Как проверить конденсатор мультиметром

  Прежде чем говорить о проверке конденсаторов, давайте коснемся теории вопроса: что это за компонент, какие бывают и для чего используются?

  Итак, конденсатор - это пассивный электронный компонент, работающий по принципу батарейки, которая способна очень быстро заряжаться и разряжаться, аккумулируя в себе, таким образом, некоторое количество энергии. Боле научно можно сформулировать следующим образом: конденсатор - это два проводника (обкладки), разделенные изолятором, служащий для накопления заряда и энергии электрического поля.

  Примечание: обкладки (проводники внутри корпуса) могут быть выполнены из различных материалов, иметь разную форму и толщину. То же самое касается и изолятора между ними. Сути дела это не меняет.

  Кратко рассмотрим принцип работы конденсатора. В обычных условиях, любые вещества (в том числе и проводники) электрически нейтральны. Что это значит? А то что в их структуре примерно равное количество электронов (отрицательно заряженных частиц) и протонов (положительно заряженных). Поскольку нас, применимо к данной теме, будут интересовать, в первую очередь, проводники, то их и рассмотрим.

  Итак, в проводнике имеется множество хаотично перемещающихся частиц, которые "бродят" между атомами вещества, подобно молекулам воздуха в помещении. Если окружить этот кусок вещества электрическим полем, то эти частицы отреагируют на это, оттянувшись к его полюсам. Отрицательные (электроны) соберутся у одного полюса, а положительные (протоны) - у другого. Стоит убрать поле, и заряженные частицы снова рассеются по всему объему вещества и равномерно перемешаются.

  Теперь представим себе такую ситуацию: перед снятием поля мы это "вещество" разрежем (разделим) на две части. Что получится? В каждой из половин окажутся "заперты" частицы с разным зарядом! В каждой из половинок один из зарядов будет доминирующим, поэтому ее потенциал станет положительным или отрицательным. А напряжением будет называться разница между потенциалами обеих половинок.

  Теперь самое интересное: если соединить проводником два наши изолированные половинки, имеющие напряжение между собой, то по проводнику побежит ток - заряженные частицы устремятся навстречу друг другу, чтобы равномерно перемешаться. Вот примерно так и выглядит принцип работы конденсатора :)

  Продолжим! В зависимости от состояния электролита внутри и материала снаружи (из которого они сделаны), конденсаторы могут быть сухими (твердотельными), жидкостными (электролитическими), оксидно-полупроводниковыми, оксидно-металлическими. В зависимости от диэлектрика (изолятора): бумажными, металлобумажными, плёночными, комбинированными бумажноплёночными, тонкослойными из органических синтетических плёнок.

  Все это разнообразие реализации приводит к тому, что мы имеем достаточно большую разновидность типоразмеров конденсаторов и их видов.

  Нас же, в первую очередь, будут интересовать электролитические конденсаторы, поскольку именно их нам, скорее всего, придется проверять с помощью мультиметра.

  Емкость конденсатора зависит от площади проводников и расстояния между ними. Чем они к друг другу ближе расположены, тем больше емкость. Измеряется емкость в "фарадах". Но поскольку Фарада - это очень много, то все решили измерять емкость конденсаторов в микрофарадах (mF).  Чтобы добиться большой емкости (при относительно небольшом размере элемента), нужно хорошенько постараться! В миниатюрный корпус нужно поместить проводники с большей общей площадью поверхности, и, для экономии места, разделить их как можно более тонким слоем изолятора.

  В качестве обкладок (проводников) используется тонкая алюминиевая фольга. Две ленты фольги плотно складываются и сворачиваются в рулон. Поэтому они взаимодействуют не просто по всей своей площади, но еще и по обеим сторонам. Фольга покрывается с одной стороны микроскопическим слоем окисла, выступающего в роли изолятора.

  Между лентами фольги находится специальная (очень тонкая) бумага, пропитанная электропроводящей жидкостью (электролитом). Жидкость смачивает фольгу, плотно прилегая к ней, поэтому несмотря на наличие бумаги, обкладки конденсатора оказываются разделены всего лишь несколькими молекулами окисла. Вот за счет всех этих ухищрений и получается столь большая емкость у такого относительно небольшого по размерам изделия.

