Электролитический конденсатор своими руками - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Электролитический конденсатор своими руками

Формовка электролитических конденсаторов и схема прибора

Вначале немного теории про формовку. Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы имеют тонкий слой диэлектрика – окиси на металле. То есть одной обкладкой является металл, на котором образован оксидный слой, а другой служит электролит или слой полупроводника. Оксидная пленка обладает односторонней проводимостью, именно поэтому при монтаже надо соблюдать полярность подключения электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов. Если этого не учитывать, оксидный слой теряет свои диэлектрические свойства и конденсатор выходит из строя.

Аналогично с конденсаторами, долго не используемыми. У них со временем оксидный слой как бы рассасывается, что служит причиной повышенного тока утечки и в конечном итоге может привести к повреждению. Если такому на первый взгляд неисправному конденсатору вовремя провести формовку, то оксидный слой у него восстановится.

Процесс формовки представляет собой обычный электролиз. После формовки параметры конденсатора восстанавливаются. В дальнейшем аппаратура периодически включается в сеть, и конденсаторы периодически подформовываются (тренируются), сохраняя тем самым свои свойства.

Другими словами, от долгого хранения у конденсаторов возникают повышенный ток утечки и потеря ёмкости. Простейший способ проверить наличие утечки конденсатора – это зарядить его пониженным постоянным напряжением и по истечении некоторого времени проверить на наличие или отсутствие заряда. Конденсатор, имеющий утечку, быстро саморазрядится, а качественный электролитический конденсатор будет держать заряд долго. Их необходимо отформовать и “разбудить” от долгого бездействия, тогда они будут хорошо работать. Формовка конденсаторов нужна обязательна, это касается в первую очередь емкостей от 2200 мкФ для низковольтных, и от 100 мкФ для высоковольтных конденсаторов.

Схема формовки электролитических конденсаторов

Определить необходимость в формовке конденсаторов просто: если ток утечки существенно повышен, или измеренная ёмкость значительно меньше обозначенного номинала, придётся делать прибор. Далее приведена схема устройства формовки электролитов с напряжением до 63 вольт. Трансформатор любой, с напряжением вторичной обмотки 40-50 вольт и током 100 мА, резистор R3 необходим для разрядки конденсатора, после завершения процесса формовки и отключения устройства от сети.

Формовку неполярных электролитов производят аналогично, но повторяют процесс для “обратного направления”, то есть меняют полярность подключения конденсатора. Если конденсатор имеет очень большую утечку, его сначала надо подключить, соблюдая полярность, к источнику постоянного тока (лучше регулируемому) с напряжением не более 50% от номинального напряжения конденсатора через токо-ограничивающий резистор. Величина резистора особо не критична и выбирается исходя из тока утечки конденсатора, для низковольтных 5-20 кОм, для высоковольтных 20-100 кОм.

Формовка конденсаторов при полном рабочем напряжении может длиться от нескольких часов до нескольких суток.

Через пару часов на конденсатор подаётся напряжение 80% от номинального. Если всё нормально и температурный режим конденсатора в норме, то через несколько часов подаётся полное рабочее напряжение. Температурный режим конденсатора постоянно контролируется и контролируется прирост напряжения на конденсаторе цифровым вольтметром (по мере уменьшения тока утечки, напряжение на конденсаторе будет расти). Прирост напряжения идёт на конденсаторе медленно и измеряется в доли вольта (поэтому желателен цифровой вольтметр). Надо дождаться, когда прирост напряжения остановится и потом выключить.

Прибор для автоматической формовки конденсаторов

Чтоб не собирать каждый раз источник питания на несколько сотен вольт и искать вольтметры, чтобы сформировать старый электролитический конденсатор, стоит использовать современные технологии для создания чего-то, что будет формовать конденсаторы само по себе, по принципу “включить и забыть”. Вот и было создано это устройство, которое одновременно формует два независимых конденсатора для напряжения до 500 В, с током формовки до 10 мА.

Устройство, показанное на рисунке, является прототипом, схема может быть доработана позже. Установлен на фото пока только один импульсный трансформатор. Импульсные трансформаторы являются заводскими, изначально предназначенными для работы с микросхемами серии TNY. Максимальное формующее напряжение и ток устанавливаются отдельно для каждого конденсатора.

В общем это очень необходимый инструмент для ремонтника и конструктора различных (особенно ламповых) электронных устройств. А после незначительных модификаций (введение ограничения тока и другого диапазона тока нагрузки) один из высоковольтных источников питания можно использовать в качестве тестера светодиодных подсветок для LCD телевизоров или стабилитронов.

Если измеренные значения напряжения или тока превышают установленное значение, выход отключается, при падении – включается снова. Это может не дать очень стабильное выходное напряжение, но этого достаточно для формования, алгоритм управления действительно прост.

Измеритель емкости электролитических конденсаторов с тестом на утечку

Одной из самых частых причин выхода радиоэлектронной аппаратуры из строя или ухудшения ее параметров является изменение свойств электролитических конденсаторов. Иногда при ремонте аппаратуры (особенно произведенной в бывшем СССР), изготовленной с применением некоторых типов электролитических конденсаторов (например, K50-. ), для восстановления работоспособности устройства прибегают к полной или частичной замене старых электролитических конденсаторов. Все это приходится делать из-за того, что свойства материалов, входящих в электролитический (именно электролитический, т.к. в составе используется электролит) конденсатор, под электрическим, атмосферным, тепловым воздействиями со временем изменяются. И таким образом важнейшие характеристики конденсаторов, такие как емкость и ток утечки – так же изменяются (конденсатор “высыхает” и емкость его увеличивается, часто даже более чем на 50% от первоначальной, а ток утечки возрастает, т.е. внутреннее сопротивление, шунтирующее конденсатор уменьшается), что естественно приводит к изменению характеристик, а в худшем случае и к полному отказу аппаратуры.

Вашему вниманию предлагается схема и пример конструкции измерителя емкости электролитических конденсаторов с тестом их на утечку. Сразу оговорюсь – оригинальная идея схемы не моя, а разработана [1], мною была исправлена одна ошибка, добавлена встроенная калибровка и тест на утечку конденсатора, разработан вариант конструкции и произведено изготовление с настройкой, испытаниями. Прекрасные результаты работы прибора заставили меня поделиться информацией с Вами.

Измеритель обладает следующими качественными и количественными характеристиками :

1) измерение емкости на 8 поддиапазонах :

  • 0 . 3 мкф;
  • 0 . 10 мкф;
  • 0 . 30 мкф;
  • 0 . 100 мкф;
  • 0 . 300 мкф;
  • 0 . 1000 мкф;
  • 0 . 3000 мкф;
  • 0 . 10000 мкф.

2) оценка тока утечки конденсатора по светодиодному индикатору;
3) возможность точного измерения при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды (встроенная калибровка измерителя);
4) напряжение питания 5-15 В ;
5) определение полярности электролитических (полярных) конденсаторов;
6) ток потребления в статическом режиме . не более 6 мА;
7) время измерения емкости . не более 1 с;
8) ток потребления во время измерения емкости с каждым поддиапазоном возрастает,
но . не более 150 мА на последнем поддиапазоне.

Суть прибора – измерение напряжения на выходе дифференцирующей цепи, рис.1.

Напряжение на резисторе: Ur = i*R ,
где i – общий ток через цепь, R – зарядное сопротивление ;

Т.к. цепь дифференцирующая, то ее ток : i = С*(dUc/dt) ,
где С – заряжаемая емкость цепи, но конденсатор будет линейно заряжаться через источник тока, т.е. стабилизированным током : i = С*const,
значит напряжение на сопротивлении (выходное для этой цепи): Ur = i*R = C*R*const – прямо пропорционально емкости заряжаемого конденсатора, а значит измеряя вольтметром напряжение на резисторе мы измеряем в некотором масштабе и исследуемую емкость конденсатора.

Схема представлена на рис. 2.
В исходном положении испытуемый конденсатор Сх (или калибровочный С1 при включенном тумблере SA2) разряжен через R1. Измерительный конденсатор, на котором (не на испытуемом непосредственно) измеряется напряжение, пропорциональное емкости испытуемого Сх, разряжен через контакты SA1.2. При нажатии кнопки SA1 испытуемый Сх (С1) заряжается через соответствующие поддиапазону (галетный переключатель SA3) резисторы R2 . R11. При этом зарядный ток Сх (С1) проходит через светодиод VD1, чья яркость свечения позволяет судить о токе утечки (сопротивлении, шунтирующем конденсатор) в конце заряда конденсатора. Одновременно с Сх (С1) через источник стабилизированного тока VT1,VT2,R14,R15 заряжается и измерительный (заведомо исправный и с малым током утечки) конденсатор С2. VD2, VD3 используются для предотвращения разряда измерительного конденсатора через источник напряжения питания и стабилизатор тока соответственно. После заряда Сх (С1) до уровня, определяемого R12, R13 (в данном случае до уровня примерно половины напряжения источника питания), компаратор DA1 отключает источник тока, синхронный с Сх (С1) заряд С2 прекращается и напряжение с него, пропорциональное емкости испытуемого Сх (С1) индицируется микроамперметром PA1 (две шкалы со значениями кратными 3 и 10, хотя можно настроить на любую шкалу) через повторитель напряжения DA2 с высоким входным сопротивлением, что также обеспечивает долгое сохранение заряда на С2.

Настройка

При настройке положение калибровочного переменного резистора R17 фиксируется в каким-либо положении (например, в среднем). Подключая эталонные конденсаторы с точно известными значениями емкости в соответствующем диапазоне, резисторами R2, R4, R6-R11 производится калибровка измерителя – подбирается такой ток заряда, чтобы эталонные значения емкостей соответствовали определенным значениям на выбранной шкале.

В моей схеме точные значения зарядных сопротивлений при напряжении питания 9 В составили:

После калибровки один из эталонных конденсаторов становится калибровочным С1. Теперь при изменении напряжения питания (изменения температуры окружающей среды, например при сильном охлаждении готового отлаженного прибора на морозе показания емкости у меня получались заниженными процентов на 5) или просто для контроля точности измерений достаточно подключить С1 тумблером SA2 и, нажав SA1, калибровочным резистором R17 произвести подстройку PA1 на выбранное значение емкости С1.

Конструкция

Перед началом изготовления прибора необходимо выбрать микроамперметр с подходящей шкалой(-ами), габаритами и током максимального отклонения стрелки, но ток может быть любым (порядка десятков, сотен микроампер) благодаря возможности настройки и калибровки прибора. Я применил микроамперметр ЭА0630 с Iном = 150 мкА, классом точности 1.5 и двумя шкалами 0 . 10 и 0 . 30.

Плата была разработана с учетом того, что она будет крепиться непосредственно на микроамперметре при помощи гаек на его выводах, рис.3. Такое решение обеспечивает и механическую, и электрическую целостность конструкции. Прибор размещается в подходящий по габаритам корпус, достаточный для размещения также (кроме микроамперметра и платы):

– SA1 – кнопка КМ2-1 из двух малогабаритных переключателей;
– SA2 – малогабаритный тумблер МТ-1;
– SA3 – малогабаритный галетный переключатель на 12 положений ПГ2-5-12П1НВ;
– R17 – СП3-9а – VD1 – любой, я применил какой-то из серии КИПх-хх, красного цвета свечения;
– 9-ти вольтовая батарея «Корунд» с габаритами 26.5 х 17.5 х 48.5 мм (без учета длины контактов).

Читайте также:  Бугельный подъемник своими руками

SA1, SA2, SA3, R17, VD1 закрепляются на верхней крышке (панели) прибора и располагаются над платой (батарея укрепляется при помощи проволочного каркаса прямо на плате), но соединяются с платой проводами, а все остальные радиоэлементы схемы располагаются на плате (и под микроамперметром непосредственно тоже) и соединяются печатным монтажом. Отдельного выключателя питания я не предусматривал (да и в выбранный корпус он бы уже не поместился), совместив его с проводами для подключения испытуемого конденсатора Сх в разъеме типа СГ5. «Мама» XS1 разъема имеет пластмассовый корпус для установки на печатную плату (она устанавливается в углу платы), а «папа» XP1 подключается через отверстие в торце корпуса прибора. При подключение разъема «папа» своими контактами 2-3 включает питание прибора. К проводам Сх параллельно неплохо приладить разъем (колодку) какой-либо конструкции для подключения отдельных отпаянных конденсаторов.

Работа с прибором

При работе с прибором нужно быть внимательным с полярностью подключения электролитических (полярных) конденсаторов. При любой полярности подключения индикатор показывает одно и то же значение емкости конденсатора, но при неправильной полярности подключения, т.е. «+» конденсатора к «-» прибора, светодиод VD1 индицирует большой ток утечки (после заряда конденсатора светодиод продолжает ярко гореть), тогда как при правильной полярности подключения светодиод вспыхивает и постепенно гаснет, демонстрируя уменьшение зарядного тока до очень малой величины, практически до полного потухания (следует наблюдать 5-7 секунд), при условии, что испытуемый конденсатор обладает малым током утечки. Неполярные неэлектролитические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, что и видно по очень быстрому и полному гашению светодиода. А если же ток утечки велик (сопротивление, шунтирующее конденсатор мало), т.е. конденсатор старый и «течет», то свечение светодиода видно уже при Rутечки = 100 кОм, а при меньших шунтирующих сопротивлениях светодиод горит еще ярче.
Таким образом можно по свечению светодиода определять полярность электролитических конденсаторов: при том подключении, когда ток утечки меньше (светодиод менее ярок) – полярность конденсатора соответствует полярности прибора.

Для большей точности показаний любое измерение следует повторять не менее 2-х раз, т.к. в первый раз часть тока заряда идет на создание оксидного слоя конденсатора, т.е. показания емкости чуть-чуть занижены.

Как сделать ионистр своими руками

Требования снизить размеры радиодеталей при увеличении их технических характеристиках послужило причиной появления большого количества приборов, которые сегодня используются повсеместно. Это в полной мере коснулось и конденсаторов. Так называемые ионистры или суперконденсаторы являются элементами с большой емкостью (разброс данного показателя достаточно широк от 0,01 до 30 фарад) с напряжением зарядки от 3 до 30 вольт. При этом их размеры очень малы. А так как предмет нашего разговора – это ионистр своими руками, то необходимо в первую очередь разобраться с самим элементом, то есть, что он собой представляет.

Конструктивные особенности ионистра

По сути, это обычный конденсатор с большой емкостью. Но у ионистров большое сопротивление, потому что в основе элемента лежит электролит. Это первое. Второе – это небольшое напряжение зарядки. Все дело в том, что в этом суперконденсаторе обкладки располагаются очень близко друг к другу. Именно это и является причиной сниженного напряжения, но именно по этой причине и увеличивается емкость конденсатора.

Заводские ионистры изготавливаются из разных материалов. Обкладки обычно делаются из фольги, которые разграничивает сухое вещество сепарирующего действия. К примеру, активированный уголь (для больших обкладок), оксиды металлов, полимерные вещества, у которых высокая электрическая проводимость.

Собираем ионистр своими руками

Сборка ионистра своими руками – дело не самое простое, но в домашних условиях его сделать все же можно. Есть несколько конструкций, где присутствуют разные материалы. Предлагаем одну из них. Для этого вам понадобится:

  • металлическая баночка от кофе (50 г);
  • активированный уголь, который продается в аптеках, его можно заменить истолченными угольными электродами;
  • два круга из медной пластины;
  • вата.

В первую очередь необходимо приготовить электролит. Для этого сначала надо истолочь активированный уголь в порошок. Затем сделать солевой раствор, для чего в 100 г воды надо добавить 25 г соли, и все это хорошо перемешать. Далее, в раствор постепенно добавляется порошок активированного угля. Его количество определяет консистенция электролита, она должна быть плотностью, как замазка.

Остается только сами электроды подключить к выводам. Все, ионистр, изготовленный своими руками, да еще в домашних условиях, готов. У такой конструкции не очень большая емкость – не выше 0,3 фарад, да и напряжение зарядки всего лишь один вольт, но это самый настоящий ионистр.

Заключение по теме

Что можно еще в дополнении сказать об этом элементе. Если его сравнивать, к примеру, с аккумулятором никель-металлгидридного типа, то ионистр спокойно может держать запас электроэнергии до 10% от аккумуляторной мощности. К тому же спад напряжения у него происходит линейно, а не скачкообразно. Но уровень зарядки элемента зависит от технологического его назначения.

Как измерить емкость конденсатора своими руками

Конденсатор — элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком. Предназначен для использования его электрической ёмкости. Конденсатор, ёмкостью С, к которому приложено напряжение U, накапливает заряд Q на одной стороне и — Q — на другой. Ёмкость здесь в фарадах, напряжение — вольтах, заряд — кулоны. Когда ток силой 1 А протекает через конденсатор ёмкостью 1 Ф напряжение изменяется на 1 В за 1 с.

Одна фарада ёмкость огромная, поэтому обычно применяются микрофарады (мкФ) или пикофарады (пФ). 1Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ. На практике используются значения от нескольких пикофарад до десятков тысяч микрофарад. Зарядный ток конденсатора отличается от тока через резистор. Он зависит не от величины напряжения, а от скорости изменения последнего. По этой причине для измерения ёмкости требуются специальные схемные решения, применительно к особенностям конденсатора.

Обозначения на конденсаторах

Проще всего определить значение ёмкости по маркировке, нанесённой на корпус конденсатора.

Электролитический (оксидный) полярный конденсатор, ёмкостью 22000 мкФ, рассчитанный на номинальное напряжение 50 В постоянного тока. Встречается обозначение WV — рабочее напряжение. В маркировке неполярного конденсатора обязательно указывается возможность работы в цепях переменного тока высокого напряжения (220 VAC).

Плёночный конденсатор ёмкостью 330000 пФ (0.33 мкФ). Значение в этом случае, определяется последней цифрой трёхзначного числа, обозначающей количество нолей. Далее буквой указана допустимая погрешность, здесь — 5 %. Третьей цифрой может быть 8 или 9. Тогда первые две умножаются на 0.01 или 0.1 соответственно.

Ёмкости до 100 пФ маркируются, за редкими исключениями, соответствующим числом. Этого достаточно для получения данных об изделии, так маркируется подавляющее число конденсаторов. Производитель может придумать свои, уникальные обозначения, расшифровать которые не всегда удаётся. Особенно это относится к цветовому коду отечественной продукции. По стёртой маркировке узнать ёмкость невозможно, в такой ситуации не обойтись без измерений.

Вычисления с помощью формул электротехники

Простейшая RC — цепь состоит из параллельно включённых резистора и конденсатора.

Выполнив математические преобразования (здесь не приводятся), определяются свойства цепи, из которых следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на графике.

Произведение RC называют постоянной времени цепи. При значениях R в омах, а C — в фарадах, произведение RC соответствует секундам. Для ёмкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм, постоянная времени — 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключении резистора ток в цепи будет 1 мА. При зарядке напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике применяется следующее правило: за время 5 RC, конденсатор зарядится или разрядится на 99%. При других значениях напряжение будет изменяться по экспоненциальному закону. При 2.2 RC это будет 90 %, при 3 RC — 95 %. Этих сведений достаточно для расчёта ёмкости с помощью простейших приспособлений.

Схема измерения

Для определения ёмкости неизвестного конденсатора следует включить его в цепь из резистора и источника питания. Входное напряжение выбирается несколько меньшим номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно — достаточно будет 10–12 вольт. Ещё необходим секундомер. Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника питания на параметры цепи, на входе надо установить выключатель.

Сопротивление подбирается экспериментально, больше для удобства отсчёта времени, в большинстве случаев в пределах пяти — десяти килоом. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения питания — при зарядке и выключении, если контролируется разряд. Имея известные величины сопротивления и времени, по формуле t = RC вычисляется ёмкость.

Удобнее отсчитывать время разрядки конденсатора и отмечать значения в 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчёт ведётся по формулам 2.2t = 2.2RC и 3t = 3RC. Таким способом можно узнать ёмкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерений времени, напряжения и сопротивления. Применение его для керамических и других малой ёмкости, с использованием трансформатора 50 Hz, вычислением емкостного сопротивления — даёт непрогнозируемую погрешность.

Измерительные приборы

Самым доступным методом замера ёмкости является широко распространённый мультиметр с такой возможностью.

В большинстве случаев, подобные устройства имеют верхний предел измерений в десятки микрофарад, что достаточно для стандартных применений. Погрешность показаний не превышает 1% и пропорциональна ёмкости. Для проверки достаточно вставить выводы конденсатора в предназначенные гнёзда и прочитать показания, весь процесс занимает минимум времени. Такая функция присутствует не у всех моделей мультиметров, но встречается часто с разными пределами измерений и способами подключения конденсатора. Для определения более подробных характеристик конденсатора (тангенса угла потерь и прочих), используются другие устройства, сконструированные для конкретной задачи, не редко являются стационарными приборами.

Читайте также:  Гибка тонколистового металла

В схеме измерения, в основном, реализован мостовой метод. Применяются ограничено в специальных профессиональных областях и широкого распространения не имеют.

Самодельный С — метр

Не принимая во внимание разные экзотические решения, такие как баллистический гальванометр и мостовые схемы с магазином сопротивлений, изготовить простой прибор или приставку к мультиметру по силам и начинающему радиолюбителю. Широко распространённая микросхема серии 555 вполне подходит для этих целей. Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае используется как генератор.

Частота прямоугольных импульсов задаётся выбором резисторов R1–R8 и конденсаторов С1, С2 переключателем SA1 и равняется: 25 kHz, 2.5 kHz, 250 Hz, 25Hz — соответственно положениям переключателя 1, 2, 3 и 4–8. Конденсатор Сх заряжается с частотой следования импульсов через диод VD1, до фиксированного напряжения. Разряд происходит во время паузы через сопротивления R10, R12–R15. В это время образуется импульс длительностью, зависимой от емкости Сх (больше ёмкость — длиннее импульс). После прохождения интегрирующей цепи R11 C3 на выходе появляется напряжение, соответствующее длине импульса и пропорциональное величине ёмкости Сх. Сюда и подключается (Х 1) мультиметр для измерения напряжения на пределе 200 mV. Положения переключателя SA1 (начиная с первого) соответствуют пределам: 20 пФ, 200 пФ, 2 нФ, 20 нФ, 0.2 мкФ, 2 мкФ, 20 мкФ, 200 мкФ.

Наладку конструкции необходимо делать с прибором, который будет применяться в дальнейшем. Конденсаторы для наладки надо подобрать с ёмкостью, равной поддиапазонам измерений и как можно точнее, от этого будет зависеть погрешность. Отобранные конденсаторы поочерёдно подключаются к Х1. В первую очередь настраиваются поддиапазоны 20 пФ–20 нФ, для этого соответствующими подстроечными резисторами R1, R3, R5, R7 добиваются соответствующих показаний мультиметра, возможно придётся несколько изменить номиналы последовательно включённых сопротивлений. На других поддиапазонах (0.2 мкФ–200 мкФ) калибровка проводится резисторами R12–R15.

Провода, соединяющие резисторы с переключателем должны быть как можно короче, а если позволяет конструкция — размещены на его выводах. Переменные желательно использовать многооборотные, лучше вообще — постоянные, но это не всегда возможно. Тщательнейшим образом необходимо отмыть печатную плату от флюса и другой грязи, иначе паразитные ёмкости и сопротивления между проводниками могут привести к полной неработоспособности изделия.

При выборе источника питания следует учитывать, что амплитуда импульсов напрямую зависит от его стабильности. Интегральные стабилизаторы серии 78хх вполне здесь применимы Схема потребляет ток не более 20–30 миллиампер и конденсатора фильтра ёмкостью 47–100 микрофарад будет достаточно. Погрешность измерений, при соблюдении всех условий, может составить около 5 %, на первом и последнем поддиапазонах, по причине влияния ёмкости самой конструкции и выходного сопротивления таймера, возрастает до 20 %. Это надо учитывать при работе на крайних пределах.

Конструкция и детали

R1, R5 6,8k R12 12k R10 100k C1 47nF

R2, R6 51k R13 1,2k R11 100k C2 470pF

R3, R7 68k R14 120 C3 0,47mkF

R4, R8 510k R15 13

Диод VD1 — любой маломощный импульсный, конденсаторы плёночные, с малым током утечки. Микросхема — любая из серии 555 (LM555, NE555 и другие), русский аналог — КР1006ВИ1. Измерителем может быть практически любой вольтметр с высоким входным сопротивлением, под который проведена калибровка. Источник питания должен иметь на выходе 5–15 вольт при токе 0.1 А. Подойдут стабилизаторы с фиксированным напряжением: 7805, 7809, 7812, 78Lxx.

Вариант печатной платы и расположение компонентов

Видео по теме

Cамодельный ионистор – суперконденсатор делаем своими руками.

Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке – суперконденсаторты.

Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.

Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера.

Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.

Энергии обычного конденсатора достаточно, чтобы он мог подпрыгнуть примерно на метр-полтора. Крохотный ионистор типа 58-9В, имеющий массу 0,5 г, заряженный напряжением 1 В, мог бы подпрыгнуть на высоту 293 м!

Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор — 86 400 Дж — в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.

Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1-2 л на 100 км.

Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.

Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов — ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.

По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.

На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался… обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них — десяти фарад!

Самодельный ионистор На рисунке 1 изображена конструкция ионистора. Он состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом.

При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой — с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.

Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)

В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.

Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.

При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.

Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)

Подробности для любознательных

При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)

Читайте также:  Геометрия сверла по металлу

Энергоемкость газового аккумулятора достигает 36 000 Дж/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, но в 2,5 раза меньше, чем у обычного свинцового аккумулятора. Однако газовый аккумулятор — это не просто аккумулятор, а очень своеобразный топливный элемент. При его зарядке на электродах выделяются газы — кислород и водород. Они «оседают» на поверхности активированного угля. При появлении же тока нагрузки происходит их соединение с образованием воды и электрического тока. Процесс этот, правда, без катализатора идет очень медленно. А катализатором, как выяснилось, может быть только платина… Поэтому, в отличие от ионистора, газовый аккумулятор большие токи давать не может.

Тем не менее, московский изобретатель А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) успешно применил для запуска мотора грузовика газовый аккумулятор. Его солидный вес — почти втрое больше обычного — в этом случае оказался терпим. Зато низкая стоимость и отсутствие таких вредных материалов, как кислота и свинец, казалось крайне привлекательным.

Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4-6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?

И все же «большая техника» про газовые аккумуляторы не забыла. Мощные, легкие и надежные, они стоят на некоторых спутниках. Процесс в них идет под давлением около 100 атм, а в качестве поглотителя газов применяется губчатый никель, который при таких условиях работает как катализатор. Все устройство размещено в сверхлегком баллоне из углепластика. Получились аккумуляторы с энергоемкостью почти в 4 раза выше, чем у аккумуляторов свинцовых. Электромобиль мог бы на них пройти около 600 км. Но, к сожалению, пока они очень дороги.

Замена конденсаторов

В элементной базе компьютера (и не только) есть одно узкое место – электролитические конденсаторы. Они содержат электролит, электролит – это жидкость. Поэтому нагрев такого конденсатора приводит к выходу его из строя, так как электролит испаряется. А нагрев в системном блоке – дело регулярное.

Поэтому замена конденсаторов – это вопрос времени. Больше половины отказов материнских плат средней и нижней ценовой категории происходит по вине высохших или вздувшихся конденсаторов. Еще чаще по этой причине ломаются компьютерные блоки питания.

Поскольку печать на современных платах очень плотная, производить замену конденсаторов нужно очень аккуратно. Можно повредить и при этом не заметить мелкий бескорпусой элемент или разорвать (замкнуть) дорожки, толщина и расстояние между которыми чуть больше толщины человеческого волоса. Исправить подобное потом достаточно сложно. Так что будьте внимательны.

Итак, для замены конденсаторов понадобится паяльник с тонким жалом мощностью 25-30Вт, кусок толстой гитарной струны или толстая игла, паяльный флюс или канифоль.

В том случае, если вы перепутаете полярность при замене электролитического конденсатора или установите конденсатор с низким номиналом по вольтажу, он вполне может взорваться. А вот как это выглядит:

Так что внимательнее подбирайте деталь для замены и правильно устанавливайте. На электролитических конденсаторах всегда отмечен минусовой контакт (обычно вертикальной полосой цвета, отличного от цвета корпуса). На печатной плате отверстие под минусовой контакт отмечено тоже (обычно черной штриховкой или сплошным белым цветом). Номиналы написаны на корпусе конденсатора. Их несколько: вольтаж, ёмкость, допуски и температура.

Первые два есть всегда, остальные могут и отсутствовать. Вольтаж: 16V (16 вольт). Ёмкость: 220µF (220 микрофарад). Вот эти номиналы очень важны при замене. Вольтаж можно выбирать равный или с большим номиналом. А вот ёмкость влияет на время зарядки/разрядки конденсатора и в ряде случаев может иметь важное значение для участка цепи.

Поэтому ёмкость следует подбирать равную той, что указана на корпусе. Слева на фото ниже зелёный вздувшийся (или потёкший ) конденсатор. Вообще с этими зелёными конденсаторами постоянные проблемы. Самые частые кандидаты на замену. Справа исправный конденсатор, который будем впаивать.

Выпаивается конденсатор следующим образом: сначала находите ножки конденсатора с обратной стороны платы (для меня это самый трудный момент). Затем нагреваете одну из ножек и слегка давите на корпус конденсатора со стороны нагреваемой ножки. Когда припой расплавляется, конденсатор наклоняется. Проводите аналогичную процедуру со второй ножкой. Обычно конденсатор вынимается в два приема.

Спешить не нужно, сильно давить тоже. Мат.плата – это не двухсторонний текстолит, а многослойный (представьте вафлю). Из-за чрезмерного усердия можно повредить контакты внутренних слоев печатной платы. Так что без фанатизма. Кстати, долговременный нагрев тоже может повредить плату, например, привести к отслоению или отрыву контактной площадки. Поэтому сильно давить паяльником тоже не нужно. Паяльник прислоняем, на конденсатор слегка надавливаем.

После извлечения испорченного конденсатора необходимо сделать отверстия, чтобы новый конденсатор вставлялся свободно или с небольшим усилием. Я для этих целей использую гитарную струну той же толщины, что и ножки выпаиваемой детали. Для этих целей подойдет и швейная игла, однако иглы сейчас делают из обычного железа, а струны из стали. Есть вероятность того, что игла схватится припоем и сломается при попытке ее вытащить. А струна достаточно гибкая и схватывается сталь с припоем значительно хуже, чем железо.

При демонтаже конденсаторов припой чаще всего забивает отверстия в плате. Попробовав впаять конденсатор тем же способом, которым я советовал его выпаивать, можно повредить контактную площадку и дорожку, ведущую к ней. Не конец света, но очень нежелательное происшествие. Поэтому если отверстия не забил припой, их нужно просто расширить. А если все же забил, то нужно плотно прижать конец струны или иглы к отверстию, а с другой стороны платы прислонить к этому отверстию паяльник. Если подобный вариант неудобен, то жало паяльника нужно прислонять к струне практически у основания. Когда припой расплавится, струна войдёт в отверстие. В этот момент надо ее вращать, чтобы она не схватилась припоем.

