Hrátky s kondenzátory

HRÁTKY S KONDENZÁTORY

Příspěvek k technice měření svodového odporu svitkových kondenzátorů

 

1) Klíčové pojmy

Kondenzátor – v elektrotechnice pasívní součástka, jejíž charakteristickou vlastností je kapacita.

Kapacita – schopnost shromažďovat elektrický náboj, Závisí na ploše desek kondenzátoru, na jejich vzájemné vzdálenosti a na vlastnosti prostředí oddělující (izolující) desky od sebe.

Dielektrikum – v praxi jde o izolant, který vzájemně odděluje desky kondenzátoru. Dielektrikem může být vakuum, vzduch (vzduchové ladicí kondenzátory) nebo pevná látka s izolačními vlastnostmi. Druh a vlastnosti dielektrika určují jakost kondenzátoru a vhodnost použití. Fyzikální vlastností dielektrika je permitivita, jež určuje vliv dielektrika na elektrické pole.

Svodový odpor – izolační stav v oblasti stejnosměrné polarizace dielektrika, která určuje kvalitu kondenzátoru. Má být co největší, protože se chová jako hypotetický odpor paralelně spojený s kondenzátorem, kterým odtéká elektrický náboj kondenzátoru. V dalším textu se značí zkratkou Rsv.

Střídavý proud kondenzátor ho propouští a kapacitance kondezátoru (střídavý odpor) je dána kmitočtem a použitým dielektrikem. V rozhlasových přijímačích se kondenzátory používají:

  1. v oscilačních a rezonančních LC obvodech.
  2. v oddělování stejnosměrných okruhů.
  3. pro střídavé blokování stejnosměrných okruhů (filtrace).
  4. kapacitní děliče (závislé na frekvenci)

 

2) Co měřit a proč měřit

Kvalita dielektrika kondenzátoru, neboli jeho svodový odpor (dále Rsv) je hlavní vlastností, která pro naše účely určuje použitelnost kondenzátoru v zařízeních. Navrhovaný měřicí přístroj zjišťuje právě velikost Rsv kondenzátoru. Podle výsledku měření Rsv rozhodujeme, zda je měřený kondenzátor použitelný.

Jestliže se hodnota Rsv neblíží nekonečnu, proniká následkem mnohdy značného rozdílu potenciálů na obou stranách kondenzátoru napětí z jeho jedné strany na druhou stranu. Kondenzátorem zapojeným jako vazební v odporové vazbě NF stupně tedy může pronikat určitá část anodového napětí předchozího stupně do mřížkového obvodu řídicí mřížky stupně následujícího. Tím dochází k nežádoucímu úbytku pracovního mřížkového předpětí. Pokud je Rsv menší, než asi 5 - 40 MOhm, může napětí na mřížce dosahovat i kladných hodnot a životnost elektronky je vážně ohrožena. První vážnější známkou takové vady může být zkreslená reprodukce přijímače (zesilovače).

 

3) Popis a funkce měřiče

Mechanické provedení měřiče a napájecí část si každý provede podle svých možností a zkušeností. Jak je ze schématu vidět, měřicí přístroj je podobný klasickému elektronkovému voltmetru. Na odporu R4 (10-12k) vzniká průtokem anodového proudu triody předpětí asi 100V. Mřížkový svod R1 má hodnotu asi 4M (pro měření na větších kapacitách je možné jeho hodnotu snížit až na 1M), ten tvoří při zkoušení kondenzátoru Cx spolu s jeho Rsv dělič napětí. Jestliže zkoušený kondenzátor má Rsv menší, než asi 40-50 MOhm, dostane řídicí mřížka triody ještě další napětí asi 10V, které je schopno při malém anodovém napětí uzavřít elektronku. Uzavřenou elektronkou v tomto případě samozřejmě neprotéká žádný anodový proud, takže ručka měřidla M ukazuje nulu. Takový kondenzátor samozřejmě nemůže být použit jako vazební a stěží i jako filtrační v obvodech předpětí nebo AVC.

Hlavní součástkou měřicího přístroje je ručkové měřidlo M s rozsahem, který odpovídá údaji o provozním anodovém proudu použité měřicí triody. Ve svém přístroji jsem použil mikroampérmetr s rozsahem 100 mikroA plné výchylky. Jeho stupnice je cejchovaná po 10 až do 100, což lze s jistou tolerancí převést na „procenta kvality“ měřeného kondenzátoru.

Rozsah použitého ručkového měřidla by tedy měl být v relaci s parametry použité měřicí elektronky. Případné odchylky upravíme vřazením vhodných odporů. Potenciometrem P (M1/lin) v anodovém obvodu upravujeme výchylku ručky měřidla tak, aby se po zahřátí přístroje ustálila na plné výchylce 100%, popř. výchylku 100% dostavíme po připojení měřicích kablíků.

Hodnoty napětí a součástek napájecí části uvedené ve schématu jsou orientační a budou se lišit podle použitého transformátoru a usměrňovacích prvků. Zdroj ss napájení by měl být vybaven dobrou filtrací a dimenzován tak, aby na anodě měřicí elektronky bylo provozní napětí cca 60-80V. Pak bude na „záporné“ měřicí zdířce proti kostře ss napětí cca 4-35V, které při horším Rsv spolehlivě uzavře elektronku a ručka měřidla okamžitě poklesne na hodnotu směrem k nule nebo úplně na nulu, podle velikosti Rsv. Měřičem lze testovat kondenzátory i na malá provozní napětí od 40V aniž by se měrným napětím poškodily.

Potenciometr P zvolíme většího tvaru a raději provedení bez vypínače, abychom měli pro dostavení k dispozici celou jeho odporovou dráhu (vypínání sítě zajistíme samostatným vypínačem). Potenciometr P samozřejmě provedeme jako vnější řídicí prvek, ne jako vnitřní trimr, kvůli možnosti operativně vyvažovat výchylku měřidla v závislosti na případných změnách sítového napětí. Jeho odporová dráha by rozhodně měla mít lineární průběh. Doporučuji zapojení doplnit ještě ochranným odporem asi 10k (R3), zapojeným mezi potenciometr P a ručkové měřidlo.

V popsaném měřiči je použita trioda elektronky 6BC32, která se svou charakteristikou jeví pro dané účely z běžně dostupných triod jako jedna z vhodných. Pro správnou funkci přístroje je nezbytné vyzkoušet kvalitu izolace mezi žhavicím vláknem a katodou. Stejně důležité je, aby byly dobré také izolační vlastnosti síťového transformátoru.

V měřiči lze prakticky použít jakoukoliv triodu (vyjma výkonových a přímožhavených). Vhodnější jsou ovšem NF triody s velkým zesilovacím činitelem nad 40, jako 6BC32 (6AV6, EBC91), ½ ECC83, ½ 6CC41, EBC41, EABC80, 6AT6, 6Q7, 6SQ7, ruské 6G2, 6G7 a ½ 6N2P. Optimálně vyhovuje ½ ECC81 nebo ECC85, tyto typy jsou i nyní velmi rozšířené.

 

4) Jak měřit

Elektrolyty: přístroj je určen výhradně ke zkoušení kvality kondenzátorů se suchým dielektrikem (svitkové apod.). Ke zkoušení elektrolytických kondenzátorů není vhodný!

Připojení: Měřený kondenzátor připojujeme do zdířek Cx buď přímo, nebo pomocí zkušebních kablíků. Přitom je nutno pamatovat, že připojené kablíky i manipulace rukou ovlivňuje naměřené hodnoty, tak je přístroj citlivý. Po připojení kablíků dostavíme ručku měřidla na hodnotu 100 a pak připojíme měřený kondenzátor.

Po připojení se kondenzátor Cx nabíjí, po dobu průtoku nabíjecího proudu klesne ručka měřidla k nule a pak, v závislosti na kapacitě Cx, se ručka vrací k hodnotě 100. Prodleva a rychlost vrácení ručky na 100 je přímo úměrná kapacitě Cx. Závislost prodlevy návratu ručky na 100 uvádí následující tabulka, hodnoty jsou orientační:

Kapacita Cx              výchylka směrem k nule                             prodleva sec.

      3M15                          plná                                                                54

      M47                            plná                                                                7-8

      M15                            plná                                                                5

      22k                             plná                                                                1

      10k                             ½ výchylky                                                    ihned

      1k5                             1/5 výchylky                                                  ihned

Malé kapacity: Ačkoliv je zkušební přístroj velmi přísný, u dobrých svitků s kapacitou méně než 1000pF se ručka vychýlí téměř neznatelně. Pokud by ale svitek měl svod, ručka zareaguje okamžitým a trvalým poklesem

Nereaguje-li měřidlo přístroje na připojení svitku, u kterého oprávněně předpokládáme kapacitu vyšší, než uvedených 1000pF, svitek má pravděpodobně přerušené přívody.

Stabilita náboje v čase: Je to ještě přísnější zkouška - ukazuje, zda je Cx schopent udržet získaný náboj ve stanoveném čase. Tak přísnou zkoušku svitku neumí žádná doutnavková zkoušečka… Stanovil jsem si časovou konstantu 60 sec. Po úplném nabití Cx, což se projeví ustálením ručky měřidla výhradně na 100, se zkoušený svitek opatrně odpojí, ponechá ležet na spolehlivě izolované podložce a po uplynutí 60 sec se opět připojí. Pokud ručka měřidla zůstala po opětovném připojení na hodnotě 100 nebo „uhnula“ z hodnoty jen nepatrně, je dielektrikum takového svitku bezvadné. Během časové zkoušky se nedotýkáme vývodů kondenzátoru ani měřicích kablíků, může to nepříznivě ovlivnit výsledky zkoušky. Časovou zkoušku samozřejmě nemá smysl provádět u svitků, které při prvním měření nedosáhnou hodnoty 100.

 

5) Dobrý, ale já žádný přístroj stavět nebudu, jak jinak mám zjistit svod vazebního svitku?

Prověření kvality (nejen) vazebních kondenzátoru je úkon, kterému se nevyhneš, pokud máš v úmyslu spolehlivě vyléčit sbírkové přístroje od jejich stářím nastřádaných neduhů. Potřebuješ k tomu aspoň citlivý multimetr, bez něhož se dnes neobejde ani chudě vybavená dílna sběratele-opraváře.

Zkouška vazebního svitku v přijímači: Přijímač uvedeme do provozu a počkáme cca 5 minut aby se stabilizovaly provozní hodnoty. Multimetr nastavíme na příslušný rozsah, připojíme paralelně ke katodovému odporu a zaznamenáme provozní Uk. Poté odpojíme vazební svitek od anodového obvodu předchozího stupně a sledujeme, zda se Uk změnilo. Jestliže je pokles Uk větší, než 10% předchozí hodnoty, je vazební svitek nebezpečně vadný a jeho dielektrikum propouští na mřížku nežádoucí stejnosměrnou složku. Jenže tím to nekončí, protože by se měla provést…

…zkouška vakua elektronky: Důsledkem dlouhodobého fungování elektronky v takovém přetížení může být zhoršené vakuum, projevující se sklonem k iontovému mřížkovému proudu. To platí nejen pro elektronky koncové, ale i pro elektronky předzesilovacího stupně.

Vazební svitek necháme od předchozího stupně odpojený a g1 elektronky spojíme s kostrou. Naměříme-li přitom další pokles Uk o více, než 10%, je elektronka vadná. Musíme počítat nejen ze zkreslenou reprodukcí, ale také s krátkou životností elektronky.

Pro jistotu připomínám, že zkouška kvality vazebního svitku pouhým zkratem mřížkového svodu bez odpojení kondenzátoru od předchozího stupně je bezcenná, protože takto nelze rozlišit, zda je závada v kondenzátoru nebo v elektronce nebo v obojím. Oba negativní vlivy se mohou sčítat.

 

6) Literatura:

Beran M.: Jednoduchá zkoušečka kondenzátorů, Radiojournal č. 4/1990, str. 4;

Donát K.: Příručka pro konstruktéry radioamatéry, část „Elektrické a mechanické součástky“, SNTL Praha 1961;

Pacák M.: Zkoušení svodu kondenzátorů, Radiotechnik č. 9-10/1944, str. 50;

Pacák M.: Pozorování a náměty k novému použití starých součástek, Radiotechnik č. 9/1944, str. 58;

Peřina F.: Hrajete si s kondenzátory? Radiojournal č. 44/2002, str. 11;

Stypa L.: Laciný měřicí přístroj pro odpory a kondenzátory, Radioamatér č. 8/1942, str. 148;

Šroubek A.: Zkoušeč kondenzátorů, Elektronik č. 8/1950, str. 183;

Red. článek: Zkoušečka, Elektronik č. 6/1949, str. 135.

Podklady k sestavení popisovaného zkušebního přístroje jsou z článku M. Pacáka „Zkoušení svodu kondenzátorů“ otištěného v časopise Radiotechnik r. 1944, str. 50. Návody zkoušečů, které pracují s doutnavkovým obvodem, jsou zřejmě motivovány jednak jejich nevelkou pořizovací hodnotou, jejich jednoduchostí a v neposlední řadě obcházením nutnosti pořídit si citlivé ručkové měřidlo.

Dotazy a připomínky (nejen) k tomto tématu prosím pište do Vzkazovníku na těchto stránkách. Odpovím rychle, chodím sem každodenně :-)