  Схематически сказанное нами выше можно отобразить следующим образом:

  Примечание: общую емкость конденсаторов можно увеличить путем их параллельного включения (соединения) на печатной плате. Этот не хитрый ход объединяет емкости всех конденсаторов на ней расположенных. Также надо учитывать тот факт, что емкость может изменяться в зависимости от состояния диэлектрика. Например, если изолятор отсыреет, то емкость элемента уменьшится.

  Добавлю несколько ремарок по поводу схемы выше. Часто можно услышать словосочетание «катодная фольга» и «анодная фольга». Катод - это отрицательно заряженный проводник, а анод - положительно заряженный.

  Помните, в начале статьи мы говорили о том, что разнонаправленные по своему заряду частицы притягиваются к разным полюсам вещества? Вот это оно и есть: катодная и анодная фольга (отрицательно и положительно заряженные проводники). Также на схеме не показан резиновый уплотнитель (он находится сразу за выводами конденсатора). На фото ниже - несколько разобранных емкостей, на которых он отчетливо виден.

 

  Итак, мы поговорили о том, что такое конденсаторы, как они работают и устроены. Теперь рассмотрим, какие же функции они выполняют?

  Две их основные функции:

1. сохранение и поддержка электрического заряда
2. сглаживание напряжения в электрической цепи
    

  Рассмотрим каждый из пунктов более подробно. Поскольку, как мы помним, конденсатор может очень быстро накопить (зарядиться) и отдать заряд (разрядиться), то он может, таким образом, компенсировать кратковременную потерю напряжения в близлежащем узле электрической схемы.

  Приведем пример: возможно Вы были свидетелем ситуации, когда в помещении с большим количеством компьютеров случался кратковременный скачок напряжения в электросети. Свет, как говорят в народе, "мигнул". После этого, как правило, почти все компьютеры перезагружаются, но некоторые работают, как ни в чем не бывало! Это просходит, прежде всего, из-за качественных конденсаторов в их блоках питания. Конечно, при полном отсутствии тока в сети хотя бы на протяжении нескольких секунд, все компьютеры выключаться. Здесь уже никакие, даже самые замечательные, конденсаторы не помогут и нужен полноценный источник бесперебойного питания - UPS.

  В процессе работы в "дебрях" системного блока нашего компьютера бывают и такие ситуации: одной из комплектующих ПК при выполнении той или иной задачи кратковременно нужно больше энергии. Забирать ее у блока питания "долго" (она нужна здесь и сейчас), да и провода по которым идет ток имеют свой коэффициент сопротивления, что также не способствует моментальной доставке импульса в нужную точку. Тут на помощь снова приходят конденсаторы, расположенные рядом. Они могут разрядиться, обеспечив необходимую мощность, и почти мгновенно снова набрать заряд.

  Вторая функция: сглаживание напряжения в сети. Расшифруем это дело. Качественный конденсатор -  это отличный подавитель высокочастотных (ВЧ) и низкочастотных (НЧ) помех, всякого рода пульсаций и скачков напряжения. К помехам часто приводит, к примеру, параллельная работа в одной электрической сети других устройств: вентилятора, кондиционера, обогревателя и т.д.

  Часто, конденсатор используют в качестве фильтра (для сглаживания пульсаций напряжения). Поэтому часто можно услышать словосочетание «сглаживающие конденсаторы». Практически всегда в качестве фильтров конденсаторы используются в блоках питания персональных компьютеров. Как мы помним, переменный ток имеет частоту в 50 Герц (направление движения электронов в этом случае за 1 секунду меняется 100 раз). С точки зрения требования к питанию компьютера - совершенно неприемлемая ситуация!

  Поэтому, прежде чем приступить непосредственно к сглаживанию импульсов, напряжение нужно "выпрямить" (из переменного преобразовать в постоянное). Как мы помним из предыдущих материалов, именно такое "живет" внутри нашего системного блока. Для преобразования напряжения внутри блока питания используется схема выпрямителя, состоящая из силового трансформатора, выпрямителя и фильтра на его выходе. В роли последнего и выступают конденсаторы, которые сглаживают остаточные переменные составляющие.

  Теперь, наконец-то, мы вплотную подходим к основной теме нашей статьи: проверке конденсаторов с помощью мультиметра. Поверьте, там быстрее показать все это в нескольких коротких видеороликах (что мы и сделаем ниже), чем писать много текста. Именно поэтому и получилось такое героическое вступление, иначе статья бы получилась маленькая-маленькая :)

  Итак, перечислим основные неисправности конденсаторов. Их можно выделить пять:

1. Потеря емкости (высыхание)
2. Увеличение тока утечки
3. Увеличение активного сопротивления (ESR)
4. Пробой
5. Обрыв
    

  Все подробно рассматривать не будем, перечислим только встречающиеся наиболее часто. Я опишу и покажу, как делаю я, возможно, кто-то проверяет конденсаторы по другому?

  Возьмем в руку два не рабочих элемента. Ну, как не рабочих? Они-то, именно что работают, но весь вопрос в том КАК? На фото ниже, один из них явно не в порядке (правый), а вот левый - нормальный (с виду), но имеет абсолютно ту же проблему, что и его "сосед" - потерю емкости. Как следствие - конденсатор не "держит" заряд.

 

  Гарантируемый срок службы электролитического конденсатора означает, что его штатная (номинальная) емкость в течение указанного срока не превысит допустимого (расчетного) отклонения. Как правило, такое отклонение составляет не более 20-ти процентов.. Превышение срока службы элемента не говорит о том, что он прекратит работать в принципе. Он продолжит свою работу, но значение его емкости уже выйдет за пределы, указанные в технической документации, а это, как мы понимаем, не есть хорошо и, со временем, может привести к разным неприятным последствиям.

  Обратите внимание на фото ниже. На нем показано цифровое табло моего мультиметра с помощью которого я обычно проверяю конденсаторы. Как пользоваться мультиметром мы разбирали в одной из наших предыдущих статей, поэтому не будем лишний раз повторяться.

  Давайте сделаем так: сначала я кратко опишу, что и как для подготовки измерений выставлять на мультиметре, а затем продублирую весь процесс в небольшом видео. Думаю, так будет понятно и максимально наглядно? Проверку начнем с исправного элемента (эталонного образца), а потом вернемся к нашим "подопытным" из фото выше.

  Я проверяю конденсаторы в режиме "прозвона" на короткое замыкание (позиция на диске мультитестера под номером «1»). При отсутствии данного режима можно перевести прибор в состояние измерения сопротивления: его значок на фото ниже для наглядности обведен треугольником. Проводить измерения можно выставив переключатель в значение 2 Килоома (2000 ОМ или 2к). На фото обозначен под номером «2».

 

  Мультитестер к работе подготовили. Что нам нужно сделать дальше? Черный (минусовый) щуп прибора приложить к минусовому проводнику, а красный (плюсовой) к его положительно заряженному полюсу. Как определить полярность конденсатора мы писали вот здесь, так что не будем повторяться. В принципе, если и перепутаете ничего страшного не произойдет :)

  Приложив щупы к выводам (ножкам) конденсатора мы, таким образом, начнем его заряжать. На табло мультиметра в этот момент мы увидим увеличивающиеся цифры (значение сопротивления элемента). Когда показатели выйдут за допустимый предел измерения самого мультиметра (в данном случае, - два мегаома: 2M), мы увидим в правой части экрана прибора цифру «1».

  Подобное "поведение" мультиметра и будет означать, что проверка конденсатора прошла успешно и он исправен. Подержите на нем щупы еще некоторое время (секунд 10-15), дав ему окончательно зарядиться. Теперь можно перевести наш измеритель в режим измерения постоянного напряжения (достаточно будет предела в 20 Вольт) - на фото выше обведено квадратом, и "снимите" показания заряда с выводов.

  Примечание: на дешевых цифровых мультиметрах заряд может быть в пределах трех вольт (чуть больше или чуть меньше). На нашем измерителе на работе мы заряжаем их до семи вольт и выше. Если значение напряжения находится в пределах одного вольта или меньше, то это может говорить о том, что емкость не заряжается и подлежит замене.

  Чтобы разрядить конденсатор (перед повторным тестом или установкой на плату) просто замкните чем-то металлическим (можно прямо одним из щупов) между собой его "ножки", как показано на фото ниже.