После получения и расширения отверстия нужно снять с его краев излишки припоя, если таковые имеются, иначе во время припаивания конденсатора может образоваться оловянная шапка , которая может припаять соседние дорожки в тех местах, где печать плотная. Обратите внимание на фото ниже – насколько близко к отверстиям располагаются дорожки. Припаять такую очень легко, а заметить сложно, поскольку обзору мешает установленный конденсатор. Поэтому лишний припой очень желательно убирать.

Если у вас нет под боком радио-рынка, то скорее всего конденсатор для замены найдется только б/у. Перед монтажом следует обработать его ножки, если требуется. Желательно снять весь припой с ножек. Я обычно мажу ножки флюсом и чистым жалом паяльника облуживаю, припой собирается на жало паяльника. Потом скоблю ножки конденсатора канцелярским ножом (на всякий случай).

Вот, собственно, и все. Вставляем конденсатор, смазываем ножки флюсом и припаиваем. Кстати, если используется сосновая канифоль, лучше истолочь ее в порошок и нанести его на место монтажа, чем макать паяльник в кусок канифоли. Тогда получится аккуратно.

Замена конденсатора без выпаивания с платы

Условия ремонта бывают разные и менять конденсатор на многослойной (мат. плата ПК, например) печатной плате – это не то же самое что поменять конденсатор в блоке питания (однослойная односторонняя печатная плата). Надо быть предельно аккуратным и осторожным. К сожалению, не все родились с паяльником в руках, а отремонтировать (или попытаться отремонтировать) что-то бывает очень нужно.

Как я уже писал в первой половине статьи, чаще всего причиной поломок являются конденсаторы. Поэтому замена конденсаторов наиболее частый вид ремонта, по крайней мере в моём случае. В специализированных мастерских есть для этих целей специальное оборудование. Если оного нет, приходится пользоваться оборудованием обычным (флюс, припой и паяльник). В этом случае очень помогает опыт.

А если опыта нет, то попытка ремонта вполне может закончится плачевно. Как раз для таких случаев спешу поделиться способом замены конденсаторов без выпаивания из печатной платы. Способ внешне довольно не аккуратный и в некоторой степени более опасный, чем предыдущий, но для личного пользования сгодится.

Главным преимуществом данного метода является то, что контактные площадки платы придётся в значительно меньшей степени подвергать нагреву. Как минимум в два раза. Печать на дешёвых мат.платах достаточно часто отслаивается от нагрева. Дорожки отрываются, а исправить такое потом достаточно проблематично.

Минус данного способа в том, что на плату всё-таки придётся надавить, что тоже может привести к негативным последствиям. Хотя из моей личной практики давить сильно ни разу не приходилось. При этом есть все шансы припаяться к ножкам, оставшимся после механического удаления конденсатора.

Итак, замена конденсатора начинается с удаления испорченной детали с мат.платы.

На конденсатор нужно поставить палец и с лёгким нажатием попробовать покачать его вверх-вниз и влево-вправо. Если конденсатор качается влево-вправо, значит ножки расположены по вертикальной оси (как на фото), в обратном случае по горизонтальной. Также можно определить положение ножек по минусовому маркеру (полоса на корпусе конденсатора, обозначающая минусовой контакт).

Дальше следует надавить на конденсатор по оси расположения его ножек, но не резко, а плавно, медленно увеличивая нагрузку. В результате ножка отделяется от корпуса, далее повторяем процедуру для второй ножки (давим с противоположной стороны).

Иногда ножка из-за плохого припоя вытаскивается вместе с конденсатором. В этом случае можно слегка расширить получившееся отверстие (я делаю это куском гитарной струны) и вставить туда кусок медной проволоки, желательно одинаковой с ножкой толщины.

Половина дела сделана, теперь переходим непосредственно к замене конденсатора. Стоит отметить, что припой плохо пристаёт к той части ножки, которая находилась внутри корпуса конденсатора и её лучше откусить кусачками, оставив небольшую часть. Затем ножки конденсатора, приготовленного для замены и ножки старого конденсатора обрабатываются припоем и припаиваются. Удобнее всего паять конденсатор, приложив его к к плате под углом в 45 градусов. Потом его легко можно поставить по стойке смирно.

Вид в результате, конечно неэстетичный, но зато работает и данный способ намного проще и безопаснее предыдущего с точки зрения нагрева платы паяльником. Удачного ремонта!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector