1 Расширенное техническое задание

Принцип работы приборов, предназначенных для измерения ЭП, основан на измерении ЭПС, основан на измерении полного сопротивления конденсатора.

В последние годы специалисты и радиолюбители находят полезность оценки эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) оксидных конденсаторов, особенно в ремонтной практике импульсных БП, высококачественных УМЗЧ и другой современной аппаратуры

Удобная для прибора со стрелочным индикатором шкала, близкая к логарифмической, позволяет определять значения ЭПС примерно в диапазоне от долей ома до 50 Ом, при этом значение 1 Ом оказывается на участке шкалы, соответствующем 35...50 % тока полного отклонения. Это дает возможность с приемлемой точностью оценивать значения ЭПС в интервале 0,1...1 Ом, что, например, необходимо для оксидных конденсаторов емкостью более 1000 мкФ, а с меньшей точностью — вплоть до 50 Ом.

Полная гальваническая развязка цепи измерения максимально защищает прибор от выхода из строя при проверке случайно заряженного конденсатора — нередкой в практике ситуации. Низкое напряжение на измерительных щупах (менее 70 мВ) позволяет производить измерения в большинстве случаев без выпаивания конденсаторов. Питание прибора от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В принято как наиболее оптимальный вариант (низкая стоимость и малые габариты). Нет необходимости калибровать прибор и следить за напряжением элемента, так как предусмотрены встроенный стабилизатор и автоматический выключатель при напряжении питания менее допустимого предела с блокировкой включения. И наконец, квазисенсорное включение и отключение прибора двумя миниатюрными кнопками.

Основные технические характеристики:

Интервал измеряемого сопротивления 0.1..50 ом

Частота измерительных импульсов 90 кГц

Амплитуда импульсов на щупах измерителя 50..70 мВ

Напряжение питания 1.5.. 0.7 В

Ток потребления 12..15 мА

2 .Анализ электрической схемы. Обоснование выбора электронной базы

В предлагаемой подборке приводятся описания двух конструкций, измерителей эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) оксидных конденсаторов. Интерес к измерителям ЭПС рос по мере все более широкого применения импульсных источников питания и других импульсных устройств, в которых оксидные конденсаторы использовались в качестве накопителей электрической энергии или сглаживающих фильтров. В таких устройствах важным свойством конденсаторов является способность быстро накапливать и отдавать энергию. Идеальный конденсатор обладает только реактивным сопротивлением, и скорость его зарядки и разрядки определяется внешними элементами в цепи, где он установлен. Реальный конденсатор можно представить в виде последовательно соединенного идеального конденсатора С, катушки индуктивности L и резистора R, сопротивление которого и есть ЭПС конденсатора (рис. 1).

Для подключения проверяемого конденсатора применены щупы, выполненные из толстого гибкого изолированного монтажного провода с зажимами "крокодил". При необходимости подборкой резисторов R8 и R9 можно более точно "подогнать" показания прибора под отдельные отметки шкалы при применении другого типа микроамперметра и резистора R3 с другим сопротивлением (4,7...6,2 Ом). С уменьшением сопротивления резистора R8 и увеличением R9 шкала становится более линейной, но сокращается участок шкалы с сопротивлением менее 1 Ома. Шкала микроамперметра переделана и проградуирована в Ома — полное отклонение стрелки соответствует 0 Ом, поэтому микроамперметр в измерителе установлен соответствующим образом. Шкалу изготавливают так. Используя несколько постоянных резисторов (можно применить их параллельное и последовательное соединения), подбирают сопротивления, соответствующие желаемым отметкам на шкале и, подключая их к гнездам XS2, XS3, составляют таблицу соответствия "мкА—Ом". Вынимают штатную шкалу микроамперметра, сканируют ее с разрешением не хуже 300 dpi и в любом графическом редакторе редактируют ее изображение с учетом полученной таблицы. Затем печатают новую шкалу, наклеивают ее на оборотную сторону штатной и устанавливают в микроамперметр.

И зготавливают плату из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1.5 мм. Постоянные резисторы — P1 - 4, С2-23, конденсаторы керамические — K10-17. Помимо указанных на схеме, можно применить транзисторы серий КТ315, КТ3102, ВС547, ВС337, 2SC945, 2N2222 с любыми буквенными индексами, а диоды — серий FR102, FR152, UF4002, UF4007. Трансформатор наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм и магнитной проницаемостью 2000. Первичная обмотка содержит 150 витков провода ПЭВ-2 0,1, вторичная — 7 витков провода ПЭВ-2 0,2. Провода, идущие к щупам, свивают вместе, укорачивают до 40...50 см, выводят через отверстие в корпусе и припаивают непосредственно к вторичной обмотке трансформатора. После налаживания провода закрепляют внутри корпуса термоклеем. Измеритель сохраняет работо­способность, при снижении напряжения питания до 1 В. Налаживание проводят в следующей последовательности. Сначала механическим корректором при выключенном приборе устанавливают стрелку микроамперметра на нулевое деление шкалы. Включают питание, и резистором R1 устанавливают стрелку микроамперметра на максимальное деление шкалы. Замыкают щупы и убеждаются, что стрелка вернулась на нулевое деление. Затем к щупам подключают безындуктивный (непроволочный) резистор сопротивлением 6,2 Ом, при этом стрелка должна занять среднее положение. В случае необходимости коррекцию проводят подборкой числа витков (от шести до девяти) вторичной обмотки трансформатора. Шкалу микроамперметра градуируют в омах, для этого к щупам подключают образцовые непроволочные резисторы соответствующего сопротивления.

Измеритель ЭПС, разработанный В. ФЕЛЮГИНЫМ из г. Мурманска, несколько сложнее в изготовлении, поскольку содержит больше деталей, но обеспечивает более высокую точность измерений.

На транзисторах VT1, VT2 собран генератор, работающий на частоте около 90 кГц. Переменное напряжение обмотки II трансформатора Т1 выпрямляется мостовым выпрямителем на диодах VD1—VD4, конденсатор СЗ — сглаживающий. Выпрямленное напряжение складывается с напряжением аккумулятора G1, и суммарное напряжение питает усилитель на транзисторе VT3. Переменное напряжение (около 50 мВ) с обмотки III трансформатора Т1 поступает на гнездо XS2. Второе гнез­до (XS3 соединено с входом усилителя на транзисторе VT3, а через резистор R3 — с общим проводом. При подключении к этим гнездам с помощью щупов проверяемого конденсатора через него и резистор R3 протекает переменный ток. Амплитуда напряжения на резисторе зависит от ЭПС конденсатора. Чем меньше ЭПС, тем оно больше. Усиленное напряжение выпрямляется диодами VD5, VD6, и сглаженное конденсаторами С5, С6 постоянное напряжение поступает на микроамперметр РА1. Перед измерением прибор калибруют — при замкнутых гнездах XS2, XS3 резистором R4 устанавливают стрелку прибора на нулевую отметку шкалы. Для питания измерителя применен Ni-Cd аккумулятор ЦНК-0,9, который можно заменить на любой другой Ni-Cd (Ni-MH) типоразмера АА или дисковый Д-0,1, Д-0,25. Потребляемый ток — 12...15 мА, а работоспособность прибора сохраняется при снижении питающего напряжения до 0,7 В. Но столь глубокая разрядка аккумулятора нежелательна, поэтому подборкой резистора R7 нужно добиться, чтобы в крайнем правом положении движка резистора R4 "0" шкалы микроамперметра устанавливался лишь при напряжении питания не менее 0,9 В. Таким образом, невозможность установки стрелки прибора на нулевую отметку шкалы будет сигнализировать о необходимости зарядить аккумулятор Его можно заряжать, не вынимая из корпуса прибора, через гнезда XS1 и XS2 (или XS3), при этом минусовый вывод зарядного устройства подключают к гнезду XS1. Большинство деталей смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм,

Н а транзисторах VT1, VT2 собран мультивибратор, работающий на частоте около 70 кГц. В коллекторной цепи транзистора VT2 последовательно с резистором R5 включена первичная обмотка трансформатора Т1. Когда транзистор VT2 открыт, через первичную обмотку трансформатора Т1 протекает ток и в его магнитном поле запасается энергия. При закрытом транзисторе VT2 на этой обмотке возникает напряжение самоиндукции, которое выпрямляется диодом VD1. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С4, и далее оно поступает на индикаторный прибор — микроамперметр РА1, его стрелка отклоняется на максимальное деление шкалы. Пропорционально коэффициенту трансформации напряжении самоиндукции возникает и во вторичной обмотке, с которой соединены измерительные щупы. При их подключении к проверяемому конденсатору вторичная обмотка шунтируется его ЭПС и напряжение самоиндукции в первичной обмотке трансформатора Т1 уменьшается, что приводит к соответствующим изменениям показаний микроамперметра РА1 — они уменьшаются. Чем меньше ЭПС конденсатора, тем меньше отклонение стрелки микроамперметра. Для измерителя использован корпус от недорогого мультиметра "SUNWA" или ему подобного, а также некоторые его компоненты — микроамперметр, переменный резистор, щупы с соединительными проводами, держатель элемента питания и переключатель режимов, который теперь служит выключателем питания.