 

  Теперь, как и договаривались, размещу несколько небольших видео, где будет показан весь, описанный нами выше, процесс. Начнем с рабочего (эталонного) элемента:

  Примечание: по правильному замер нужно проводить не касаясь выводов пальцами (так мы вносим в конечный результат погрешность за счет сопротивления собственного тела), но для примера - сгодится :)

  Теперь проверим конденсатор, который не исправен. Помните, тот зеленый, со вздувшейся крышкой?

  Обратите внимание, что проверяем мы его в режиме измерения сопротивления со значением 2k (2000 ОМ) на шкале. Видите, как медленно (по сравнению с предыдущим) он заряжается? В какой-то момент этот процесс просто останавливается и даже начинает идти в обратную сторону (он разряжается). Это - яркий признак неисправности!

  Теперь проверим мультиметром конденсатор, который с виду ничем не отличался от обычного (ни сверху ни снизу нет характерных вздутий, вытеканий электролита и т.д.) Также обратите внимание на результат замера напряжения после его зарядки - всего 0.56 Вольта! 

  Вы можете спросить: существует ли какая-то профилактика конденсаторов, чтобы предотвратить их преждевременный выход из строя? Ответ будет: существует! Срок службы электролитического конденсатора можно достаточно ощутимо продлить, снизив его рабочую температуру. Закономерность приблизительно следующая: время "жизни" (исправной работы) элемента будет увеличиваться вдвое при снижении его рабочей температуры на каждые 10 градусов Цельсия. Помните, перегрев - паршивая вещь! Боритесь с ним нещадно! :)

  Примечание: правило, описанное выше, действует только до 40-ка градусов. Дальнейшее снижение температуры не приводит к такому ощутимому эффекту.

  После того, как все проверите, просто замените конденсатор на новый (исправный).

  Также я хочу познакомить Вас с одним очень полезным прибором, который идеально подходит для работы с конденсаторами в радиоэлектронной аппаратуре. Называется он «ESR-micro v4.0s».

  Примечание: ESR - (Equivalent Series Resistance - Эквивалентное Последовательное Сопротивление - ЭПС) - один из параметров конденсатора, характеризующий его активные потери в цепи.

  Довольно часто бывает так, что чисто визуально к элементу нет никаких претензий: он не вздутый, выглядит нормально, но на самом деле - неисправен (частично потерял емкость, имеет большой ток утечки и т.д.). Вот тут нам и пригодится подобный замечательный измеритель емкости ESR-micro v4.0s. Что интересно, прибор позволяет проводить измерения без демонтажа (выпаивания) емкости из печатной платы!

 Внимание ! Перед проверкой на ESR измерителе (установке элемента непосредственно в прибор) обязательно разрядите его, замкнув выводы. В противном случае есть вероятность того, что он, сохранив накопленный заряд, разрядится на сам измеритель! А это может вывести прибор из строя. Особенно это касается элементов большой емкости.

  На работе мы пользуемся самым простым из подобных тестеров: «GM328A» (стоит долларов десять, питается от 9-ти вольтовой батарейки типа "Крона"). Он может измерять как емкость и ESR конденсаторов, так и трехвыводные транзисторы, резисторы, диоды и т.д. На фото ниже - пример измерения:

  Мы меряем конденсатор емкостью 220 Микрофарад (видим что на тестере  - 118mF - почти в два раза меньше), также видим ESR (потери) 9.6 - это для данного номинала очень много и значение Vloss 9.9% также завышенное. Да, на фото мы приспособили к измерителю какой-то разъем от монитора для фиксации в нем элементов с короткими "ногами" (выводами), потому как не всегда удается нормально зажать их в ZIF-панели самого тестера.

  Для того чтобы сориентироваться по допускам касаемо самого ESR, - ниже сводная таблица, где указано: какому номиналу элемента по напряжению должно соответствовать значение утечки.

  Напоследок пару слов о такой неисправности элемента, как пробой. В данном случае проверить конденсатор мультиметром очень просто: в режиме "прозвонки" прикладываем щупы к его выводам и если услышим характерный писк - в мусорник его! Один из проводников поврежден или нарушен слой изоляции между соседними обкладками. Элемент однозначно подлежит замене!

  Внизу - небольшое видео, рассказывающее о ESR измерителях более подробно.