраняйте ограничения, независимо от возраста, которые не соответствуют вышеуказанным критериям.

Дополнительные ресурсы

Поставщики измерителей LCR

На eBay недавно появились различные импортные настольные и портативные измерители LCR. Если вы выполняете поиск с помощью измерителя LCR и коэффициент рассеяния, вы увидите, как выглядят очень эффективные инструменты за 200 долларов и выше. Хотя на самом деле я не видели один, они кажутся гораздо более выгодными, чем то, что было доступно на сегодняшний день.

Это не должно быть так сложно и дорого! Есть очень мало доступных портативных измерителей LCR, которые включают фактор.Неизменно подойдут стендовые модели. Я не решаюсь рекомендовать старый General Radio 1657, который я использую, так как многим требуется обслуживание после всех этих лет. Тем не менее, если вы найдете хороший, это отличный инструмент для устранения неполадок. Старые механические мосты, такие как GR1650 обычно требует немного TLC, и они не покрывают большие ограничения стоимости, которые часто встречаются в аудиооборудовании. Они также довольно медленно работать. GR1617 действительно покрывает широкий диапазон и имеет встроенное смещение высокого напряжения, но они, как правило, продаются по довольно высокой цене. много.Также они используют в своем блоке питания довольно редкую и дорогую лампу. Если вы обслуживаете трубное оборудование, GR1617 просто невозможно победить. У меня нет опыта работы с ними, но вы также можете поискать Motech MIC-4070D, Tonghui Th3821, B&K 830C. или 890C, GWInstek LCR814 или Agilent U1731C. Tenma, представленная ниже, также снизилась в цене и имеет D / Q и несколько тестов. частоты.

Наконец, в разделе загрузок этого сайта есть простой мостик своими руками.Он сделает все, что вам нужно, кроме утечки, а с хорошо укомплектованным мусорным ящиком вы можете построить его всего за несколько долларов.

Довольно хороший измеритель LCR с D / Q (иногда продается за 149 долларов) и очень хороший измеритель ESR

Горячая пресса!

Симпатичный тестер компонентов за 25 долларов недавно стал доступен из нескольких источников. Он основан на микропроцессоре Atmega и принесет вам и ценность, и потерю. Некоторые версии также могут тестировать транзисторы, и уровень версии может быстро меняться, так что сделайте ваш исследование перед покупкой.Вот хорошее место, чтобы начать читать.

Список литературы

Различные руководства по мосту GR, включая 1608, 1615 и 1650
Техническая записка GR — Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов
Птицы, пчелы и конденсаторы, P.R.Mallory & Co. Inc., 1968
Ruby-Con, Nichicon, United Chemi-Con, Panasonic и другие спецификации производителей конденсаторов
Технический документ Sprague 62-4, Ускоренные испытания и прогнозируемый срок службы конденсатора
Технический доклад Sprague 62-7, Симпозиум по алюминиевым электролитическим конденсаторам
Технический документ Sprague TP-64-11, Химия разрушения алюминиевых электролитических конденсаторов
Технический документ Sprague TP-65-10, Новые высокоэффективные алюминиевые электролитические конденсаторы

С.

Таблица ESR. Ориентировочные и реальные значения ESR конденсаторов.

Таблица допустимого и реального ESR (Эквивалентного последовательного сопротивления)

Таблица №1. ESR новых электролитических конденсаторов (тестер LCR T4).

Таблица №2. Таблица значений ESR, применяемая Бобом Паркером в ESR-метре K7214.

Определение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов

Связанная информация

Влияние ESR на радиочастотные схемы и схемы аккумулирования энергии

Определение эквивалентного последовательного сопротивления с помощью измерителя ESR

Измерение с помощью коаксиальной резонансной трубы для сверхнизких сопротивлений на высоких частотах

Факторы, которые влияют на измерения ESR

Сопротивление и индуктивность измерительных проводов

Помехи от соседнего оборудования

Заключение

Теги

Измеритель С и ESR

Допустимый esr. Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора

Всем привет!

В данной статье я попробую рассказать простым языком что же такое

Поляризация – это ограниченное смещение связанных зарядов диэлектрика в электрическом поле.

Коротко процесс поляризации можно представить так:

Схема электрическая esr измерителя конденсаторов

Печатные платы — рисунок

Особенности работы прибора

Как использовать ESR метр

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

РАДИО для ВСЕХ — Измеритель R/L/C/ESR

Принцип работы приборов измерения емкости esr. Измеритель ESR оксидных конденсаторов. Как проверить конденсатор. Теоретические сведения о конденсаторах

Основные элементы устройства

Порядок калибровки прибора

Мой первый пробник ЕПС, исправно работающий по сегодняшний день.

ESR конденсатора, коэффициент рассеяния, тангенс потерь, Q

Конденсатор ESR, эквивалентное последовательное сопротивление

Коэффициент рассеяния и тангенс угла потерь

Определения коэффициента рассеяния и тангенса угла потерь

Определение коэффициента рассеяния:

Определение тангенса угла потерь:

Конденсатор Q

Эффекты ESR

Характеристики ESR

Характеристики конденсатора и технические характеристики конденсатора

1. Номинальная емкость, (C)

2. Рабочее напряжение, (WV)

3. Допуск, (±%)

4. Ток утечки

5. Рабочая температура, (Т)

6. Температурный коэффициент, (TC)

7. Поляризация

8. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Какой тип конденсатора следует использовать? | Блоги

Конденсаторы

Конденсаторы керамические

Керамические конденсаторы класса 1

Керамические конденсаторы класса 2

Керамические конденсаторы класса 3

Конденсаторы танталовые

Линейное изменение емкости с температурой

Ограниченные микрофонные / пьезоэлектрические эффекты

Характеристики емкости в зависимости от напряжения

Стабильность во времени

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Конденсаторы полимерные

Характеристики емкости в зависимости от напряжения

Очень низкое ESR

Высокая емкость

Нет утечки

Без пьезоэффекта

Стабильность частоты

Пленочные конденсаторы

Полиэфирная пленка

Полипропиленовая (ПП) пленка

Пленка из полистирола

Слюдяные конденсаторы

Кремниевые конденсаторы

Суперконденсаторы

Высокочастотные многослойные конденсаторы с высокой добротностью

в конденсаторах — EEE Parts Database

Технические заметки Дуга

Использование мастера конденсаторов в первый раз

Checking Caps

Как проверить алюминиевые электролитические конденсаторы