Tester condensatori : Capacità e perdite
Prova condensatori
Questo strumento è stato concepito per effettuare un test esaustivo dei condensatori di capacità da 5pF a 1,5uF, in occasione di restauri di apparati elettronici.
Se si vuole effettuare un restauro conservativo, è importante limitare al minimo le sostituzioni dei componenti per mantenere l' originalità.
I condensatori elettrolitici sono sicuramente i componenti meno longevi, al secondo posto abbiamo i condensatori a carta e similari non polarizzati.
In questo progetto ci occuperemo dei secondi.
Il problema più frequente è la perdita dell' isolamento nel dielettrico: una corrente continua, più o meno piccola, passa attraverso di essi provocando squilibri nelle polarizzazioni o assorbimenti anomali nei circuiti che li ospitano.
Queste correnti di dispersione non sempre sono così deleterie, molto spesso sono tollerabili e, nel restauro conservativo, si può evitare di sostituire i condensatori.
Se proprio diventasse necessario, è preferibile utilizzare un condensatore coevo, magari dello stesso produttore, recuperato da altri apparati o NOS.
Anche questi però non è detto che siano in buono stato: l'umidità potrebbe aver danneggiato il dielettrico anche se non sono mai stati sottoposti a stress elettrici.
Per essere sicuri che i condensatori in oggetto siano utilizzabili è necessario effettuare un test di capacità ed un test della corrente di perdita alla tensione di funzionamento.
Questo strumento le integra entrambe.
Il primo test deve controllare se c'è stata una variazione di capacità. Questa può essere diminuita o aumentata. Normalmente diminuisce nei condensatori di piccola capacità, dove le armature si sono danneggiate per scariche o ossidazione (es.: condensatori a mica argentata). Dato che questi condensatori sono montati prevalentemente in stadi RF/MF, questa è' una condizione che porta al mancato funzionamento dell' apparato. La capacità, invece, incrementa nei condensatori di capacità maggiore, normalmente con dielettrico a carta.
Se la capacità è aumentata di molto, è segnale che il condensatore è molto deteriorato, se invece è ancora sotto determinati livelli, diciamo il 50%, probabilmente potrà ancora essere usato nella maggior parte dei casi, oppure destinato a funzioni circuitali meno critiche.
Spesso l'aumento di capacità è accompagnato dall' aumento della corrente di dispersione nel dielettrico.
Il primo prototipo del capacimetro:
Il secondo test, invece, deve proprio misurare che il dielettrico blocchi le correnti continue. Il condensatore in prova viene polarizzato con una tensione prestabilita e viene misurata la corrente a regime. La tensione è impostabile tra 0 e 360V. La corrente è limitata a pochi mA per motivi di sicurezza.
Questo è il circuito:
La sezione capacimetro consta di un generatore di onda quadra commutabile su diverse frequenze, più è basso il range di capacità da misurare più è alta la frequenza generata e applicata al condensatore. All' uscita del condensatore si ottiene un segnale di ampiezza proporzionale alla capacità del condensatore in test. Il segnale viene raddrizzato integrato e filtrato e alla fine si ricava una tensione perfettamente proporzionale alla capacità.
Il pregio di questa circuitazione è quello, per quanto appena detto, una scala lineare di misura, facile da disegnare e da leggere.
Questa è la scala che ho disegnato per uno strumento Gossen di recupero da 100uA:
Se al posto dello strumento analogico si collega un qualsiasi tester, una volta calibrato il trimmer da 22kOhm, si potrà leggere il valore di capacità direttamente sulla scala della tensione o della corrente.
Per la presenza dell' integratore i movimenti dello strumento sono un po' lenti, per fare una misura precisa verso il fondo scala servono circa 5 secondi.
Solo sulla portata massima (1,5 uF) si noterà un leggero movimento dell' ago dello strumento. La lettura esatta è sul valore medio. Se la lancetta si muove tra 120nF e 130nF la misura effettiva è 125nF.
Se il condensatore è aperto o in corto lo strumento non segna nulla.
La sezione per la misurazione della corrente di perdita, comprende un secondo generatore d'onda quadra a frequenza fissa, dell' ordine della decina di kilohertz. Tramite un potenziometro che ne regola l'ampiezza, il segnale giunge al transistor che aumenta la corrente al primario del trasformatore elevatore.
Il trasformatore è ottenuto avvolgendo 10 spire di filo sul primario e 160 spire di filo da 0,3mm per il secondario , sui due seminuclei di una ferrite antidisturbo per cavi per computer (alimentazione, usb...). Una volta avvolte le spire si passa uno strato di nastro adesivo e si chiude il guscio plastico per serrare i seminuclei.
E' un sistema molto rapido che facilita molto l'avvolgimento di queto piccolo trasformatore.
Al secondario si ottiene una tensione alternata funzione del segnale regolato dal potenziometro in ingresso al transistor.
La tensione alternata è raddrizzata e duplicata da due diodi veloci, adatti all' alta frequenza in gioco e filtrata dai condensatori da 0,1uF - 1000V.
Questa tensione arriva anche a 500-600V, è meglio limitarsi a 350V circa. La massima tensione può essere impostata tramite la regolazione della frequenza dell' oscillatore, con il trimmer da 47kOhm inserito nell'anello di retroazione dell' operazionale oscillatore.
Qui si vede il prototipo assemblato su una basetta per esperimenti:
Si nota il trasformatore chiuso e bloccato con un po' di nastro.
La tensione ottenuta è quindi applicata al positivo del condensatore. Il negativo di questo si richiude verso massa attraverso una resistenza da 10kOhm,
La misura della c.d.t. su questa resistenza, fornisce il valore della corrente di perdita. Per la lettura della corrente ho preferito utilizzare una barra di 16 led (gialli).
Questo è un espediente per evitare di danneggiare uno strumento a bobina mobile. Nella fase di carica del condensatore si va spesso a fondo scala ed oltre.
Lo stesso succede se il condensatore è in forte perdita o in corto. Altro vantaggio è la possibilità di creare una scala semi-logaritmica, lavorando sul "ginocchio" di due diodi al silicio. Il secondo led si accende a 5uA, il sedicesimo a 1mA.
Per la lettura della tensione , tramite un partitore ed un buffer ad alta impedenza d' ingresso, ugualmente il display è realizzato da una seconda barra di led (rossi). Questa volta non è strettamente necessario, l' ho fatto perché avevo da recuperare un secondo driver led UAA170 (riciclo di vecchi kit di N.E. assemblati in gioventù).
Chi non riuscisse a reperire l'UAA170 può usare i più moderni driver 10 led LM3915 (log.) per la corrente e LM3914 (lin.) per la tensione, più economici ma a 10 led.
In tutti i casi, nulla impedisce di utilizzare degli strumenti ad indice anche al posto delle basse led, l'interfaccia al circuito di misura è intuitiva.
Per le correnti ribadisco che sarà necessario aggiungere un dispositivo di protezione.
Sotto c'è l'immagine del frontale dello strumento che riporta i valori corrispondenti all'accensione dei singoli led che ho ottenuto dopo la taratura.
Quando due led contigui si accendono insieme, il valore misurato corrisponde all'intermedio.
Ho aggiunto sulle scale i riferimenti per avere un' indicazione della resistenza d' isolamento a 200V.
Da questo si ricavano delle indicazioni per la sostituzione (o meno) o per il controllo di un vecchio condensatore che si vorrebbe utilizzare.
Di seguito la procedura per l'utilizzo:
1) Accendere lo strumento mettere il potenziometro della tensione a zero ed il commutatore della modalità di misura su capacimetro.
2) Predisporre il cambio range della capacità sul fondo scala necessario.
3) Collegare il condensatore ai morsetti o ai coccodrilli connessi ai morsetti.
[ Se il condensatore è di piccola capacità è importante che i cavi siano corti e che la capacità parassita, con condensatore scollegato, venga annotata per essere sottratta]
4) Attendere che l'ago si fermi ed effettuare la lettura di capacità.
5) Spostare il commutatore sulla misura della corrente di perdita
6) Aumentare gradualmente la tensione sino al valore di prova
[ il valore di prova conviene impostarlo in base alla tensione effettiva di lavoro sul circuito che lo ospita o ospiterà]
7) Leggere il valore di corrente di perdita
8) Scaricare il condensatore con l'apposito pulsante.
Se al punto 6) la tensione non sale e la corrente persiste su un valore oltre il fondo scala senza scendere gradualmente ad un valore di regime, il condensatore ha una forte perdita e va scartato sicuramente.
In caso contrario, se ci riferiamo a condensatori impiegati su radioricevitori, vanno fatte alcune considerazioni:
a) Quando il condensatore è perfetto, a regime solo il led di zero è acceso (primo led).
(Utilizzabili nelle posizioni evidenziate nell' ovale in violetto-verde-bianco tratteggiato)
b) Il secondo led (5uA) denota delle perdite molto piccole e, se diamo la priorità alla conservazione dell' originalità del ricevitore rispetto al suo perfetto funzionamento, trascurabili in ogni utilizzo, compreso il CAV e l'accoppiamento anodo griglia.
(Utilizzabili nelle posizioni evidenziate nell' ovale in verde--rosso-blu tratteggiato)
c) Se i led successivi al secondo sono accesi, bisogna fare delle distinzioni.
i) Ip<25 uA : leggera perdita, nessun problema se è utilizzato come capacità di disaccoppiamento della griglia schermo o in parallelo alla resistenza di catodo.
(Utilizzabili nelle posizioni evidenziate nell' ovale in verde-blu tratteggiato)
ii) 25 uA<Ip<500 uA :sensibile perdita, nessun problema solo se è utilizzato in parallelo alla resistenza di catodo.
(Utilizzabili nelle posizioni evidenziate nell' ovale in verde tratteggiato)
iii) Ip>500uA (0,5 mA) : non utilizzare
Non è raro il caso in cui si può riparare una radio invertendo la posizione di due condensatori ad esempio il condensatore di griglia controllo della finale con quello di catodo dell' amplificatrice di media frequenza.
Quanto detto non si applica nel caso dei condensatori antidisturbo montati tra fase e massa!!! (cerchio rosso continuo)
Se si lasciano gli esistenti, anche se perfetti si corre sempre un rischio d' incendio se il ricevitore rimane collegato alla presa di rete.
Per la massima sicurezza, distaccare gli originali ed utilizzare solo condensatori nuovi di sicurezza.
La procedura di test listata sopra prevede che si misuri prima la capacità e poi la corrente di perdita.
Facendo il contrario si rischia che il condensatore, ancora carico, possa danneggiare la sezione capacimetro. Ci si dovrebbe ricordare di premere il pulsante di scarica prima di procedere alla misura di capacità.
Ad evitare che per disattenzione si possa lasciare il condensatore completamente carico, ho pensato di montare una manopola più grande per il controllo della tensione e vi ho inserito all' interno una molla a spirale.
La molla è precaricata e riporta a zero il potenziometro appena si rilascia la manopola.
L'estetica è cambiata un po', diciamo che non è il suo punto di forza.
Qui si vede la molla nascosta dentro la manopola:
