[Versione: 2.13] [Ultimo aggiornamento: 25/05/1998]
Autore: Samuel M. Goldwasser
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Traduzione Italiana a cura di: Antonio Cristiani
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Questo documento descrive le tecniche per controllare i condensatori utilizzando un tester sprovvisto della funzione di capacimetro. Sono anche incluse informazioni su come scaricare con sicurezza i condensatori di alto valore o ad alta tensione, e sulla realizzazione di un circuito di scarica dotato di indicazione visiva della carica e polarità.
ATTENZIONE: assicuratevi che il condensatore sia scarico! Tale precauzione risulta indispensabile sia per la vostra sicurezza che per non danneggiare il vostro tester.
Un paio di diodi 1N400x collegati in parallelo con polarità opposte possono aiutare a proteggere la circuitazione di un tester digitale. Visto che in genere sulle portate in Ohm un tester digitale non eroga tensioni superiori a 0,6 Volt, i diodi non influenzano le letture ma si portano in conduzione nel caso si tenti una misurazione di resistenza su un condensatore carico o sull'uscita di un alimentatore. I diodi non torneranno molto utili nella misurazione di un condensatore da 10 Farad carico o un alimentatore ad alto amperaggio che avete dimenticato di spegnere, ma possono salvare il chip LSI del vostro tester digitale in caso di stupidaggini più modeste.
Non è possibile utilizzare questo approccio con un tipico tester analogico, in quanto eroga una tensione troppo elevata sulle portate in Ohm. Ad ogni modo, nel mio tester vecchio di 20 anni è previsto un qualche accorgimento del genere direttamente sul movimento dello strumento indicatore, il che lo ha salvato più di una volta dalla sicura distruzione.
In alcuni tester digitali è prevista una funzione per il controllo dei condensatori, che risulta sufficientemente adeguata per stabilire la capacità approssimativa in uF. Ad ogni modo, per la maggior parte delle applicazioni, il controllo non viene effettuato a tensioni vicine alla normale tensione operative e non viene verificata la presenza di eventuali perdite. Comunque, anche con un tester analogico o digitale sprovvisto di controllo di capacità possibile effettuare determinati tipi di test.
Per condensatori di piccola capacità (0,01 uf o meno), tutto quanto è davvero possibile controllare sono i cortocircuiti o le perdite. Ad ogni modo, con un tester analogico sulla portata in Ohm più elevata è possibile osservare una momentanea deflessione quando si fanno toccare le sonde sul condensatore o si inverte la polarità - con un tester digitale è praticamente impossibile osservare una qualsivoglia indicazione. Un condensatore che misura pochi Ohm o meno è sicuramente guasto. La maggior parte dovrebbero misurare un valore di resistenza infinito anche sulla portata in Ohm più alta.
Nel caso di condensatori elettrolitici aventi capacità nell'ordine dei uF o ancor più, si dovrebbe vedere il condensatore caricarsi quando si utilizza un tester su misura di resistenza con la giusta polarità - la resistenza crescerà fino ad approssimarsi a (quasi) infinito. Se il condensatore è in cortocircuito, non riuscirà mai a caricarsi. Se è aperto, la resistenza risulterà subito infinita e rimarrà tale. Se la polarità delle sonde è invertita, il condensatore non si carica affatto: stabilite la polarità del vostro tester e contrassegnatela, visto che non tutti i tester sono uguali. Il rosso è di solito il **negativo** nei tester analogici, per esempio. Accertatevene utilizzando un diodo: una lettura di bassa resistenza su un diodo efficiente (tester analogico su portata di resistenza o tester digitale su test diodi) indica che il terminale positivo è sull'anodo (triangolo) ed il negativo sul catodo (barra).
Se la resistenza non tende mai ad aumentare, allora il condensatore è in perdita.
Il miglior modo per accertarsi realmente dell'efficienza di un condensatore consiste nel sostituirlo con uno nuovo sicuramente efficiente. Un tester analogico o digitale non è in grado di controllare un condensatore nelle normali condizioni di lavoro o alla piena tensione di lavoro. Ad ogni modo, costituisce un veloce sistema per scovare i guasti più rilevanti.
Un semplice sistema per stabilire la capacità con buona accuratezza consiste nel costruire un oscillatore basato su un integrato 555. Sostituite il condensatore nel circuito e quindi calcolate il valore di capacità in base alla frequenza. Con l'aiuto di alcuni resistori di diverso valore, questo circuito è in grado di funzionare su un vasto intervallo di capacità.
Alternativamente, utilizzando un alimentatore a corrente continua ed un resistore in serie, è possibile calcolare la capacità misurando il tempo necessario perchè la tensione sul condensatore salga al 63% di quella erogata dall'alimentatore, utilizzando le formule T=RC o C=T/R.
Il seguente paragrafo da: Raymond Carlsen (rrcc@u.washington.edu)
La miglior tecnica dipende dall'utilizzo a cui il condensatore è destinato. Un sacco di condensatori elettrolitici sono erroneamente classificati come "in perdita" quando in effetti sono parzialmente aperti e semplicemente non svolgono correttamente il proprio lavoro. I condensatori elettrolitici davvero elettricamente in perdita non sono molto comuni. E' possibile smontare ciascun condensatore dal circuito e controllarlo con un tester per condensatori o finanche un comune tester analogico, ma il controllo effettuato sul circuito è senz'altro più rapido. Non mi piace afferrare il saldatore a meno che non sia assolutamente certo che il componente sia guasto. Il tempo è denaro.
Per prima cosa effettuo una ispezione visiva per stabilire se qualche elettrolitico è rigonfio (segno che sono in perdita, di solito diventano bollenti), o fisicamente in perdita (corrosione nelle vicinanze dei terminali). Condensatori rigonfi in un alimentatore a commutazione sono evidentemente guasti, ma possono anche essere conseguenza di diodi in perdita. Successivamente, se l'apparecchio si accende, passo a cercare segni di condensatori di filtro aperti: barre di rumore nell'immagine, ronzio nell'audio, immagini sfarfallanti, tensione B+ roditta senza nulla che diventi bollente, ecc. E' possibile acquisire un mucchio di informazioni semplicemente osservando ed effettuando alcuni semplici controlli. Provate tutti i controlli e commutatori... si possono ottenere altri indizi. Cosa funziona e cosa no?
Se notate un guasto ovvio... come una scansione verticale ridotta su un televisore o monitor per esempio, per scovare il condensatore che sta per interrompersi è possibile ponticellare a turno ciascuno di essi con un altro condensatore per vedere se si riesce a correggere il problema. L'esperienza mi ha insegnato che i condensatori elettrolitici guasti di solito non impediscono del tutto lo sweep verticale. In un televisore vecchio di svariati anni, potrebbe esserci più di un condensatore essiccato (aperto). Controllateli tutti.
Effettuare il "popping" sui condensatori di filtro (come si usava denominare questa operazione), ponticellando il componente originale con un altro di identico valore, non è una buona abitudine con i circuiti a stato solido. Lo shock che si provoca su un circuito alimentato potrebbe danneggiare altri componenti, o magari anche rimettere in funzione per un po' l'apparecchio. Di conseguenza sarete costretti ad aspettare come dei matti che il guasto si ripresenti... minuti o settimane più tardi. Per gli elettrolitici di piccola capacità, utilizzo il trucco di bypassare ciascuno di essi con un piccolo condensatore elettrolitico di capacità compresa tra 0,1 e 0,47uF mentre l'apparecchio è acceso. Se osservo una seppur minima variazione nel funzionamento, so per certo che il componente originale non sta svolgendo il proprio lavoro (valore molto ridotto o aperto). Naturalmente se beccate i condensatori di temporizzazione, si sposterà la frequenza dell'oscillatore locale... ci&eograve; è perfettamente normale. Nel caso dei condensatori più grossi, come quelli utilizzati per alimentare il giogo o i condensatori di filtro dell'alimentatore principale, l'unico sistema efficace per controllarli consiste nel sostituirli con componenti di capacità uguale o superiore. Spegnete l'apparecchio, collegate il nuovo condensatore nel circuito e fornite nuovamente tensione.
Come già detto in precedenza, i condensatori in perdita costituiscono in effetti un'evenienza abbastanza rara... ma succede. Di solito non sconvolgono il circuito molto di più dei condensatori aperti. I componenti tendono a diventare bollenti più rapidamente se il condensatore agisce da filtro in un alimentatore. I componenti al tantalio e gli elettrolitici montati negli alimentatori possono letteralmente esplodere. Ovviamente, i condensatori in perdita vanno smontati dal circuito e sostituiti con degli altri per controllarne l'efficienza.
La maggioranza degli altri tipi di piccoli condensatori (mylar, ceramici a disco, ecc.) sono abbastanza robusti. E' davvero raro trovarne di guasti. Succede spesso quanto basta perchè un tecnico mantenga la propria umiltà.
Da: Gary Collins (collgra@preferred.com)
Tutto quanto è possibile stabilire con un ohmmetro è se il condensatore risulta o meno in cortocircuito; se si tratta di un elettrolitico di valore abbastanza elevato è anche possibile stabilire se è interrotto. Lavoro come tecnico nel centro assistenza di una grossa azienda di controlli industriali. Noi consideriamo sospetto qualunque condensatore elettrolitico se la data in codice stampigliata su di esso risale ad oltre 5 anni addietro Siamo in possesso di un Fluke 97 che risulta inutile per i controlli sul circuito. Tutto quanto è possibile stabilire con un tester come il Fluke 97 è se il condensatore sta per interrompersi causa perdita di elettrolita o se è in cortocircuito: in effetti non tutto quanto vi occorre sapere. Svariati altri elementi che occorrerebbe acquisire sono la conduttanza (resistenza di perdita interna), che alcune volte varia con la tensione. In alcuni casi vi occorre anche conoscere il fattore di potenza, cioè la sua abilità di far passare la corrente alternata. Questo dato risulta particolarmente importante nei computer e periferiche dove è importante che le armoniche ed il rumore vengano scaricati a massa. Gli alimentatori a commutazione come quelli montati nella stragrande maggioranza degli odierni PC utilizzano convertitori ad alta frequenza per regolare la tensione. Le armoniche ed il rumore prodotti da queste rapide commutazioni riscaldano i condensatori di filtro per corrente continua e provocano la perdita di liquido dai loro sigilli imperfetti. Questo effetto provoca l'apertura graduale o la diminuzione di capacità del condensatore.
Se stiamo parlando di altri tipi di condensatori, è possibile controllare il loro valore con un capacimetro, ma mi sono capitati degli esemplari che risultavano efficienti al controllo ma non funzionavano correttamente sotto tensione. Esistono degli speciali capacimetri in grado di controllare tutti questi parameteri e lasciare all'utente la possibilità di giudicare se il componente risulta o meno efficiente, ma il miglior controllo rimane la sostituzione del condensatore. Chiedete pure se abbiamo tralasciato qualcosa che avreste voluto sapere.
In effetti alcune volte il miglior controllo consiste nel verificare con un oscilloscopio l'azione del condensatore nel circuito.
Le semplici scale per la misura di capacità sui tester digitali possono soltanto misurare la capacità in uF, ma non controllare eventuali perdite, ESR (Equivalent Series Resistance), o tensione di rottura. Se le misurazioni rientrano in una ragionevole percentuale del valore stampigliato (alcuni condensatori sono caratterizzati da tolleranze che possono superare il +100%/-20%), allora in molti casi è tutto quanto vi occorre sapere. Ad ogni modo, perdita e ESR variano di frequente sugli elettrolitici man mano che questi invecchiano e si essiccano.
Molti capacimetri non controllano molto altro, ma risultano probabilmente più efficaci allo scopo rispetto ad un economico tester digitale. Uno strumento di questo tipo non garantisce che il vostro condensatore soddisfi tutte le specifiche, ma se i test hanno esito negativo (misurazioni molto basse), allora il componente è guasto. Ovviamente si suppone che il controllo sia stato effettuato con il condensatore smontato (perlomeno un terminale rimosso dal circuito); diversamente altri componenti in parallelo possono influenzare le letture.
Per caratterizzare con maggior completezza un condensatore, vi occorre conoscere capacità, perdita, ESR, e tensione di rottura. E' improbabile che cambino altri parametri come l'induttanza.
I tester per ESR, che risultano idonei per una veloce ricerca del guasto, sono progettati per misurare semplicemente la Equivalent Series Resistance visto che questo parametro costituisce un eccellente indicatore dello stato di salute di un condensatore elettrolitico. Alcuni tester forniscono solo una indicazione ok/non ok mentre altri visualizzano in effetti una lettura (di solito compresa tra 0,01 e 100 Ohm e quindi possono anche essere utilizzati come Ohmmetri per bassi valori per la misurazione di resistori in circuiti non induttivi). Consultate il paragrafo "Cos'è la ESR e come è possibile controllarla?".
Nota: collegate sempre i puntali di test direttamente sui terminali del condensatore se possibile. Qualunque cablaggio tra il vostro strumento ed il condensatore potrebbe influenzare le letture. Sebbene il manuale di istruzioni possa affermare che sia possibile controllare i condensatori montati nel circuito, altri componenti in parallelo con il condensatore da testare potrebbero scombussolare le letture, di solito provocando errate indicazioni di condensatore in corto o con capacità eccessiva. La cosa migliore è lo smontaggio. Dissaldare solo uno dei terminali è sufficiente se è possibile isolarlo dal circuito.
La sostituzione costituisce realmente il miglior approccio per la riparazione a meno che non siate in possesso di un capacimetro molto sofisticato.
Se vi occupate di montaggi elettronici, sul numero di Marzo 1998 di "Popular Electronics" trovate lo schema di montaggio di un capacimetro digitale in grado di misurare valori da 1 pF a 99 uF.
E' essenziale, sia per la vostra sicurezza che per prevenire danni all'apparecchio in riparazione ed alla vostra strumentazione, che prima di effettuare misurazioni, tentare delle saldature, o toccare in qualche modo il circuito, quei condensatori di grossa capacità o alta tensione siano del tutto scaricati. Alcuni dei grossi condensatori di filtro comunemente montati negli apparecchi alimentati dalla rete elettrica accumulano una carica potenzialmente letale.
Con ciò non intendiamo affermare che occorre scaricare ciascuno dei 250 condensaori montati nel vostro televisore ogni volta che si stacca l'alimentazione e si desidera effettuare una misurazione. Ad ogni modo, i grossi condensatori principali di filtro e gli altri condensatori presenti nei circuiti di alimentazione andrebbero controllati e scaricati dopo lo spegnimento dell'apparecchio se è presente una tensione significativa (o meglio ancora prima di effettuare una qualunque misurazione, visto che alcuni condensatori, come quelli ad alta tensione per il cinescopio di un televisore o monitor video, conservano una carica pericolosa o comunque dolorosa per giorni o ancora più a lungo).
Un televisore o monitor efficienti dovrebbero scaricare i propri condensatori quasi del tutto quando vengono spenti, visto che è presente un carico significativo sia sull'alimentatore a bassa tensione che su quello ad alta tensione. Ad ogni modo, un televisore o monitor che sembrano defunti potrennero conservare per un bel po' di tempo una carica su entrambi gli alimentatori a bassa ed alta tensione: ore nel caso della bassa tensione, un giorno o oltre nel caso dell'alta tensione, visto che su questi alimentatori potrebbe non esserci alcun carico.
I condensatori principali di filtro montati nell'alimentatore a bassa tensione dovrebbero montare resistori bleeder per consumare la carica in un tempo relativamente breve, ma i resistori possono guastarsi, e pertanto non fate affidamento su di essi. Non c'è alcun percorso di scarica per l'alta tensione immagazzinata sulla capacità del cinescopio oltre alla corrente del raggio del cinescopio e la perdita inversa attraverso i diodi raddrizzatori ad alta tensione, quest'ultima abbastanza ridotta. Nel caso di vecchi televisori che utilizzavano raddrizzatori a valvole, la perdita è essenzialmente zero, e quindi la carica sui condensatori rimane pressochè indefinitivamente.
La tecnica che suggerisco consiste nell'utilizzare un resistore di alta potenza del valore compreso tra circa 5 e 50 Ohm/Volt della tensione di lavoro del condensatore. In questo modo si evita la saldatura ad arco provocata da una scarica effettuata tramite un cacciavite, ma nel contempo la costante di tempo è tale che la tensione del condensatore raggiunge dei valori irrisori in pochi secondi al massimo (ovviamente dipendentemente dalla costante di tempo RC e dalla tensione originaria).
Quindi controllate con un voltmetro per essere doppiamente certi dell'avvenuta scarica. Ancor meglio, monitorate la tensione durante la scarica (operazione non necessaria per i condensatori di alta tensione per il cinescopio, visto che la scarica è pressochè istantanea anche utilizzando un resistore da svariati Mega Ohm).
Ovviamente, assicuratevi di essere ben isolati!
Per i condensatori principali montati in un alimentatore switching, che potrebbero essere da 400 uF a 350 Volt, andrà quindi utilizzato un resistore da 2 KOhm 25 Watt. RC=0,8 secondi. 5RC=4 secondi. E' anche possibile utilizzare un resistore di minor potenza visto che l'energia totale non è poi così tanta.
Per il cinescopio, utilizzate un resistore di alta potenza, non tanto per le potenze in gioco ma allo scopo di tenere a bada l'alta tensione che potrebbe saltare attraverso un piccolo resistore da 1/4 Watt; il valore del resistore deve essere compreso tra 1 e 10 Mega Ohm, e l'estremità libera va scaricata sulla massa dello chassis connessa alla parte esterna del cinescopio, e NON ALLA MASSA DEL SEGNALE SULLA SCHEDA MADRE per evitare di danneggiare dei circuiti sensibili. La costante di tempo è molto ridotta, un millisecondo circa. Ad ogni modo, ripetete la procedura un paio di volte per sicurezza. Anche l'utilizzo di un cavetto di cortocircuito con pinzette potrebbe non rappresentare una cattiva idea mentre si lavora sull'apparecchio: si sono verificate troppe storie di esperienze dolorose provocate dalla carica che si è sviluppata per qualche ragione, pronta a colpire non appena si riconnette il terminale di alta tensione. Osservate che se vi necessita toccare la piccola scheda montata sul collo del cinescopio, è preferibile scaricare l'alta tensione anche se non dovete scollegare il grosso cavo rosso: le tensioni fuoco e screen (G2) su quella scheda sono derivate dall'alta tensione del cinescopio.
Per il condensatore ad alta tensione montato in un forno a microonde, utilizzate nel vostro strumento per la scarica un resistore da 100 KiloOhm, potenza 25 Watt o superiore, con una pinzatta collegata allo chassis. La ragione alla base dell'utilizzo di un grosso resistore (di alta potenza) non è tanto la elevata dissipazione quanto il tenere a bada l'alta tensione. Di certo non vorreste che l'alta tensione si scarichi attraversando i terminali del resistore.
Collegate il filo di massa ad un punto non verniciato dello chassis. Utilizzate la sonda di scarica su ciascun terminale del condensatore a turno per un secondo o due. Visto che la costante di tempo RC è di circa 0,1 secondi, l'operazione dovrebbe esaurire la carica velocemente e con sicurezza.
Quindi, assicuratevi dell'avvenuta scarica cortocircuitando i terminali del condenatore con un cacciavite BEN ISOLATO. Se si verifica una grossa scintilla, saprete che in qualche modo il vostro tentativo originale non ha avuto proprio successo. Perlomeno ora non c'è più pericolo.
Per finire, è sempre buona idea ponticellare i due terminali del condensatore utilizzando un cavetto con pinzette in modo che non venga accumulata alcuna carica mentre lavorate nell'area ad alta tensione. Si, è noto che i condensatori guadagnano spontaneamente una qualche carica. Nel caso peggiore, se dimenticherete di rimuovere il ponticello, brucerete il fusibile all'accensione del forno.
NON utilizzate un tester digitale per controllare la tensione sul condensatore, a meno che non disponga di una adeguata sonda per alta tensione. Nell'eventualità che la scarica non abbia funzionato, potreste fulminare tutto, inclusa la vostra stessa persona.
Lo strumento ed il circuito per la scarica descritti nei prossimi due paragrafi possono essere utilizzati per fornire una indicazione visiva della polarità e della carica per condensatori montati in televisori, monitor, alimentatori a commutazione, come filtro negli alimentatori, come accumulo di energia nei piccoli flash elettronici, e per quelli di alta tensione montati nei forni a microonde.
Ecco delle ragioni per utilizzare un resistore e non un cacciavite per scaricare i condensatori:
Non distruggerà i cacciaviti ed i terminali del condensatore.
Non danneggerà il condensatore a causa dell'impulso di corrente.
Ridurrà il livello di stress della vostra consorte, che non sarà costretta ad ascoltare quegli allarmanti colpi secchi e scoppiettii.
E' possibile costruirsi facilmente un idoneo strumento per scaricare i condensatori. Il circuito indicatore di scarica descritto di seguito può essere abbinato a quello per la scarica e fornire una indicazione visiva della polarità e tensione residua (non proprio necessarie per i cinescopi, visto che la costante di tempo della scarica è virtualmente instantanea anche con un resistore da svariati MegaOhm.
Saldate un capo di un resistore di dimensioni appropriate per la vostra applicazione, insieme con il circuito indicatore se desirato, ad un cavo lungo circa 1 metro terminante con una pinzetta ben isolata. Per ragioni di sicurezza, queste connessioni devono essere adeguatamente saldate, non semplicemente avvolte.
Saldate l'altro capo del resistore (e del circuito di scarica) ad un punto di contatto ben isolato, come ad esempio ad uno spezzone di 5 cm di filo di rame nudo del diametro di 1,5 mm circa, montato all'estremità di una barretta di PVC o Plexiglass lunga mezzo metro che funge da manico di estensione.
Assicurate il tutto alla barretta isolante con del nastro isolante.
Questo strumento per la scarica vi consentirà di stare alla larga dall'area pericolosa.
Di nuovo, ricontrollate nuovamente l'avvenuta scarica utilizzando un voltmetro affidabile o cortocircuitando i terminali del condensatore con un cacciavite ben isolato!
Ecco un circuito che suggeriamo per scaricare velocemente e con sicurezza i condensatori principali di filtro montati negli alimentatori a commutazione, televisori, monitor video ed altri simili dispositivi. Questo circuito può essere abbinato a quello per la scarica dei condensatori sopra descritto.
Viene fornita una indicazione visiva della carica e della polarità dal massimo valore fino a pochi Volt.
Il tempo totale di scarica si aggira approssimativamente su:
Bassa tensione (alimentatori per televisori e monitor, alimentatori a commutazione, flash elettronici), fino a 1000 uF, 400 Volt. Tempo di scarica: 1 secondo per 100 uF di capacità (5RC con R = 2 Kilo Ohm).
Alta tensione (condensatori ad alta tensione montati nei forni a microonde), fino a 5.000 Volt, 2 uF. Tempo di scarica: 0,5 secondi per 1 uF di capacità (5RC con R = 100 Kilo Ohm).
Altissima tensione (secondo anodo dei cinescopi), fino a 50.000 Volt, 2 nF. Tempo di scarica: 0,01 secondi per 1 nF di capacità (5RC con R = 1 Mega Ohm). Si osservi che il tempo occorrente per la scarica è troppo ridotto perchè si possa notare il lampeggio del LED.
Ritoccate i valori dei componenti alla vostra particolare applicazione.
(Sonda)
<-------+
Ingr.1 |
/
\ 2 K 25 W (LV) I diodi non contrassegnati sono degli 1N400X
/ 100 K 25 W (HV) (dove X è un numero da 1 a 7) o altri
\ 1 M 10 W (EHV) generici diodi raddrizzatori al silicio. I
| resistori devono essere idonei a lavorare alla
+-------+--------+ massima tensione prevista.
__|__ __|__ |
_\_/_ _/_\_ /
| | \ 100 Ohm
__|__ __|__ /
_\_/_ _/_\_ |
| | +----------+
__|__ __|__ __|__ __|__ Qualunque LED generico sprovvisto
_\_/_ _/_\_ _\_/_ LED _/_\_ LED di resistore interno. Se lo si
| | | + | - desidera, è possibile
__|__ __|__ +----------+ utilizzare colori differenti per
_\_/_ _/_\_ | distinguere la polarità.
Ingr.2 | | |
>-------+-------+--------+
(Pinzetta di massa)
Le due serie di quattro diodi ciascuna manterranno una caduta di tensione pressochè costante di circa 2,8/3 Volt attraverso la combinazione di LED e resistore, fintantochè la tensione in ingresso è superiore a circa 20 Volt. Per tale motivo la luminosità dei LED NON indica il valore di tensione del condensatore fino a che la tensione non scende al di sotto di circa 20 Volt. Al di sotto tale valore, la luminosità descresce fino a che i LED si spengono del tutto a circa 3 Volt.
Nota di sicurezza: assicuratevi sempre dell'avvenuta scarica con un voltmetro prima di toccare qualunque condensatore ad alta tensione!
Per il caso specifico dei condensatori principali di filtro montati negli alimentatori a commutazione, televisori e monitor, quanto segue è semplice ed efficace:
Da: Paul Grohe (grohe@galaxy.nsc.com)
Ho notato che una lampadina da notte da 4 Watt è di gran lunga migliore rispetto ad un semplice resistore, visto che fornisce una immediata indicazione visiva della carica residua, fino a meno di 10 Volt.
Quando la lampadina si spegne, è segno che la tensione è scesa a livelli non pericolosi. Lasciate quindi il circuito connesso per un altro po', e terminate l'opera con il classico cacciavite.
Questo tipo di lampadine è economico e facilmente reperibile. E' possibile realizzare dozzine di 'lampadine-test' da una vecchia serie di lampadine di Natale 'C7' (questa è la stagione!).
Nota dell'Editore: nei casi in cui sia coinvolto un duplicatore di tensione (o un ingresso a 220 Volt AC), utilizzate due di queste lampadine collegate in serie.
La ESR (Equivalent Series Resistance) è un importante parametro che caratterizza un condensatore: rappresenta l'effettiva resistenza risultante dalla combinazione di cablaggio, connessioni interne, armature, ed elettrolita (nel caso di un condensatore elettrolitico). La ESR influenza le prestazioni dei circuiti accordati (una ESR elevata riduce il fattore Q) e può provocare un funzionamento totalmente scorretto o instabile di dispositivi come alimentatori a commutazione e circuiti di deflessione nei televisori e monitor. Come ci si aspetterebbe, i condensatori elettrolitici tendono ad avere una ESR elevata in confronto agli altri tipi, anche se nuovi. Ad ogni modo, a causa della natura elettrochimica di un condensatore elettrolitico, la ESR può certamente variare, e non certo in meglio, col passar del tempo.
Quando si effettua la ricerca dei guasti negli apparecchi elettronici, si tenga presente che in particolare i condensatori elettrolitici possono degradarsi provocando un significativo ed inaccettabile aumento della ESR senza una similare riduzione della capacità in uF quando si effettua la misurazione con un tipico tester digitale provvisto di funzione di capacimetro, o finanche su un economico misuratore di LCR.
Esistono in commercio dei misuratori di ESR e kit di prezzo variabile da 50 a 200 dollari ed oltre. Ecco un paio di indirizzi dove dare uno sguardo:
Questi apparecchi sono in genere utilizzati anche per misurare le resistenze tipicamente molto ridotte di dispositivi o circuiti non induttivi (vengono utilizzate correnti alternate e quindi le misure di induttanza potrebbero risultare in letture poco accurate). Visto che la portata più bassa è di almeno 10 volte inferiore rispetto a quella di un tipico tester digitale (1 Ohm fondo scala, con risoluzione di 0,01 Ohm), è possibile utilizzarli per localizzare componenti in cortocircuito sui circuiti stampati.
Nota: collegate sempre i puntali di test direttamente sui terminali del condensatore se possibile. Qualunque cablaggio tra il vostro strumento ed il condensatore potrebbe influenzare le letture. Sebbene solitamente ciò non dovrebbe costituire un problema, altri componenti di bassa resistenza montati in parallelo con il condensatore da testare potrebbero provocare false indicazioni negative, per esempio un condensatore che risulta efficiente quando in realtà la sua ESR è eccessiva.
Da: Larry Sabo (ac274@FreeNet.Carleton.CA)
Considero il mio misuratore di ESR insostituibile per scoprire condensatori con elevata ESR, e non ho mai visto un condensatore in cortocircuito che non sia esploso. E' un piacere indescrivibile testare uno dietro l'altro tutti i condensatori montati in un alimentatore che non funziona e scoprire quelli guasti, tutto senza nemmeno toccare il saldatore.
Ci sono stati giorni in cui avrei voluto possedere un LC102 per le sue possibilità di misurazione delle perdite, ma nella mia limitata esperienza ritengo la figura del 10% elevata. Un LC102 riscuote approvazioni anche per il suo ringer di induttanza (collegato ad un oscilloscopio, visualizza una sinusoide in base alla quale è possibile stabilire lo stato dell'induttore), ma di sicuro si paga un prezzo elevato. Costruirà per prima cosa un gadget di Sam.
A proposito, ho costruito il mio misuratore di ESR da un kit acquistato dalla Dick Smith Electronics in Australia per 52,74 dollari Australiani + altri 25.00 per la spedizione. Sono state necessarie circa 8 ore per montarlo, ma io sono un gran somaro.
Da: Michael Caplan (cy173@FreeNet.Carleton.CA)
Prima di acquistare il mio misuratore di ESR mi sono sempre chiesto cosa fosse esattamente in grado di misurare. Cionondimeno, avendone sentito molto parlare, andai avanti e ne acquistai uno. Funziona, e questa è davvero la cosa più importante.
Una recente domanda a proposito di cosa venga esattamente misurato (DF o Q) ha nuovamente catturato il mio interesse. Penso di avere la risposta: ecco la mia interpretazione.
In sostanza, la ESR è senza dubbio correlata al Fattore di Dissipazione (DF), ma non si tratta dello stesso argomento. Un dispositivo per la misurazione del DF potrebbe non identificare prontamente un condensatore guasto come farebbe un misuratore di ESR, visto che la lettura è variabile e indiretta, come mi accingo a descrivere.
E' possibile immaginare un condensatore come composto da pura capacità (C) ed una qualche pura resistenza (R), entrambi gli elementi in serie. Un condensatore ideale dovrebbe presentare solo C, e nessuna R. Ad ogni modo, i terminali e le armature presentano una certa resistenza e contribuiscono al reale fattore R. Qualunque R in serie con C tende a ridurre l'abilità del condensatore di far passare la corrente in risposta al variare della tensione applicata, come nelle applicazioni di filtraggio o isolamento DC, e dissipa del calore che costituisce uno spreco e può portare al guasto del componente. Come nella ESR, un DF più basso (o Q più elevato, che è inverso) potrebbero essere uguagliati con migliori prestazioni, rimanendo costanti tutti gli altri parametri.
Iniziamo ora ad utilizzare un po' di matematica, limitandoci comunque alla teoria elettronica di base e relative formule, in modo tale che il discorso possa essere comprensibile da chiunque.
Il DF è definito come Rc/Xc, il rapporto tra la R (Rc) e la reattanza del condensatore (Rc). Maggiore la Rc, maggiore il DF e minore la qualità del condensatore. Tutto bene sin qui.
La reattanza (Xc) varia in funzione della frequenza. Xc=1/(2*pi*f*C). Quindi, al salire della frequenza, Xc scende. Ora ritorniamo alla formula per calcolare il DF. DF è funzione inversa di Xc. Al decrescere di Xc, cresce DF, e viceversa. Quindi DF varia proporzionalmente con la frequenza.
Ecco un esempio che utilizza il classico condensatore elettrolitico da 22 uF 16 Volt, che sembra essere troppo spesso guasto in molti alimentatori a commutazione.
A 1000 Hz, questo condensatore presenta una Xc di 7,2 Ohm. Se la Rc in serie è di soli 0,05 Ohms (abbastanza buona), allora il DF è di 0,0069.
A 50.000 Hz, questo stesso condensatore presenterebbe una Xc di soli 0,14 Ohm. A questa frequenza, il DF è di 0,36, ancora buona.
Ora, variamo la Rc da 0,05 a 25 Ohm. A 1000 Hz, DF = 3,4. A 50.000 Hz, DF = 178.
Vediamo quindi che il DF varia in funzione della frequenza di test. Maggiore la frequenza, maggiore il DF. Il DF misura la "qualità" del condensatore, ma la figura è valida solo alla frequenza di test. Un buon condensatore, con una Rc ideale uguale a zero, è caratterizzato da una DF di zero indipendentemente dalla frequenza.
Il DF può senza dubbio essere utilizzato per identificare un cattivo condensatore, ma l'utente deve interpretare il livello del DF misurato, che rivelerebbe un cattivo componente. Una tabella di valori DF 'ok/non ok' risulterebbe valida solo alla frequenza specificata. Come alternativa, l'utente può calcolare la Rc misurando innanzitutto sia DF che C e quindi, nota la frequenza di test, stabilire se la Rc risulta eccessiva. (Rc=DP*Xc).
Ad ogni modo, il sistema di misurazione della ESR adottato dai vari strumenti non sembra essere una funzione di Xc. Viene misurata la tensione ai terminali del condensatore, risultante dall'applicazione di un brevissimo impulso di corrente. Tale impulso non è sufficiente a caricare il condensatore, e quindi la tensione misurata ai terminali del componente è principalmente una funzione di Rx, che non è sensibile alle variazioni di frequenza. E, con le 'tavole' delle tipiche ESR (=Rc) fornite con i misuratori di ESR che ho avuto modo di vedere, non c'è alcun bisogno di effettuare ulteriori calcoli.
I misuratori di ESR non risultano affidabili in presenza di condensatori di capacità molto ridotta. In questo caso, i componenti si caricano maggiormente per via della corrente applicata nel momento in cui lo strumento campiona la tensione. Anche se la Rc è uno zero Ohm ideale, lo strumento legge la tensione accumulata dal condensatore e la interpreta come una ESR molto elevata (forse superiore al fondo-scala). Quindi il suo vantaggio, e la finalità primaria, consiste nel controllo degli elettrolitici che in genere risultano di capacità più elevata.
Nota: l'incapacità dei misuratori di ESR di controllare i condensatori di bassa capacità vale solo se lo strumento non è in grado di distinguere tra le tensioni in fase e quadratura, come in effetti accade. Se fosse in grado di rivelare solo la tensione in fase prodotta su Rx (in fase cioè con la corrente applicata), allora non risulterebbe affatto sensibile alla tensione ritardata (meno 90 gradi) accumulatasi sulle armature del condensatore.
Tutti i controlli da me effettuati con piccoli condensatori (di capacità inferiore a 0,001 uF) sembrano suggerire che il misuratore di ESR (di Bob Parker) non discrimina la fase, come lo stesso Bob Parker ha confermato. Si tratta di un grosso svantaggio. L'obiettivo del misuratore di ESR consiste nell'identificare i condensatori che si sono guastati, un caso più frequente con gli elettrolitici dove il dielectric compound tende ad essiccarsi. I condensatori più piccoli di solito non sono elettrolitici e quindi tendono a risultare relativamente stabili. I guasti in quest'ultimo caso (condensatori ceramici, mica, poliestere) consistono in condensatori aperti, in cortocircuito, o in perdita, tutti rilevabili con dispositivi per la misurazione di capacità o resistenza.
Sebbene le tecniche descritte in seguito possano almeno in principio essere applicate a qualsiasi condensatore, risultano maggiormente utili per i condensatori elettrolitici. Naturalmente, assicuratevi di osservare la polarità e la massima tensione di lavoro durante le misurazioni!
Da: Ron Black (ron.black@pstbbs.com)
Un sistema economico (pari al costo di un resistore) per misurare la ESR di un condensatore consiste nell'applicare un segnale ad onda quadra attraverso un resistore in serie con il condensatore che si intende misurare. Monitorate la forma d'onda del condensatore utilizzando un oscilloscopio. Quando si utilizza una frequenza ad onda quadra (alcuni KHz - non una in cui entri in gioco l'induttanza del circuito), si osserva una forma d'onda triangolare con uno step sulla transizione dell'onda quadra. L'ampiezza dello step è proporzionale alla ESR del condensatore. Calibrate il tutto aggiungendo un resistore di basso valore noto per simulare la ESR in serie con il condensatore. Si tratta di un approccio che non vi costa nulla se siete in possesso di un generatore di onde quadre, o ne potete costruire uno in economia.
Da: Gary C. Henrickson (gary@aloha.net)
Motivato dalle discussioni in corso sulle virtù del controllo della ESR, ho ordinato un valido misuratore di ESR. Mentre ero in attesa per il suo arrivo, una grossa pila di robaccia si stava accumulando nel mio laboratorio.
Per evadere velocemente queste riparazioni nel frattempo, ho costruito un 'misuratore di ESR' cablando l'uscita di un generatore di funzioni (50 Ohm) all'ingresso dell'oscilloscopio e, tramite un connettore a T, su un paio di sonde di test.
Con i terminali di test in cortocircuito, l'oscilloscopio visualizzava solo pochi millivolt. Con i terminali su un condensatore efficiente, pochi millivolt. Con i terminali su un condensatore guasto, una tensione molto superiore. I condensatori difettosi spuntavano fuori come pollici doloranti.
Wow, troppo bello. Controllo istantaneo a prova di stupido degli elettrolitici nel circuito (non alimentato). Vorrei averci pensato 50 anni prima.
Ho utilizzato 100 KHz e 5 Volt picco-picco. Con l'oscilloscopio regolato a 0,2Volt/divisione è anche possibile controllare i diodi circondati da trasformatori caratterizzati da bassa resistenza o induttori.
Nota dell'Editore: per escludere la possibilità di danni ai semiconduttori dovuti a tensione eccessiva, utilizzate un segnale di minore ampiezza, ammettiamo 0,5 Volt picco-picco, per i controlli ai componenti montati nel circuito. In questo modo si evita inoltre che la maggioranza delle giunzioni dei semiconduttori entrino in conduzione per confondere le vostre letture.
Da: Bert Christensen (70461.2507@compuserve.com)
Ho letto i vari messaggi a proposito dei misuratori di ESR e sebbene non metto in dubbio il loro valore nelle riparazioni elettroniche, penso che l'utilizzo di questi dispositivi aggiunga un passo aggiuntivo e secondo il mio modesto parere inutile. Il mio metodo per diagnosticare un eventuale elettrolitico guasto si riduce all'utilizzo di un oscilloscopio. Ricordando che gli elettrolitici lasciano passare la corrente alternata o i segnali attraverso di essi, un oscilloscopio dovrebbe mostrare *la stessa* forma d'onda su entrambi i lati del condensatore. Se si tratta di un condensatore di bypass a massa, allora la forma d'onda dovrebbe essere costituita semplicemente da una linea piatta su entrambi i lati; se si tratta di un condensatore di accoppiamento, la forma d'onda dovrebbe essere la stessa su sntrambi i lati.
Ci sono alcune eccezioni, una delle quali costituita dai condensatori utilizzati per il livellamento in a circuito verticale, ma applicazioni del genere sono davvero poche. La maggioranza degli elettrolitici sono utilizzati per accoppiamento o bypass.
L'utilizzo del 'mio' metodo basato sull'oscilloscopio presenta svariati vantaggi. Il primo risiede nel fatto che il condensatore viene testato dinamicamente nel circuito dove è montato, ed utilizzando i reali segnali ad esso applicati nel reale utilizzo. Il metodo è veloce perchè basta saltare da un componente all'altro (se avete scelto l'approccio scatter-gun) utilizzando semplicemente la sonda dell'oscilloscopio. Ma, cosa più importante, viene perfettamente integrato un approccio totalmente dinamico all'assistenza, che utilizza gli stessi segnali dell'apparecchio (o la mancanza degli stessi). Se state esaminando un circuito video, potreste trovare un condensatore aperto, un transistor interrotto, un circuito integrato difettoso utilizzando lo stesso strumento.
Ho gestito un centro assistenza per oltre 40 anni. Buona parte dei miei affari oggigiorno consistono nell'effettuare tough-dog service per altre aziende di assistenza.
Ma, devo ammettere che alcune volte riparo gli apparecchi semplicemente sostituendo i condensatori rigonfi. ;-}
Da: Clifton T. Sharp Jr. (clifto@megsinet.net)
Lavoro ancora abbastanza al punto che un giorno I'll break down e mi deciderà ad acquistare un misuratore di ESR (è mia abitudine arrendermi e concedermi proroghe con i giocattoli del mio "mestiere"). Per ora comunque il metodo più rapido che utilizzo è l'oscilloscopio. Funziona più o meno come segue:
Esamino con l'oscilloscopio il terminale positivo. E' presente una qualche tensione alternata significativa? In caso contrario, procedo col prossimo condensatore.
E' presente un valore di tensione alternata superiore a circa il 5% di quello della tensione continua? In caso contrario, prendo nota di questa posizione e proseguo col prossimo condesatore.
Esamino con l'oscilloscopio il terminale negativo. Il valore di tensione alternata è simile a quella presente sul terminale positivo? In caso affermativo, procedo col prossimo condensatore (se questo terminale risulta evidentemente connesso a massa, salto questo passaggio).
Spengo l'apparecchio; prendo nota della tensione; ponticello il condensatore con un'altro di valore simile e tensione di lavoro sufficiente (nota: assicuratevi che entrambi i condensatori siano scarichi! --- Sam).
Accendo l'apparecchio; esamino con l'oscilloscopio il terminale positivo. Noto una qualche significativa differenza? In caso negativo, prendo nota di questa posizione e procedo col prossimo condensatore.
Sostituisco il condensatore. Controllo il funzionamento dell'apparecchio. Se non va, procedo col prossimo condensatore.
Se tramite questo procedimento non riesco a beccare il componente guasto, spesso raggiungo lo scopio con un veloce ripasso delle posizioni delle quali ho preso nota. Questo risolve il 98% dei problemi che affliggono i condensatori. Non esaustivo o perfetto, e neppure vuole esserlo. Chiudere il coperchio prima di colpire. Probabilmente provoca il cancro nei ratti di laboratorio. La percentuale di successo può variare.
Da: Gary Woods (gwoods@albany.net)
Grazie ad un amico in possesso di uno scanner, gli schemi di un misuratore di ESR, teoria di funzionamento, e opuscoli (provenienti da una ditta che, ahimè, ha chiuso i battenti) sono adesso disponibili sulla mia pagina personale, all'indirizzo: http://www.albany.net/~gwoods/.
.Rilevanza da ancora di imbarcazione, sebbene il dispositivo sia a stato solido, è il sistema perfetto per controllare quei vecchi condensatori elettrolitici!
Da: John Whitmore (whit@hipress.phys.washington.edu)
Per prima cosa, vi occorre una fonte di ripple AC. Quindi, sintonizzatevi sulla frequenza che vi interessa (solitamente 100 Hz per i condensatori utilizzati come filtro sugli alimentatori) ed applicate sia una corrente alternata che una tensione continua di bias. Miasurate lo scostamento di fase tra corrente e tensione (per un condensatore ideale, si tratta di 90 gradi) e misurate la tensione indotta (per un condensatore ideale, ammonta a I*2*pi*f*C).
Prendete la tangente della differenza tra lo scostamento di fase e 90 gradi (si tratta di 'tan(delta)' e compare sul foglio di specifiche del condensatore...).
Quindi rimuovete la tensione alternata, ed aumentate la polarizzazione in corrente continua fino al valore di tensione impulsiva; misurate la corrente di perdita. Riducete la tensione di polarizzazione fino alla massima tensione di lavoro; misurate la corrente di perdita.
Aumentate la temperatura e ripetete le misurazioni di capacità, sfasamento, e tensione di lavoro alla massima temperatura per cui il condensatore è stato costruito.
Si, il procedimento è effettivamente abbastanza elaborato, ma si tratta dello stesso test utilizzato dai produttori.
Da: Jeroen H. Stessen (Jeroen.Stessen@ehv.ce.philips.com)
Ai condensatori elettrolitici piace lavorare al fresco! Se c'è qualcosa che questi condensatori non possono sopportare, è il calore, che li fa asciugare.
Esistono condensatori elettrolitici di (almeno) due differenti temperature massime di lavoro: 85 e 105 gradi Centigradi. Gli ultimi risultano ovviamente più resistenti alle alte temperature. Sfortunatamente tendono a presentare una maggiore ESR rispetto ai loro simili da 85 gradi Centigradi. Quindi, in un'applicazione dove il calore è causato da I^2 * dissipazione ESR, i condensatori da 105 gradi potrebbero in effetti costituire una scelta *peggiore*! Se il calore è dovuto ad una vicina aletta di raffreddamento, allora il tipo da 105 gradi rappresenta di sicuro la scelta migliore.
Da: Ralph W. M. (ralphwm@aol.com)
C'è un limite all'immagazzinamento dei condensatori elettrolitici. Questi componenti possono guastarsi (leggi essiccarsi) sugli scaffali, anche se non sono mai stati utilizzati/alimentati nemmeno una volta.
Tecnicamente, un elettrolitico "stantio" (più di un anno rispetto alla sua data di produzione) presenterebbe una eccessiva perdita DC, e andrebbe adeguatamente ricondizionato prima dell'utilizzo. In pratica, nel 99 per cento dei casi non si è mai trattato di un problema (l'unica eccezione è costituita dai critici circuiti di temporizzazione/ad accoppiamento diretto, molto rari oggiogiorno). Il caso peggiore con cui mi sono scontrato nell'installazione di un elettrolitico rimasto a lungo depositato è stato un circuito leggermente instabile per 15 minuti, ma che si è in seguito ripreso senza MAI manifestare nuovamente il comportamento iniziale (non accetto perà scommesse sul funzionamento di un eventuale componente cosà vecchio da essere coperto da "fibrisse").
Quando vecchio è davvero vecchio? Ritengo che fino a cinque anni sullo scaffale non dovrebbero in pratica costituire un problema. Ma dieci anni di inattività POTREBBERO scombussolare un po' la situazione.
Tecnicamente, se leggete i fogli di specifica dei condensatori elettrolitici, troverete che la migliore (cioè la più bassa) perdita DC non ha luogo fino a che il componente non è REALMENTE utilizzato per almeno il 10% della durata totale prevista: in genere un condensatore elettrolitico da 1.000 ore a 105C non raggiunge la minor perdita DC fino a che non viene utilizzato per 100 ore a 105C (o per 600 ore a 65C, ma questa conversione è un'altra storia).
In pratica, secondo me, il vasto ammontare di progetti circuitali e tipologie di circuiti attualmente realizzati sono caratterizzati da una tolleranza sufficiente per una perdita DC media, al punto che (oggigiorno), una perdita DC eccessiva/variabile raramente costituisce un problema.
Per quanto riguarda il "ricondizionamento" di apparecchi raramente utilizzati, male non fa.
"Sembra che io raccolga le storie (o si tratta del racconto di vecchie mogli?) sui condensatori elettrolitici che durerebbero più a lungo se venisse applicata una tensione ai terminali con una certa frequenza. Questo per me significa che i dispositivi utilizzati di rado andrebbero alimentati di tanto in tanto per farli durare più a lungo, e non lasciati a deposito sugli scaffali. Vero o falso?"
Una domanda che spesso viene posta (beh, almeno a volte) è come comportarsi con i condensatori elettrolitici montati in apparecchi molto vecchi. Sostituirli tutti?
Senza entrare in una discussione troppo vasta (continuate a leggere):
Non esiste alcuna regola generale.
In genere mi limito a controllare i condensatori e sostituire quelli che presentano capacità molto ridotta, ESR o perdita più elevate dopo aver dato loro il tempo per riformarsi.
Stavo giusto lavorando su uno stroboscopio Minox di 30 anni. I suoi elettrolitici sembrano perfetti come il giorno in cui sono stati prodotti.
Da: David Sherman (davids@virtual-cafe.com)
Mi occupo di elettronica da almeno 20 anni, ed ho originariamente imparato la materia su vecchi apparecchi militari surplus della seconda guerra mondiale, apparecchi al tempo economici. Da allora sono diventato un laureato in ingegneria elettronica, un ingegnere professionista ed un avido collezionista di roba vecchia. I progettisti dei più vecchi apparecchi militari spesso preferivano far spendere un sacco di soldi pur di evitare gli elettrolitici. Preferivano utilizzare un grosso induttore a due sezioni ed un paio di condensatori a carta e olio da 4 uF in un alimentatore piuttosto che un semplice grosso elettrolitico, perchè gli elettrolitici di allora tendevano ad "essiccarsi" e guastarsi col tempo.
Nei primi apparecchi elettronici di consumo ho spesso trovato condensatori elettrolitici guasti. La prima cosa da fare sulla roba vecchia è guardare se dai condensatori è fuoriuscito elettrolita o altra roba. Quindi, accendere l'apparecchio. Non è affatto raro a tal punto che un apparecchio rimasto da lungo inattivo bruci un condensatore con uno sbuffo di vapore! In questo modo saprete qual'è quello guasto. I condensatori di segnale (di accoppiamento, bypass emettitore/catodo, ecc) di solito non costituiscono un problema in quanto ai loro terminali non è applicata tanta tensione quanto i condensatori di filtro montati negli alimentatori. Dopo aver sostituito tutti i condensatori bruciati (e forse anche altri che lo sembrano) fornite nuovamente tensione. Se l'apparecchio non funziona, controllate le tensioni continue su tutti gli elettrolitici. Anche se non conoscete la loro funzione, tutti dovrebbero presentare una tensione continua della giusta polarità e di solito compresa entro una frazione della tensione di lavoro stampigliata sul componente. Inoltre tastate i componenti per controllare che non diventino bollenti. Penso che abbiate compreso l'idea.
Ed ora occupiamoci del recupero dei vecchi condensatori. Quelli costruiti a partire, forse, dal 1970, sono MOLTO migliori rispetto ai colleghi degli anni '40 e '50., e vale la pena di recuperarli tutti a meno che non presentino perdite eccessive o il tappo in gomma sia rigonfio verso l'esterno (più o meno come valutare una vecchia lattina di fagioli!). Non ho mai trovato un condensatore che si sia guastato per il solo immagazzinamento negli apparecchi costruiti dopo il 1970. Se preferite accertarvi dell'efficienza del componente prima di installarlo in un circuito, applicate semplicemente una tensione identica a quella di lavoro prelevandola da un alimentatore variabile (con la giusta polarità, naturalmente) e lasciate il tutto sotto tensione per alcuni minuti. Se è possibile limitare la corrente sull'alimentatore ad un basso valore, eviterete una esplosione potenzialmente disastrosa. Applicare una tensione continua costituisce in effetti una buona procedura, nota come "ricondizionamento" del condensatore, visto che ricostruisce il film di ossido isolante sul foglio di alluminio.
Da: John Popelish (jpopelish@rica.net)
Negli elettrolitici esistono almeno due distinti meccanismi di consumo: uno è costituito dalla perdita di elettrolita dal contenitore. Tale fenomeno è aggravato da calore e sigilli di scarsa qualità, e quindi varia enormemente in base alla qualità del package originale ed aspetti come temperatura ambientale e riscaldamento interno provocato da corrente di ripple. Se i condensatori sono conservati al fresco, possono rimanere umidi per ben oltre 10 anni. Il secondo meccanismo è costituito dal deterioramento dell'ossido, ed è dovuto ad una componente termica ed una di bias. Il calore accellera il deterioramento durante l'immagazzinamento, ed anche la mancanza di tensione di polarizzazione accellera la perdita. Ho l'abitudine di alimentare gli apparecchi molto vecchi tramite un variac la prima volta che li riaccendo, applicando una tensione non superiore a circa il 70% di quella di rete per un certo tempo, controllando che i condensatori non si riscaldino troppo. Se tutto sembra a posto, aumento lentamente la tensione di rete fino a quella nominale nel corso di circa un'ora. In questo modo è consentito un qualche recupero di ossido senza che si verifichi un catostrofico aumento di temperatura. Non è stato necessario sostituire i condensatori all'ingrosso a meno che l'affidabilità non fosse di primaria importanza (casi in cui un successivo malfunzionamento sarebbe risultato molto più costoso rispetto al costo di tutti i condensatori).
Sono state messe lì per incanalare i detriti in una ben precisa direzione nel caso in cui il condensatore dovesse trasformarsi in una bomba. Davvero :-).
Ad ogni modo, condensatori che esplodono non sono affatto comuni in apparecchi ben progettati (beh, fatta eccezione per quel programmatore di EPROM con un condensatore elettrolitico al tantalio montato al contrario dalla fabbrica. Sei mesi più tardi - K-Blam!)
Da: Gary Woods (gwoods@wrgb.com)
Se date uno sguardo ad un catalogo DigiKey, è riportato in dettaglio il 'Vent Test' in cui un condensatore elettrolitico viene sovraccaricato in un modo specifico ed il contenitore cede espellendo il materiale *solo* attraverso quella porzione intagliata. Sembra come materiale per un'altra leggenda urbana; come il fornitore che controllava con cura che ciascun fusibile in arrivo si interrompesse nel tempo e nel sovraccarico previsti. Naturalmente, la gente che provava ad *utilizzare* questi fusibili non apprezzava di certo il successo con cui avevano superato il test!
E' possibile realizzare un vent test collegando un condensatore elettrolitico ad un 'cordone da suicidio' e collegandolo alla rete a 110 Volt AC. Divertente (NON vi raccommando di farlo, e NON mi ritengo responsabile!).
E' possibile incontrare condensatori elettrolitici non polarizzati in alcuni apparecchi, di solito televisori o monitor, sebbene a volte spuntino fuori anche in videoregistratori o altri dispositivi. Quelli di grossa capacità si trovano anche in applicazioni come l'avvio di motori. Di solito questo tipo di condensatori va sostituito con componenti non polarizzati. Visto che i tipi polarizzati sono in genere molto più economici, state certi che il produttore li avrebbe utilizzati se fosse stato possibile.
Per i piccoli condensatori, diciamo da 1 uF o meno, un tipo non elettrolitico risulterà molto soddisfacente se la sua dimensione (di solito molto maggiore) non costituisce un problema.
Esistono svariati approcci nell'utilizzo di normali condensatori elettrolitici polarizzati per costruire un tipo non polarizzato.
Nessuno di essi è davvero eccezionale, e l'ottenimento di un idoneo ricambio costituisce sempre il miglior sistema. Nella seguente discussione, si suppone che occorra un condensatore non polarizzato da 1000 uF, 25 V.
Ecco tre semplici approcci:
Collegare in serie back-back due condensatori elettrolitici di capacità doppia rispetto a quella desiderata, ed almeno uguale tensione di lavoro:
- + + -
o----------)|-----------|(-----------o
2.000 uF 2.000 uF
25 V 25 V
Non importa quale dei segni (+ o -) sia accoppiato, a condizione che siano segni identici.
L'accresciuta perdita in direzione inversa tenderà a caricare il nodo centrale, e quindi i condensatori saranno polarizzati con la giusta polarità. Ad ogni modo, a volte una qualche tensione inversa è inevitabile. Per i circuiti di segnale, tale condizione è probabilmente accettabile, ma da utilizzare con cautela negli alimentatori ed altre applicazioni di alta potenza.
Collegare in serie back-back due condensatori elettrolitici di capacità doppia rispetto a quella desiderata, ed almeno uguale tensione di lavoro. Per minimizzare qualsiasi significativa tensione inversa sui condensatori, aggiungere un paio di diodi:
+---|>|----+----|<|----+
| - + | + - |
o-----+----)|----+-----|(----+------o
2.000 uF 2.000 uF
25 V 25 V
Osservate che inizialmente la fonte vede una capacità uguale alla piena capacità (non la metà). Ad ogni modo, i diodi fanno caricare il nodo centrale con una tensione positiva (in questo esempio) fino al punto in cui i diodi non conducono nello stato di equilibrio.
Ad ogni modo, si verificherà una qualche non-linearità nel circuito in condizioni di transienti (e per via della perdita che tende a scaricare i condensatori), quindi utilizzate l'approccio con cura. I diodi devono essere in grado di far passare la corrente di picco senza danneggiarsi.
Collegare in serie back-back due condensatori elettrolitici di capacità doppia rispetto a quella desiderata, almeno uguale tensione di lavoro, e polarizzare il punto centrale con una fonte di tensione positiva o negativa maggiore rispetto al massimo segnale previsto per il circuito:
+12 V
o
|
/
\ 1K
/
- + | + -
o----------)|-----+-----|(-----------o
2.000 uF 2.000 uF
35 V 35 V
Il valore del resistore dovrebbe essere elevato se confrontato all'impedenza del circuito di pilotaggio, ma basso in confronto alla perdita dei condensatori. Naturalmente, la tensione massima di lavoro dei condensatori deve risultare maggiore del bias sommato al valore di picco del segnale nella direzione opposta.
Da: Nicholas Bodley (nbodley@tiac.net)
Nelle scorse due settimane circa (data attuale: 11 Agosto 1997), probabilmente incitato da un articolo pubblicato su EE Times, effettuo una ricerca su Excite per 'supercapacitors' e 'ultracapacitors', ed osservo che cliccando sull'opzione 'More Like This option', i risultati sono sempre gli stessi.
Comunque:
Quello che ho trovato è stato affascinante per un veterano. La tecnologia dei condensatori è ora giunta al punto in cui è possibile effettuare il livellamento del carico per estendere la durata delle batterie per veicoli elettrici. L'alta potenza necessaria per l'accellerazione di questi veicoli può essere fornita da un supercondensatore, che risulta anche in grado di assorbire l'energia per far funzionare un sistema di frenaggio rigenerativo, in modo da limitare l'altrimenti molto elevata corrente di carica per la batteria.
Ho anche appreso di un'automobile elettrica sperimentale Mazda che utilizza i supercondensatori in questo modo. E' chiamata, che ci crediate o no, the Bongo Friendee. Non sto scherzando (ho una collezione di altri 7 o 8 di simili denominazioni...).
Erano menzionati condensatori da 1.800 Farad a 2,3 Volt. Yup, siamo giunti nell'era dei kilofarad, gente! Il banco di condensatori era composto da un totale di 80 pezzi, in gruppi di due in parallelo, 40 gruppi in serie. Tensione totale 92 Volt.
Altre specifiche carpite nell'esplorazione:
Gli ultracondensatori hanno ora potenze comprese tra 0,1 e 8 kWh (Kilowatt-ora).
Alcuni sono costruiti in carbon aerogels (that must not be news...)
La Maxwell ha un gruppo di 8 celle da 24 Volt, bipolari, 4,5 Wh/Kg. La stessa azienda produce anche una cella monopolare (?) da 2.300 Farad, 3 Volt, 5 Wh/Kg, in grado di erogare oltre 100 Ampere!
Alcuni ultracondensatori apparentemente (quasi certamente) non utilizzano una tecnologia a doppio strato elettrico, ma piuttosto un gran numero di strati alterni di conduttore e dielettrico, sovrapposti 'con lo spessore di una carta di credito'. Alcune menti aguzze hanno trovato il modo di realizzare uno strato dielettrico 'intrinsecamente esente da difetti'. Questi condensatori, quasi certamente, utilizzano conduttori metallici, e presentano una induttanza abbastanza ridotta.
E' possibile costruire condensatori multistrato a film sottile fino a 25 cm^2, 1.200 Volt (!), e immagazzinare 10 Joule/cm^2 applicando una tensione inferiore a quella di rottura.
Ho anche appreso dell'altro, anche se considerando l'argomento potrebbe trattarsi di una ripetizione: condensatori 'carbon aerogel' che possono arrivare a 40 F/cm^3; funzionano in modo eccellente anche a -30 gradi C, e possono gestire potenze superiori a 7kW/kg. Si autoscaricano in tempi nell'ordine di settimane.
Ho trovato queste informazioni eccezionalmene avvincenti. Quando avrà un lavoro decente, mi comprerà un condensatore Elna da 100 Farad.
A proposito, sapevate che un tester digitale utilizza un supercondensatore per l'alimentazione? Penso che secondo le specifiche una carica di 3 minuti sia sufficiente per 3 ore di funzionamento.