Плата и остальные детали установлены в пластмассовом корпусе размерами 70x60x170 мм На верхней панели сделано окно для микроамперметра, на задней — крепежные отверстия для выключателя питания SA1 и переменного резистора R4, который оказалось удобнее перенести с платы на эту стенку прибора. Аккумулятор  с  помощью пластмассовой скобы крепят на боковой стенке, там же размещают гнездо XS1. Гнезда XS2, XS3 закреплены на передней стенке.

П рименены постоянные резисторы МЛТ, ВС, переменные — СПО, СП4-1, конденсатор СЗ — импортный, С5, С6 — К53-1, остальные — К10-7. В генераторе желательно применить германиевые транзисторы, кроме МП16Б, подойдут любые серий       МП 13—МП 16, МП39— МП42. Вместо указанного на схеме транзистора КТ361Б можно применить КТ361В—КТ361Д. Диоды КД521А заменимы на диоды серий КД503, КД510, КД522, Д2, Д9 с любыми буквенными индексами, выключатель питания — П2К. Микроамперметр — М2001 с током полного отклонения 100 мкА. Трансформатор намотан на ферритовом магнитопроводе 3000НМ типоразмера К12х6х5. Первичная обмотка содержит 26 витков провода ПЭЛ 0,25 с отводом от середины, обмотка II —  40 витков провода ПЭЛ 0,15, обмотка III — один виток провода МГТФ-0,35-

Резистор Rу определяет ток утечки реального конденсатора, но в данном случае его можно не учитывать. На частотах ниже 100 кГц влиянием катушки индуктивности также пренебрегают. В большинстве случаев принцип работы приборов, предназначенных для измерения ЭПС, основан на измерении полного сопротивления конденсатора. На низких частотах, как правило, преобладает емкостная составляющая. По мере увеличения частоты она уменьшается. Поэтому такие приборы работают на частотах несколько десятков килогерц. Следует отметить, что измерение ЭПС — непростая задача.  Большинство измерителей обладают большой погрешностью, и их, скорее всего, следует считать индикаторами ЭПС. Наличие ЭПС оказывает влияние на скорость зарядки и разрядки конденсатора,  и  при большом его значении   делает такой конденсатор непригодным для работы в импульсных устройствах.   Кроме того,  при  протекании токов на ЭПС  выделяется активная мощность, что приводит к разогреву конденсатора и возможному выходу его из строя по этой причине. Поэтому  интерес к измерению ЭПС оксидных конденсаторов не ослабевает. Чтобы проводить проверку оксидных конденсаторов без их демонтажа из устройства, напряжение на щупах при­бора не должно превышать несколько десятков или сотен мВ. В этом случае остальные элементы устройства, включенные параллельно конденсатору, не будут оказывать существенного влияния на результат и не выйдут из строя. Разработанный В. ТАБАКОМАНОМ из г. Симферополя (Украина) измеритель ЭПС отличается простотой конструкции, поэтому его могут повторить даже начинающие радиолюбители. Впервые с аналогичным прибором автор "встретился" в Израиле в 1996 г. Высокая цена — 270 долл. США — вызвала соблазн изготовить прибор самому. Скопировав схему и разобравшись в принципе его работы, стало ясно, что для реализации идеи она слишком сложна и содержит много деталей. Поэтому и был разработан предлагаемый читателям измеритель ЭПС. Всего изготовлено больше десятка приборов, которые отлично зарекомендовали себя в радио­мастерских Украины и Израиля. Другими достоинствами измерителя являются удобство сборки — используется корпус серийного карманного измерительного прибора; экономичность — применен один гальванический элемент типоразмера АА напряжением 1,5 В, а потребляемый ток составляет 1,25 мА; небольшое напряжение на щупах (до 70 мВ), поэтому на показания не влияют полупроводниковые элементы, подключенные параллельно с проверяемым конденсатором; устойчивость прибора к разрядке конденсатора емкостью 150 мкФ

В измерителе применяются следующие микросхемы серии К561, различающиеся по функциональному назначению:

ЛА7 – Четыре логических элемента 2И-НЕ;

ЛН2 – Шесть логических элементов НЕ;

ЛП2 – Четыре логических элемента «Исключающее ИЛИ»;

ИЕ10 – Два 4-разрядных двоичных счетчика;

ИЕ11 – 4-разрядный двоичный реверсивный счетчик;

ИР2 – Два независимых 4-разрядных регистра сдвига;

КП2 – 8-канальный мультиплексор.

3.КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ.