Предлагается прибор-пробник, обеспечивающий диагностику состояния электролитических  конденсаторов без выпаивания конденсаторов из печатной платы.  

С помощью предлагаемого пробника  можно быстро «пробежаться» по имеющимся на плате конденсаторам и не только найти неисправный конденсатор, но и увидеть, какие конденсаторы находятся в граничном состоянии (ещё работает, но уже плохой). Кроме того, заодно можно обнаружить наличие короткого замыкания в цепи конденсатора (в случае, когда в самом конденсаторе закорочены обкладки или же имеется короткое замыкание в цепи, где стоит конденсатор, о чём сигнализирует пищалка, встроенная в пробник).

Предлагаемое вашему вниманию устройство в связи с применением микроконтроллера и современной элементной базы, значительно улучшены по сравнению с аналогичными традиционными приборами.

В частности:

• Предусмотрена защита схемы пробника при ошибочном подключении внешнего источника питания обратной полярности.
• Предусмотрена защита схемы прибора от высоковольтного заряда, накопленного на проверяемом конденсаторе.
• Имеется  индикация  того, что напряжение аккумулятора, установленного в пробник, ниже допустимого.
• Конструктивно прибор  представляет собой пробник, который свободно помещается в одной руке, и его органы управления и индикация расположены непосредственно на верхней крышке самого прибора.

Теоретические предпосылки схемотехнического построения пробника

Известно, что комплексное сопротивление электролитического конденсатора - величина постоянная, зависящая от качества электролитического материала конкретного конденсатора. Замечено также, что чем хуже качество конденсатора, тем большее сопротивление он имеет. И наоборот, исправный конденсатор имеет очень малое комплексное сопротивление, приближающееся к нулевому значению. Значит, необходимо устройство, максимально однозначно измеряющее комплексное сопротивление конкретного конденсатора.

В измерительной технике широко используется метод измерения малых значений токов (напряжений) с помощью сбалансированного моста. Когда мост сбалансирован, то есть в обоих его плечах протекают одинаковые токи, то на концах его измерительной диагонали напряжения будут равны и разность потенциалов в этой диагонали будет равна нулю. В данной конструкции используем резистивный измерительный мост. Если зашунтировать один из резисторов каждого из плеч этого моста, то в плечах моста будут протекать разные токи и мост будет разбалансирован. И как следствие – в диагонали моста появится разность потенциалов, отличающаяся от нуля.

Так как, при измерении качества материала в электролитическом конденсаторе, мы имеем дело с комплексным сопротивлением, то предпочтительнее на измерительный мост подавать не постоянное напряжение, а переменное, частотой около 100 кГц.

Очень малые изменения в балансе резистивного моста необходимо усилить до величин, с которыми можно работать в реальных условиях.  Следующая задача – сравнить  полученное  напряжение при разбалансе моста, которое характеризует качество материала конденсатора, c  предварительно установленными уставками и результат  вывести на индикацию.

Как упоминалось ранее, сопротивление исправного конденсатора имеет очень малое сопротивление. Но нулевое сопротивление говорит о том, что диэлектрик конденсатора просто пробит, или конденсатор стоит в цепи, в которой присутствует короткое замыкание. Предлагаемое устройство реагирует именно на нулевое сопротивление - при этом подаётся звуковой сигнал от встроенного звукоизлучателя.

В предлагаемом устройстве предусмотрена защита входа от накопленного на обкладках конденсатора высокого напряжения (это напряжение может достигать величины 300-400В). С этой целью на входе пробника установлены защитные стабилитроны.

Прибор имеет автономный источник питания (аккумулятор), который обеспечивает      работу узлов пробника. Аккумулятор можно подзаряжать от сетевого зарядного устройства.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке (можно увеличить, кликнув на ней):

Схема пробника состоит из следующих частей:

• Задающий генератор измерительной части пробника.
• Узел калибровки измерительной части пробника.
• Измерительный мост.
• Усилитель разбалансировки моста.
• Детектор-усилитель результата измерения.
• Программируемый микроконтроллер с элементами ввода/вывода пробника.
• Схема питания пробника

Задающий генератор построен по схеме асинхронного мультивибратора с применением операционного усилителя в роли компаратора.

C делителя напряжения (резисторы R1 и R2) снимается половина напряжения питания и подаётся на вход 3 ОУ. Таким образом, выходное напряжение ОУ U1A смещено на величину половины питающего напряжения и в результате этого выходной сигнал имеет размах напряжения от пика до пика, равное величине питающего напряжения.

Стабильность по постоянному току обеспечивается запуском мультивибратора при условии достаточной отрицательной обратной связи (ООС) через резистор R4.

Мультивибратор запустится тогда, когда величина положительной обратной связи (ПОС) через резистор R3 будет больше величины ООС через резистор R4.

Частота выходного сигнала (в данном случае – прямоугольные импульсы частотой 100 кГц  со скважностью 2) определяется  конденсатором C14 или резисторами R3 и R4 (резистор R3 определяет длительность положительного полупериода, а резистор R4 – длительность отрицательного полупериода выходного сигнала генератора).

Конденсатор C3 – разделительный.

Если на входе пробника (разъём P2) не будет никакого сопротивления, и резистор R9 ничем не будет зашунтирован, то измерительный мост на резисторах R6, R7, R8 и R9 будет сбалансирован. То есть, на входы 2 и 3 усилителя U2A будут поступать сигналы одинаковые по амплитуде и по фазе и на выходе этого усилителя будет нулевое напряжение. Если же на входе пробника будет какое-либо сопротивление и резистор R9 будет им зашунтирован, то измерительный мост будет разбалансирован. На входы усилителя будут поступать сигналы разной величины и, в итоге, на его выходе появится серия прямоугольных импульсов, равная по амплитуде разности сигналов на входах усилителя, умноженной на коэффициент  усиления этого усилителя.

Конденсаторы C7 и C8 – разделительные, резисторы R10 и R11 – задающие величину тока на входах 3 и 2 U2A.

Для того чтобы выходной сигнал с усилителя U2A был двуполярным, на вход 3 усилителя с делителя напряжения R12, R13 подаётся смещение, равное половине питающего напряжения. Тем самым создаётся искусственный ноль для выходного сигнала.

Выходной сигнал с усилителя через разделительный конденсатор C8 поступает на детектор (диоды D1и D2) и после сглаживающей цепочки C10, R16 поступает на неинвертирующий вход усилителя U2B.

После усиления (Кус определяется резисторами R18 и R17) выходной сигнал  постоянного напряжения поступает на аналоговый вход микроконтроллера (RA0).

Для защиты пробника от высоких напряжений на его входе установлены диоды Зенера (стабилитроны) ZD1 и ZD2, т. е. сигнал на входе пробника никогда не будет превышать величины  пробивного напряжения этих диодов (4.5 … 4.9 В).

Пробник может работать в двух режимах:

-  в режиме определения качества электролитического конденсатора,

-  в режиме определения степени заряда аккумулятора, питающего электронную схему пробника.

Первый режим запускается нажатием кнопки CAPACITOR, а второй – либо нажатием кнопки BATTTERY (когда пробник не подсоединён к зарядному устройству), либо подсоединением пробника к зарядному устройству.

При работе пробника в режиме CAPACITOR необходимо обеспечить питанием электронную схему (генератор, измерительный мост и усилитель). Но в то же время, с целью экономии потребляемого тока от аккумулятора, нужно подавать питание только во время проверки конденсатора. Поэтому программой предусмотрена подача  питающего напряжения на генератор и усилитель  лишь только при нажатии кнопки CAPACITOR.

Пока кнопка CAPACITOR не нажата, на базу транзистора-ключа Q1 с выхода RB6 микроконтроллера подаётся нулевой логический уровень, и транзистор Q1 закрыт. При нажатии кнопки CAPACITOR с выхода RB6 на базу Q1 поступает высокий логический уровень и узлы генератора и усилителя обеспечиваются питанием. При работе же пробника в режиме BATTTERY узлы генератора и усилителя вообще не участвуют в работе пробника. Поэтому в режиме BATTTERY компаратор C1 модуля компараторов микроконтроллера программно переключается со входа RA0 на вход RA3, т.е. на компараторе C1 выход модуля ИОНсравнивается не с выходным напряжением усилителя U2B, а с напряжением  с делителя R25, R26. При этом на базе транзистора Q2присутствует низкий уровень напряжения и в режиме BATTTERY на узлы генератора и усилителя питание не подаётся ни при нажатии кнопки BATTTERY, ни тогда, когда кнопка не нажата.

Подводя итог, можно сказать, что на узлы генератора и усилителя подаётся напряжение питания только при нажатии на кнопкуCAPACITOR, а в остальное время питающее напряжение подаётся только на микроконтроллер и при этом потребление тока от аккумулятора не превышает 2.5 … 3 мА.

Схема питания пробника состоит из разъёма J1, селектора на диодах D3 и D4, регулятора напряжения U4 и аккумулятора, соединённого со схемой питания через пару P1, J1 (последний на схеме не изображён).

Когда зарядное устройство к пробнику не подключено, ток от аккумулятора через разъём P1 и диод D3 поступает на регулятор напряжения U4. Одновременно с этим ток поступает через переходную точку 3 на делитель напряжения R25, R26, с которого снимается напряжение на вход RA3 микроконтроллера. Это напряжение сравнивается на компараторе C1 модуля компараторов микроконтроллера с поступающими от ИОН установленными значениями (в соответствии с программой). Напряжение +5В с регулятора U4 через переходную точку 2 подаётся как питающее на схему пробника. При подсоединении зарядного устройства к пробнику, ток от зарядного устройства через диоды D3 и D4 проходит на вход регулятора напряжения U4 и одновременно, после диода D4, ответвляется на заряд аккумулятора. Напряжение, присутствующее на аккумуляторе, через переходную точку 3 подаётся на делитель напряжения R25, R26.

Контактная пара для стереофонических наушников, которая используется для подсоединения зарядного устройства к пробнику, распаяна таким образом, что на переходную точку 1 подаётся потенциал общего провода питания, что равносильно нажатию кнопкиBATTTERY. Иначе говоря, при подсоединении зарядного устройства к пробнику, программа микроконтроллера работает в режимеBATTTERY и на пробнике присутствует индикация степени заряда аккумулятора.

Прибор определяет и индицирует следующие состояния проверяемого конденсатора:

• щупы пробника не подсоединены к проверяемому конденсатору или конденсатор имеет межэлектродный обрыв (FAULT - неисправность),
• конденсатор с электролитом плохого качества  (FAULTY - несовершенный),
• качество электролита конденсатора - между плохим и хорошим (FAULTY_FIT),
• конденсатор хорошего качества (FIT - годный),
• электроды проверяемого конденсатора замкнуты накоротко или имеется короткое замыкание в цепях, к которым он (конденсатор) подсоединён (SHORT - короткое замыкание).

Состояние конденсатора проверяется при нажатии кнопки CAPACITOR и индицируется тремя  светодиодами (синего, зелёного икрасного цвета) или их сочетанием, а также звуковым сигналом. Индикация состояния проверяемого конденсатора даётся в следующей таблице:

Величина заряда аккумулятора проверяется при нажатии кнопки BATTTERY или при подсоединении к пробнику зарядного устройства.

Состояние аккумулятора можно определить следующим образом:

• аккумулятор разряжен до состояния, когда его вряд ли можно зарядить снова (7.6 В). Кроме этого, из напряжения ниже этой величины невозможно организовать источник питания 5 В для питания схемы пробника (FLAT – разряжен).
• аккумулятор заряжен, но величина его заряда ниже нормы (в пределах 7.6 – 8.6В)  (CHARGE – заряжен)
• заряд аккумулятора в норме (в пределах 8.6 – 9В) (NORMAL - нормально).
• заряд аккумулятора выше нормы (более 9В) (FULL - заполненный).
• Аккумулятор явно вышел из строя и индикация показывает напряжение зарядного устройства, а не аккумулятора (TOO MUCH - чересчур).

Соответствие цвета и звука индикации состоянию аккумулятора даётся в таблице ниже:

Настройка пробника

Для начала настройки пробника прежде всего необходимо обеспечить питанием все узлы схемы прибора. Установите аккумулятор на своё место. Убедившись в том, что на выходе регулятора U4 (ножка 1) имеется напряжение +5В, вместо транзистора Q1поставьте перемычку между точками эммитера и коллектора этого транзистора.

На выходе ОУ  U1A должна появиться непрерывная серия прямоугольных импульсов частотой около 100 кГц и амплитудой от пика до пика 5В. При указанных на схеме номиналах резисторов R15, R18 и R17 и сопротивлении величиной 7 Ом на щупах пробника, необходимо добиться того, чтобы на контакте U2B/ 7 было постоянное напряжение величиной в 2.95В. Это достигается с помощью переменного резистора VR1. Если этого добиться не удаётся, то необходимо изменить величину резистора R5.

Уберите установленную ранее перемычку и установите транзистор Q1 на своё место. При нажатии кнопки CAPACITOR индикатор должен светиться перемежающимся красным и зелёным цветами. Если убрать сопротивление 7 Ом и нажать кнопку CAPACITOR,то индикатор должен светиться непрерывным синим цветом.

После этого можно перейти к проверке схемы индикации короткого замыкания. Замкните накоротко входные щупы пробника и убедитесь в том, что при нажатии кнопки CAPACITOR пищалка издаёт прерывистый звук частотой около 0.8 Гц.

Настройка индикации состояния аккумулятора производится следующим образом:   Уберите аккумулятор и подсоедините к разъёмуP1 внешний источник напряжения несколько больше 7.6В. Нажмите кнопку BATTTERY и медленно понижайте выходное напряжение внешнего источника. При  достижении напряжения величины 7.6В и ниже должен быть слышен звук пищалки и одновременно с ним - перемежающееся свечение красного и синего цвета частотой порядка 0.5 Гц.

Всё! Пробник настроен и готов к работе.

Внешний вид прибора показан на рисунке:

АРХИВ:Скачать