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Scopo di questa pagina è provare i condensatori di apparati elettronici per determinare se debbano essere sostituiti.
L'approccio è sempre conservativo, come in altre discussioni su questo sito, si valuterà se, nell' utilizzo specifico in cui il condensatore è adoperato nell'apparato, questo sia ancora effettivamente funzionale oppure possa portare ad un decadimento sensibile delle prestazioni o, peggio, a situazioni di potenziale pericolo.
Consideriamo il circuito equivalente di un condensatore :
Se trascuriamo l'induttanza relativa ai terminali e ad eventuali avvolgimenti delle armature del condensatore, il circuito equivalente comprende, oltre al condensatore effettivo, anche due resistenze :
Una resistenza in parallelo Rp tra le due armature e una resistenza serie Rs, in serie ai terminali del condensatore.
La prima schematizza le perdite nel dielettrico, la seconda la resistenza dei terminali e delle armature metalliche.
In un condensatore perfetto, Rs è zero (nella pratica è dell'ordine della frazione di Ohm) e Rp è infinita (delle centinaia di MegaOhm nel mondo reale).
In conseguenza di questa premessa, sono tre valutazioni che devono esser fatte per valutare al 100% la funzionalità di un condensatore:
- Misura della capacità ; La misura che caratterizza il valore di capacità del condensatore C
- Misura delle perdite : La valutazione della resistenza Rp
- Misura della resistenza serie equivalente (ESR) : La misurazione della resistenza Rs.
Attenzione : Qualsiasi misurazione fatta su di un condensatore, deve essere fatta con la certezza che il condensatore sia completamente scarico. Un condensatore anche di capacità limitata, se caricato ad una tensione elevata, può aver immagazzinato abbastanza energia da distruggere lo strumento di misura o peggio dare una scarica elettrica, anche mortale, a chi lo maneggia senza attenzione. Per scaricare il condensatore montate due coccodrilli isolati su una resistenza da 1000Ohm da 2 W e, ad apparato spento e senza toccare i terminali, connettete i coccodrilli ai reofori del condensatore per qualche secondo.
Misura della capacità :
Per misurare la capacità di un condensatore ci sono molti metodi. A seconda della tipologia e del valore di capacità si possono adoperare differenti circuitazioni. Di fatto per le attività di riparazione e restauro di apparati di una certa età si possono avere tre categorie di condensatori e di conseguenza tre sistemi di misura:
1- Elettrolitici di alta capacità : 1 - 10000 uF
2- Non polarizzati (di solito a carta, film plastico) di media capacità : 1uF - 10000pF
3- Per alta frequenza (mica o ceramici) di piccola capacità : 5000pF - 1pF
Esclusi gli apparecchi specificatamente in commercio (vedi sotto un'esempio), un sistema semplice ed economico per il test dei condensatori di capacità elevata è l'utilizzo di un tester analogico nella portata ohm-metrica.
La misura è denominata balistica. Questo perché non si potrà avere una lettura stabile, ma il valore di capacità sarà proporzionale alla massima deflessione dell'indice dello strumento all'atto della scarica del condensatore.
La misura si conduce perciò, caricando preventivamente il condensatore con il tester e scaricandolo immediatamente dopo sugli stessi puntali invertiti sui terminali..
-Hp- 4350A - High capacitance meter per misure di capacità e perdite da 0,1 uF sino a 300000uF
Qui vedete la scansione di quanto riportato dal manuale del tester ICE Microtest 80.
La misura fatta con il tester, infatti, manca di una condizione essenziale : L'applicazione della tensione nominale di funzionamento del condensatore. Il tester è usualmente alimentato a tensioni di 1,5V o 3V, raramente a tensioni leggermente superiori. Il condensatore potrebbe manifestare delle perdite sensibili solo a tensione più elevate, vicine a quelle di lavoro. Le scariche nel dielettrico usurato o danneggiato, devono superare una tensione di soglia prima d' innescarsi.
Ma per questo si potrà procedere ad ulteriori test.
Misura delle perdite :
Per valutare se il condensatore è in perdita, si deve misurare la corrente assorbita a regime stazionario (cioè finito il regime transitorio con cui il condensatore si carica) quando ai suoi capi è applicata la tensione nominale di funzionamento. Per evitare di danneggiare il tester nel transitorio si devono usare le portate Amperometriche superiori, riducendo gradualmente il fondo scala sino ai valori al quale la lettura si stabilizza.
Se il condensatore deve essere provato a tensioni superiori ai 100 V, si dovrà porre grande attenzione a quanto raccomandato ad inizio pagina.
Per giudicare se la corrente assorbita è plausibile o meno per un condensatore elettrolitico, di sotto vengono forniti dei limiti massimi al variere della capacità e della tensione di lavoro (fonte Ravalico).
Valore della corrente massima ammissibile [mA]
Lo stesso per quanto riportato dal manuale del tester ICE Supertest 680R.
Nel caso di altri tester, che non riportano la comparazione dei valori per la misura balistica della capacità, sarà sempre possibile munendosi di 4 o 5 condensatori nuovi costruirsi una scala approssimata di misurazione in analogia a quanto mostrato per i tester ICE.
Questa misurazione fornisce solo un'indicazione della capacità del condensatore, ma sufficientemente precisa per capire se il condensatore debba essere cambiato.
La misura è influenza dalla corrente di perdita. Se non è trascurabile l'indice dello strumento non tornerà completamente a fondo scala (infinito sulla portata ohm-metrica, zero su quella voltmetrica).
La mancanza del ritorno a fondo scala è una condizione sufficiente ma non necessaria per dire che il condensatore è in perdita.
Sotto potete vedere una foto di un ohmmetro ad alta tensione che, di fatto, applicando una tensione di 350V, indica il valore della Rp equivalente. In altri termini si applica direttamente la legge di Ohm al test Volt-Amperometrico appena descritto sopra.
Qui sotto c'è un link ad un circuito con cui si puo' effettuare questo test, similarmente allo strumento raffigurato:
Test della resistenza d' isolamento di un condensatore
Mentre a questo link trovate uno strumento integrato che può misurare la capacità e le perdite di condensatori di basso valore di capacità (10pF-1,5uF) :
Tester condensatori : capacità e perdite
Misura della resistenza serie equivalente :
La misura della resistenza serie equivalente è utile per avere una precisa idea dell'efficienza del condensatore.
Questo test, come già detto va a determinare la resistenza Rs del condensatore. A volte l'armatura è parzialmente interrotta o la connessione al reoforo è ossidata. Questo genera una resistenza in serie che limita fortemente l'efficienza del condensatore. Per misurarla si effettua una misura ohmmetrica in corrente alternata, a frequenza piuttosto elevata (di solito 100kHz).
A questa frequenza, la capacità offre una reattanza molto bassa e può essere trascurata. La Rp non influenza la lettura in quanto il condensatore ai suoi capi la cortocircuita. Se si analizza il circuito equivalente del condensatore ad inizio pagina, capiremo che solo la Rs viene misurata.
Anche in questo caso si ha un compromesso : La capacità non può essere troppo bassa altrimenti la reattanza capacitiva aumenta e le condizioni sopra descritte decadono.
Qui trovate lo schema che ho utilizzato, è una libera interpretazione di un po' di roba trovata in rete, ricordo che ho preferito uno stadio oscillatore a bassa distorsione per una maggiore stabilità di lettura. Lo schema è abbastanza semplice e funziona davvero bene.
Come detto la frequenza iniettata nel condensatore è di 100kHz, mentre il valore della tensione è dell'ordine della decina di millivolt. Con questi valori in gioco si ottiene anche un interessante possibilità di utilizzo: In questa misura si può evitare di disconnettere il componente da testare dal circuito in cui è inserito.
Valutazione della funzionalità e dell' opportunità della sostituzione :
Quanto descritto sopra è sicuramente da considerare e applicare negli apparati in cui mantenere l'originalità non è il primo obiettivo. Se dobbiamo riparare una radio d'epoca senza snaturarne i contenuti si deve intervenire il meno possibile, lasciando in posizione i componenti originali (disconnessi solo dal lato "caldo" ovvero quello opposto alla massa).
In questo caso il metodo migliore per determinare se un condensatore è da sostituire o no è quello di constatare se è "nocivo" nel circuito in cui è inserito.
La prima cosa da fare è individuare se il condensatore è sospetto, i sintomi :
1- Eccessiva caduta di tensione indotta dal condensatore (condensatore in perdita o in CC). Esempio tipico è un condensatore inserito tra la massa e il terminale di una resistenza collegata alla tensione anodica.
2- Insufficiente disaccoppiamento dalla componente continua ( ad esempio se ritroviamo una tensione positiva alla griglia della finale)
Nel caso 1 se si sostituisce il condensatore e si misura la tensione ai suoi capi : Se a regime è aumentata di più del 2% rispetto all' originale, va rimpiazzato.
Nel caso 2, se si sostituisce temporaneamente il condensatore e la tensione tra il punto "d'uscita" e la massa si annulla o diviene negativa (se la polarizzazione lo prevede), distaccatelo e installate un analogo o leggermente superiore per capacità e valore di tensione nominale.
Se il condensatore è rigonfio, caldo, o con fuoriuscite di elettrolita... dissaldate e isolate un terminale con un tubetto sterling e mettete il sostituto.
La linea guida è sostituire il componente solo se introduce assorbimenti anomali, ha perso la capacità sufficiente per il filtraggio, oppure modifica la polarizzazione di griglia di una valvola.
Nel passato era in voga l'uso del box per sostituzione. Ora si trovano a costi estremamente contenuti nei mercatini di materiale elettronico surplus.
Un bel box di componenti per fare test di sostituzione rapida
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