Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Układy półprzewodnikowe pełniące ważne funkcje pomocnicze w układach lampowych.

Moderatorzy: gsmok, Romekd, tszczesn

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 949
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Einherjer » czw, 25 sierpnia 2016, 23:14

Mimo to kondensatory z nieco lepszej "ferroceramiki" (X7R, X5R) stosuje się często jako sprzęgające, pod warunkiem że przenoszone częstotliwości sygnału leżą zdecydowanie powyżej dolnej częstotliwości granicznej, wyznaczanej przez pojemność kondensatora i rezystancje w układzie, czyli gdy kondensator ma spory zapas pojemności (kiedyś wrzuciłem gdzieś na "Triodzie" link do artykułu opisującego te zagadnienia).
Również kondensatory elektrolityczne mogą wprowadzać niewielkie, ale mierzalne, zniekształcenia sygnałów o częstotliwościach zbliżonych do częstotliwości granicznej. Pisał o tym Douglas Self.
cap_test.png
cap_dist.png

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » pt, 26 sierpnia 2016, 07:58

Czołem.
Einherjer pisze:Również kondensatory elektrolityczne mogą wprowadzać niewielkie, ale mierzalne, zniekształcenia sygnałów o częstotliwościach zbliżonych do częstotliwości granicznej. Pisał o tym Douglas Self.
Możesz podrzucić linka do całego artykułu. Chciałbym poznać układy testowe (typy badanych kondensatorów i aparaturę pomiarową) oraz warunki, w jakich wykonywane były te testy. Zmierzone wartości zniekształceń są bardzo małe i przy tych poziomach niemożliwe do wykrycia przez ludzki słuch.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 949
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Einherjer » pt, 26 sierpnia 2016, 10:18

Zamieszczony schemat i wykres pochodzą z książki "Small Signal Audio Design". Mogę wieczorem zamieścić większy fragment. O ile pamiętam opisuje użyte kondensatory jako "zwykłe na 85 st. C", nie podaje producenta, ale pisze, że kondensatory innych producentów zachowywały się podobnie. Sprzęt pomiary to analizator Audio Precision.

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » pt, 26 sierpnia 2016, 10:29

A pamiętasz czy kondensator ze schematu powyżej był podczas testu spolaryzowany jednocześnie napięciem stałym, tak by nie dopuszczać do odwracania się biegunowości napięcia na jego wyprowadzeniach? Czyli np. podajemy na kondensator składową stałą 30 V i dopiero na nią nakładamy 5, 10 i 20 V (RMS) sygnału sinusoidalnego i badamy na wyjściu poziom zniekształceń nieliniowych. Czy tak to było przeprowadzane, czy jednak bez składowej stałej?

Oczywiście bardzo proszę, jeśli to możliwe, o większy fragment materiału.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
EDIT:
Właśnie sprawdziłem prąd upływności kondensatora 220 μF/385 V (z poprzedniej strony wątku), zasilanego napięciem 320 V (minęło ok. 18 godzin od jego podłączenia). Od rana kondensator podłączony jest z zasilaczem przez rezystor 1MΩ (wcześniej rezystor miał wartość 1kΩ). Spadek napięcia na rezystorze wynosi obecnie 130 mV, co oznacza, że prąd upływności kondensatora wynosi 130 nA. rezystancja dielektryka w kondensatorze osiągnęła więc wartość 2,46 GΩ. Ciekawe czy do końca trwania testu jeszcze wzrośnie?

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » pt, 26 sierpnia 2016, 21:59

Jado pisze:Bardzo ciekawym zjawiskiem jest też absorpcja dielektryczna. Bardzo łatwo to zjawisko zaobserwować - wystarczy potrzymać trochę pod napięciem kondensator elektrolityczny np. 100uF.
Potem się go rozładowuje zwierając jego nóżki na krótko. Po ich rozwarciu okazuje się, że na kondensatorze zaczyna "odżywać" napięcie i po pewnym czasie kondensator częściowo jest znowu naładowany, choć do niższego napięcia. A niby ładunek powinien z niego zejść po pełnym zwarciu :roll:
Po 25. godzinach ładowania prąd upływności spadł do ok. 108 nA (oporność kondensatora osiągnęła ok. 3 GΩ). Kondensator rozładowałem żarówką 230 V/100 W (5 sekund), a po odczekaniu trzech minut zmierzyłem na nim napięcie. Osiągnęło ono wartość 15,5 V, czyli ok. 5% wartości sprzed rozładowania - spodziewałem się wyższego... Teraz odczekam 10 godzin i powtórzę pomiar.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dodano (27.08.16, godz. 9:10):

Po 10. godzinach napięcie na kondensatorze wynosiło 27,8 V, co stanowi 8,7% wartości, którą miał kondensator przed rozładowaniem. Jak widać nie ma ryzyka porażenia prądem, wskutek ładunku zgromadzonego w kondensatorze dzięki zjawisku absorpcji dielektrycznej. Piszę o najczęstszych przypadkach, a nie o jakiejś dużej baterii kondensatorów naładowanych wcześniej do wielu kilowoltów (np. w stopniach mocy nadajników lub używanych w energetyce)... Natomiast są możliwe uszkodzenia czułych elementów elektronicznych (półprzewodników), w razie zrobienia zwarć, mimo wcześniejszego rozładowania kondensatorów elektrolitycznych...


Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
Jado
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1590
Rejestracja: pn, 15 maja 2006, 10:06
Lokalizacja: Warszawa
Kontakt:

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Jado » sob, 27 sierpnia 2016, 18:06

Czyli na szczęście nie musimy się martwić o zagrożenie zdrowia :D

Ja tymczasem zrobiłem inne doświadczenie. W pracy trafił się zasilacz (przetwornica) z uszkodzonym elektrolitem - spuchniętym (wybrzuszenie góry jak i dołu kondensatora). Po wymianie przetwornica ożyła.

Postanowiłem więc porównać parametry tak ewidentnie niesprawnego kondensatora ze sprawnym, w nadziei, że uda się wychwycić charakterystyczne objawy uszkodzenia (bo nie każdy uszkodzony kondensator musi spuchnąć - ale pomiar mógłby ew. wykazać winowajcę).
Kondensator o pojemności znamionowej 100uF/400V. Pomiar przy f=100Hz

Parametry uszkodzonego: C = 87uF, D = 0,062, Q = 16, ESR = 1,1R
Parametry dobrego: C = 107uF, D = 0,038, Q = 26, ESR = 0,5R

Jak widać parametry są trochę pogorszone - zwłaszcza ESR, bo pojemność to chyba mieści się jeszcze w granicy tolerancji.

Jednocześnie okazało się, że jak porównywać zły z dobrym, to tylko kondensatory o tej samej pojemności i na to samo napięcie, bo już np. sprawny kondensator 100uF/350V wykazuje ESR = 0,7-0,8R, a im mniejsze napięcie pracy tym ESR rośnie - malutkie kondensatorki 100uF/16 wykazują już ESR =1,1.
Pomiar prądu upływności nie wykazał jakiegoś znaczącego wzrostu w uszkodzonym kondensatorze.

Przy okazji okazało się, że pomiarów prądu upływności można dokonywać wyłącznie mając do dyspozycji zasilacz o dobrej stabilizacji napięcia.
Początkowo użyłem swojego niestabilizowanego zasilacza anodowego (trafo, prostownik, kondensatory, dławiki) i bardzo się zdziwiłem ciągłym wahaniom prądu pokazywanym przez miernik :shock:
Nie był to jednak prąd upływności (tzn. jego składowa też się gdzieś tam do pomiaru dodawała), a głównie prąd wyrównawczy doładowywania/rozładowywania kondensatora w momentach wahań napięcia sieci 230V.
Jak się okazuje w sieci mamy non stop małe wahania napięcia, które prawie niewidoczne przy pomiarze woltomierzem, doskonale są widoczne w układzie pomiaru prądu kondensatora (kondensator + rezystor szeregowo, pomiar napięcia na rezystorze). Mogłem to dokładnie zaobserwować w momencie lokalnego włączenia odkurzacza - wówczas wahnięcie było szczególnie wyraźne.
Natomiast włączenie neonówki stabilizacyjnej znacznie już te wahania zmniejszyło, choć nie całkiem - ale wiadomo, że neonówka nie jest doskonałym stabilizatorem.
Tak więc pomiar nA tylko przy bardzo dobrej jakości stabilizatorze :!:
Pozdrawiam

Jado.

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » ndz, 28 sierpnia 2016, 10:00

Czołem.
Jado pisze:Ja tymczasem zrobiłem inne doświadczenie. W pracy trafił się zasilacz (przetwornica) z uszkodzonym elektrolitem - spuchniętym (wybrzuszenie góry jak i dołu kondensatora). Po wymianie przetwornica ożyła.

Postanowiłem więc porównać parametry tak ewidentnie niesprawnego kondensatora ze sprawnym, w nadziei, że uda się wychwycić charakterystyczne objawy uszkodzenia (bo nie każdy uszkodzony kondensator musi spuchnąć - ale pomiar mógłby ew. wykazać winowajcę).
Kondensator o pojemności znamionowej 100uF/400V. Pomiar przy f=100Hz

Parametry uszkodzonego: C = 87uF, D = 0,062, Q = 16, ESR = 1,1R
Parametry dobrego: C = 107uF, D = 0,038, Q = 26, ESR = 0,5R

Jak widać parametry są trochę pogorszone - zwłaszcza ESR, bo pojemność to chyba mieści się jeszcze w granicy tolerancji.
Dziwna sytuacja. Kondensator o pojemności 100 μF na napięcie 400 V o szeregowej rezystancji 1 Ω wcale nie jest aż tak zły, by spowodować przerwanie pracy małej przetwornicy (duża na pewno miałaby kondensator o większej pojemności...). Często nowe kondensatory 100 μF/400 V mają ESR na poziomie 0,5...0,8 Ω (pomiar przy 100 Hz), natomiast wybrzuszone, wylane lub wyschnięte mogą mieć kilkadziesiąt lub więcej omów. Spuchnięcie obudowy mogło nastąpić przy wzroście napięcia w sieci elektrycznej lub wskutek pracy w wysokiej temperaturze. W niektórych przetwornicach montowany jest przełącznik napięcia 115/230 V, załączający podwajacz napięcia przy ustawieniu na 115 V i przy takim pomyłkowym przełączeniu główne kondensatory po stronie pierwotnej potrafią spuchnąć, a po dłuższej chwili eksplodować... Widziałem wiele spuchniętych kondensatorów w sprzęcie, który przetrwał chwilowy wzrost napięcia z 230 do 300...400 V (odłączyło się "zero", lub zarzuciło przewody - zero się upaliło, a do domu dostały się dwie fazy). Co ciekawe kondensator w takim sprzęcie często spuchł i się rozszczelnił, ale nie dostał zwarcia i po powrocie wartości napięcia do 230 V pracował jeszcze kilka miesięcy, stopniowo wysychając (na ekranie telewizora stopniowo powiększał się ciemniejszy poziomy pas, powoli przemieszczający się pionowo po ekranie. Gdy użytkownikowi bardzo już przeszkadzał, ten przywoził telewizor do naprawy. W takich sytuacjach przetwornica telewizora jeszcze pracowała, choć ESR kondensatora wynosiło już kilkanaście lub kilkadziesiąt omów... U Ciebie przetwornica przestała startować gdy ESR kondensatora nieznacznie przekroczyło 1 Ω, co mnie trochę dziwi :wink: Mam u siebie nowe kondensatory elektrolityczne (fakt, marnych producentów...), które fabrycznie mają ESR=1 Ω i pojemność ok. 80 μF (100 μF/400 V). ESR małych standardowych kondensatorów 100 μF, o dopuszczalnym napięciu 16...25 V, może wynosić od ok. 0,15 do 0,5 Ω, kondensatory-miniaturki (niskie) o tej pojemności i napięciu mają ESR=0,5...1,5 Ω, a specjalne Ultra Low ESR (z elektrolitem suchym) mogą mieć od kilku do kilkudziesięciu mΩ. Kiedyś podawałem już parametry kondensatorów 100 μF (rzeczywistą pojemność, ESR, prądy upływności, stratność):

viewtopic.php?p=154469#p154469
viewtopic.php?p=154581#p154581

Na poprzedniej stronie tego wątku zachwalałem kondensatory ceramiczne MMLC z materiału X7R i X5R o dużych pojemnościach, będąc przekonanym, że producenci dokonali niesamowitego skoku jakościowego w technologii produkcji tych elementów. Niestety nie wszystko wygląda tak pięknie. Dobrze wyglądają tylko noty katalogowe, a rzeczywiste parametry są zdecydowanie gorsze, a niektóre z nich wręcz beznadziejne. Wielu producentów najzwyczajniej robi nas w "konia" (najdelikatniej to nazywając), nie podając rzeczywistych cech swoich wyrobów. Poniżej linki do not katalogowych trzech dużych producentów (AVX, KEMET, MURATA):

http://www.tme.eu/pl/Document/73f8fd69a ... VX-X5R.pdf
http://www.kemet.com/Lists/ProductCatal ... 5R_SMD.pdf
http://www.tme.eu/pl/Document/e3e731e59 ... TA_GRM.pdf

Można w nich znaleźć dużo informacji o zaletach płynących ze stosowania tych kondensatorów - niska impedancja, brak biegunowości, niezła tolerancja pojemności (5, 10 i 20%; w przypadku kondensatorów blokujących 20% też jest do zaakceptowania). Są po prostu "SUPER" :wink: Z poniższego wykresu możemy się np. dowiedzieć, że w zakresie temperatur 0...40°C pojemność pozostaje niemal niezmienna:
AVX_X5R.png
Dopiero w nocie aplikacyjnej produktów firmy Samsung można znaleźć nieco więcej "ciekawych" informacji:
http://www.tme.eu/pl/Document/4a42202b3 ... ip-cap.pdf
Np. te wykresy:
SAMSUNG_CER.png
Producenci celowo ukrywają niewygodne dla siebie informacje, choć niektórych dociekliwych może np. zainteresować fakt, że pojemność podawana jest przez producenta tylko dla napięcia 0 V...

Zmierzyłem kilkadziesiąt kondensatorów kupionych jako 10 μF/25 V ±10% (z ceramiki X5R) jednego z wymienionych przeze mnie producentów. Żaden z kondensatorów nie miał pojemności większej od 8 μF (namęczyłem się, szukając takiego ustawienia parametrów mostka RLC, by wskazania pojemności były jak największe...). Połączyłem dwa z nich szeregowo, podając na środek (przez rezystor 100 kΩ) regulowane napięcie stałe. Przy 12 V pojemność każdego z kondensatorów spadła z 8 do 4 μF, a przy 25 V była już mniejsza od 2 μF (mostek wskazał 960 nF dla dwóch połączonych szeregowo kondensatorów). Oznacza to, że przy dopuszczalnym napięciu rzeczywista pojemność kondensatorów była niższa od deklarowanej przez producenta o ponad 80%. Niepodanie tego faktu przez producenta w nocie katalogowej uważam za kpinę... :? Bezczelnie robią sobie z kupujących "jaja"...
Nieco na ten temat pod linkiem poniżej:

https://www.maximintegrated.com/en/app- ... vp/id/5527

Jado pisze:Tak więc pomiar nA tylko przy bardzo dobrej jakości stabilizatorze :!:
No tak to już jest, że im bardziej "subtelne" parametry chcemy badać, tym bardziej wyrafinowanej potrzebujemy do tego aparatury. Jednak do pomiaru prądu upływu w zakresie kilkudziesięciu nA wystarczy nawet zabytkowy zasilacz Inco Z-5001. Przy jeszcze mniejszych wartościach mierzonych prądów szumy i fluktuacje napięcia Z-5001 zaczynają nieco przeszkadzać. Poza tym prąd upływności kondensatorów nie jest stały w czasie i również "szumi" :wink:

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
Jado
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1590
Rejestracja: pn, 15 maja 2006, 10:06
Lokalizacja: Warszawa
Kontakt:

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Jado » ndz, 28 sierpnia 2016, 17:39

Romekd pisze: Dziwna sytuacja. Kondensator o pojemności 100 μF na napięcie 400 V o szeregowej rezystancji 1 Ω wcale nie jest aż tak zły, by spowodować przerwanie pracy małej przetwornicy (duża na pewno miałaby kondensator o większej pojemności...). Często nowe kondensatory 100 μF/400 V mają ESR na poziomie 0,5...0,8 Ω (pomiar przy 100 Hz), natomiast wybrzuszone, wylane lub wyschnięte mogą mieć kilkadziesiąt lub więcej omów.
Spuchnięcie obudowy mogło nastąpić przy wzroście napięcia w sieci elektrycznej lub wskutek pracy w wysokiej temperaturze.
No właśnie - pomiar nie wykazuje aż tak dużych odchyłek w parametrach kondensatora. Jednak niektóre przetwornice są dosyć kapryśne - mam taką jedną firmy Tatarek (wtyczkowa) - jak się ustawi PR-kiem regulującym napięcie wyjściowe zbyt skrajną wartość, to przetwornica już nie startuje.
Prawdopodobnie i tutaj jest podobnie - parametry nie zmieniły się aż tak dużo, ale za to wszystkie i to już wystarczy aby przetwornica nie chciała wystartować.
No i w sumie dobrze :) , bo kondensator jest niesprawny, a dalsze użytkowanie takiej przetwornicy mogło by spowodować jego wybuch lub dalsze uszkodzenie elektroniki przetwornicy.
Na poprzedniej stronie tego wątku zachwalałem kondensatory ceramiczne MMLC z materiału X7R i X5R o dużych pojemnościach, będąc przekonanym, że producenci dokonali niesamowitego skoku jakościowego w technologii produkcji tych elementów. Niestety nie wszystko wygląda tak pięknie. Dobrze wyglądają tylko noty katalogowe, a rzeczywiste parametry są zdecydowanie gorsze, a niektóre z nich wręcz beznadziejne. Wielu producentów najzwyczajniej robi nas w "konia" (najdelikatniej to nazywając), nie podając rzeczywistych cech swoich wyrobów.
No właśnie - człowiek się łapie na "postęp technologii" i wierzy, że cuda są możliwe ;-) Tak samo na początku było z urządzeniami "o mocy 100W P.M.P.O." - zwłaszcza jak były to pierwsze tego typu urządzenia pojawiające się w Polsce po 89 roku. Człowiek sobie myślał: "cholercia, ale postęp - takie małe, lekkie, a ma 100W :shock: "
Dopiero jak się przyjrzał transformatorowi zasilającemu o mocy 10W, to się orientował, że to ściema.
Producenci celowo ukrywają niewygodne dla siebie informacje, choć niektórych dociekliwych może np. zainteresować fakt, że pojemność podawana jest przez producenta tylko dla napięcia 0 V...
Zmierzyłem kilkadziesiąt kondensatorów kupionych jako 10 μF/25 V ±10% (z ceramiki X5R) jednego z wymienionych przeze mnie producentów. Żaden z kondensatorów nie miał pojemności większej od 8 μF (namęczyłem się, szukając takiego ustawienia parametrów mostka RLC, by wskazania pojemności były jak największe...). Połączyłem dwa z nich szeregowo, podając na środek (przez rezystor 100 kΩ) regulowane napięcie stałe. Przy 12 V pojemność każdego z kondensatorów spadła z 8 do 4 μF, a przy 25 V była już mniejsza od 2 μF (mostek wskazał 960 nF dla dwóch połączonych szeregowo kondensatorów). Oznacza to, że przy dopuszczalnym napięciu rzeczywista pojemność kondensatorów była niższa od deklarowanej przez producenta o ponad 80%. Niepodanie tego faktu przez producenta w nocie katalogowej uważam za kpinę... :? Bezczelnie robią sobie z kupujących "jaja"...
Reklama dźwignią handlu, a nie będą przecież podawać informacji dla nich niewygodnych :evil:
Zresztą - miernik RLC mierzy przy napięciu 0V, więc wykaże prawidłową wartość. Dopiero dociekliwy będzie w stanie (o ile przyjdzie mu to do głowy) zmierzyć pojemność w rzeczywistych warunkach pracy kondensatora.
I się zdziwi :shock:

Z tego co piszą w tym linku poniżej, to kondensator o pojemności znamionowej 4,7uF ma przy napięciu 12V pojemność 0,33uF :shock: No ładna niespodzianka :-) Mówimy więc o teoretycznej, wirtualnej pojemności kondensatora, bo przecież musi pracować on przy jakimś większym od 0 napięciu.

Druga sprawa - im mniejsze wykonanie kondensatora, tym większa jego zmiana pojemności w funkcji napięcia.
Ostatnio stosowałem kondensatory 100nF w wersji 0402 do odsprzęgania linii zasilania mikroprocesorów (im mniejszy tym łatwiej ominąć go innym ścieżkom - gdy jest od nich gęsto). Ciekawe jaką pojemność one naprawdę mają przy napięciu 3,3V (niestety nie znam producenta - kupowane dawno w RCS'ie).

Musiałby zmierzyć - czy ta metoda połączenia dwóch kondensatorów szeregowo i podania na jeden napięcia, nie ogłupia czasem miernika RLC? Kiedyś przez przypadek nie rozładowałem do końca kondensatora elektrolitycznego (a może napięcie na nim "odbiło" do 3V) i miernik pokazał mi pikofarady - jakbym nie podłączył żadnego kondensatora. Dla pewności można by porównać pomiar z innego rodzaju kondensatorami np. tantalowymi - czy wówczas, mimo podania napięcia, miernik nie będzie pokazywał zmian pojemności.
Pozdrawiam

Jado.

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 949
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Einherjer » ndz, 28 sierpnia 2016, 23:08

Dodaję obiecany fragment książki "Small Signal Audio Design" Douglasa Selfa. Nie pokazuje on analizy wpływu napięcia polaryzacji na zniekształcenia, ale powołuje się na artykuły autorstwa Cyrila Batemana, który sprawę przebadał bardzo szczegółowo. Artykuły są ciekawe, ale dopiero się w nie wgryzam. Myślę, że Kolegów też zainteresują: http://www.proaudiodesignforum.com/foru ... 53&start=2 oraz https://linearaudio.nl/cyril-batemans-c ... d-articles
Załączniki
caps.pdf
(145.03 KiB) Pobrany 45 razy

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » pn, 29 sierpnia 2016, 21:11

Czołem.
Jado pisze:Reklama dźwignią handlu, a nie będą przecież podawać informacji dla nich niewygodnych :evil:
Zresztą - miernik RLC mierzy przy napięciu 0V, więc wykaże prawidłową wartość. Dopiero dociekliwy będzie w stanie (o ile przyjdzie mu to do głowy) zmierzyć pojemność w rzeczywistych warunkach pracy kondensatora.
I się zdziwi :shock:

Z tego co piszą w tym linku poniżej, to kondensator o pojemności znamionowej 4,7uF ma przy napięciu 12V pojemność 0,33uF :shock: No ładna niespodzianka :-) Mówimy więc o teoretycznej, wirtualnej pojemności kondensatora, bo przecież musi pracować on przy jakimś większym od 0 napięciu.
Jakby na to nie patrzeć, jest to jednak krętactwo. Podaje się wpływ temperatury oraz mało istotne bzdety, a przemilcza ogromny wpływ na siebie dwóch kluczowych parametrów kondensatora. Okazuje się, że miniaturyzując element drastycznie ogranicza się możliwość magazynowania w nim energii, a przecież to jedno z podstawowych zadań kondensatora. Okazuje się, że w takim przypadku każdy produkowany typ kondensatora (o danych gabarytach, pojemności i dopuszczalnym napięciu) powinien mieć oddzielną notę katalogową, bo z tej ogólnej nic tak naprawdę nie wynika... :?
Musiałbym zmierzyć - czy ta metoda połączenia dwóch kondensatorów szeregowo i podania na jeden napięcia, nie ogłupia czasem miernika RLC? Kiedyś przez przypadek nie rozładowałem do końca kondensatora elektrolitycznego (a może napięcie na nim "odbiło" do 3V) i miernik pokazał mi pikofarady - jakbym nie podłączył żadnego kondensatora. Dla pewności można by porównać pomiar z innego rodzaju kondensatorami np. tantalowymi - czy wówczas, mimo podania napięcia, miernik nie będzie pokazywał zmian pojemności.
Ta metoda na pewno nie wpływa na wskazania mostka RLC (przynajmniej tych, które używam), gdyż stosowałem ją do badania kondensatorów z ceramiki NP0 i ten typ kondensatorów nie wykazywał najmniejszej zależności pojemności od wartości przyłożonego do kondensatora napięcia. Wpływu podłączonych do kondensatorów rezystorów też nie zaobserwowałem (może niewielki wzrost pojemności pasożytniczych przy pomiarach kondensatorów o małej pojemności). W tabeli, którą zamieściłem na początku tego wątku:
download/file.php?id=65393&mode=view
pokazałem, że można tak ustawić parametry mostka, że nawet podłączony do kondensatora 100 μF rezystor 10 Ω nie ma większego wpływu na wskazania miernika. Kondensatory o mniejszej pojemności mają małą upływność, co pozwala na stosowanie podczas testów rezystorów polaryzujących o dużo większej rezystancji. Przy testach kondensatorów tantalowych i elektrolitycznych aluminiowych stosowałem rezystory 1...10 kΩ, przy pomiarach kondensatorów z ceramiki X7R, X5R dawałem 100 kΩ, a przy małych pojemnościach można stosować oporniki 1 MΩ. Poniżej symetryczny układ polaryzacji, który stosuję, choć sam mostek ma stosunkowo niewielką rezystancję dla składowej stałej, więc teoretycznie dwa zamiast trzech rezystorów też powinny wystarczyć:
ukł_pom.png
Nie potrafię w tej chwili odszukać notatek, jakie zrobiłem kilka lat temu, badając wpływ napięcia na pojemność i rezystancję szeregową kondensatorów tantalowych, polimerowych i zwykłych elektrolitów. Może w wolnej chwili powtórzę tamte eksperymenty i wyniki podam na naszym Forum. Pokazany przeze mnie układ pomiarowy można uzupełnić o dodatkowe diody zabezpieczające mostek na wypadek przebicia któregoś z kondensatorów, choć takie zdarzenie podczas pomiarów wydaje mi się mało prawdopodobne.
Wracając jeszcze do pomiarów upływności kondensatorów i analizy zjawiska absorpcji dielektrycznej, wykonałem kolejne pomiary. Jak wcześniej napisałem wykonałem pomiar napięcia od rozładowania kondensatora po okresie 3 minut (15,5 V), a następnie po 10. godzinach (27,8 V). Później jednak odczekałem kolejne 24 godziny i jeszcze raz zmierzyłem napięcie, które okazało się jeszcze wyższe (29,5 V), co oznacza, że przemieszczenie się ładunków "zagnieżdżonych" do pojemności głównej kondensatora wcale się po 10 godzinach nie skończyło i trwało jeszcze jakiś czas. Po tych testach połączyłem dwa kondensatory (ELWA i PHILIPS; zdjęcie poniżej)
220uF.jpg
ponownie pod napięcie 320 V i obserwowałem zmiany prądu upływności przez kolejne 48 godzin. Prąd kondensatora wyprodukowanego przez ELWĘ był cały czas wysoki (na szeregowym rezystorze 1 MΩ spadek napięcia cały czas wynosił ok. 5,2 V), natomiast prąd k. PHILIPS spadł ze 130 nA do ok. 85 nA (85 mV na rezystorze 1 MΩ). Teraz oba kondensatory odłączyłem, odczekam 48 godzin i zmierzę jakie napięcie pozostanie na wyprowadzeniach kondensatorów po takim czasie.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » pn, 29 sierpnia 2016, 21:38

Einherjer pisze:Dodaję obiecany fragment książki "Small Signal Audio Design" Douglasa Selfa. Nie pokazuje on analizy wpływu napięcia polaryzacji na zniekształcenia, ale powołuje się na artykuły autorstwa Cyrila Batemana, który sprawę przebadał bardzo szczegółowo. Artykuły są ciekawe, ale dopiero się w nie wgryzam. Myślę, że Kolegów też zainteresują: http://www.proaudiodesignforum.com/foru ... 53&start=2 oraz https://linearaudio.nl/cyril-batemans-c ... d-articles
Dziękuję za informacje. W międzyczasie też znalazłem w necie trochę materiałów na ten temat. Kondensatory z "ferroceramiki" stosowane są obecnie powszechnie jako sprzęgające w torach audio telewizorów i komputerów. Stosuje się po prostu "rozsądny kompromis" między dalszą miniaturyzacją sprzętu, a jakością otrzymywanego z niego dźwięku. W głośnikach (czytaj bzyczkach :wink: ) laptopa czy płaskiego telewizora i tak nikt nie usłyszy zniekształceń nieliniowych przy częstotliwościach dziesiątków herców, bo tak niskich częstotliwości ten sprzęt po prostu nie przenosi, a poza tym spadek odstępu sygnału użytecznego od zakłóceń z 90 dB do 50...60 dB też nie będzie raził, przy jazgocie, jaki się wydobywa z głośników tych urządzeń...

http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN4333.pdf
https://www.maximintegrated.com/en/app- ... vp/id/3171
http://forums.parallax.com/uploads/atta ... /76742.pdf
http://www.edn.com/Home/PrintView?contentItemId=4416466

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
Jado
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1590
Rejestracja: pn, 15 maja 2006, 10:06
Lokalizacja: Warszawa
Kontakt:

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Jado » wt, 30 sierpnia 2016, 17:08

Romekd pisze: Ta metoda na pewno nie wpływa na wskazania mostka RLC (przynajmniej tych, które używam), gdyż stosowałem ją do badania kondensatorów z ceramiki NP0 i ten typ kondensatorów nie wykazywał najmniejszej zależności pojemności od wartości przyłożonego do kondensatora napięcia. Wpływu podłączonych do kondensatorów rezystorów też nie zaobserwowałem (może niewielki wzrost pojemności pasożytniczych przy pomiarach kondensatorów o małej pojemności).
No to super :-) Będzie można mierzyć kondensatory do woli :D
Nie potrafię w tej chwili odszukać notatek, jakie zrobiłem kilka lat temu, badając wpływ napięcia na pojemność i rezystancję szeregową kondensatorów tantalowych, polimerowych i zwykłych elektrolitów. Może w wolnej chwili powtórzę tamte eksperymenty i wyniki podam na naszym Forum.
Interesujące było by to zobaczyć :-)
Tamte też wykazują zależność od napięcia? Zastanawiałem się nad tym co ew. może wywoływać zniekształcenia opisane przez kolegę Einherjer'a - jeśli była by to również zmiana pojemności pod wpływem napięcia, to było by to dobre wyjaśnienie zjawisk fizycznych zachodzących w kondensatorze elektrolitycznym (a to nas właśnie interesuje najbardziej - przynajmniej mnie).
Inne zjawisko to odwrócenie polaryzacji napięcia na okładkach kondensatora elektrolitycznego - jeśli np. kondensator jest podłączony jednym biegunem do kolektora tranzystora (plusem), a drugim do wejścia następnego stopnia (minusem), gdzie może być jakaś polaryzacja bazy napięciem większym od zera, to wysterowanie pierwszego tranzystora silnym sygnałem może spowodować spadek napięcia na jego kolektorze prawie do zera, podczas gdy "minus" kondensatora pozostaje na stałym napięciu polaryzującym bazę (chociaż nie jestem pewny czy tam napięcie też nie spada pod wpływem przepływu prądu roz/ładowania kondensatora :roll:). Wówczas polaryzacja kondensatora odwróciła by się, a nie jest on przystosowany do takiej pracy (w książce piszą, że AL2O3 zachowuje się jak półprzewodnik) - i stąd mogą pojawiać się jakieś zniekształcenia.
Przy pracy kondensatora jako bocznikującego rezystor katodowy lub emiterowy nie ma niebezpieczeństwa odwrócenia polaryzacji (no chyba, że piorun uderzy ;-) )
Wracając jeszcze do pomiarów upływności kondensatorów i analizy zjawiska absorpcji dielektrycznej, wykonałem kolejne pomiary. Jak wcześniej napisałem wykonałem pomiar napięcia od rozładowania kondensatora po okresie 3 minut (15,5 V), a następnie po 10. godzinach (27,8 V). Później jednak odczekałem kolejne 24 godziny i jeszcze raz zmierzyłem napięcie, które okazało się jeszcze wyższe (29,5 V), co oznacza, że przemieszczenie się ładunków "zagnieżdżonych" do pojemności głównej kondensatora wcale się po 10 godzinach nie skończyło i trwało jeszcze jakiś czas. Po tych testach połączyłem dwa kondensatory (ELWA i PHILIPS; zdjęcie poniżej)
220uF.jpg
ponownie pod napięcie 320 V i obserwowałem zmiany prądu upływności przez kolejne 48 godzin. Prąd kondensatora wyprodukowanego przez ELWĘ był cały czas wysoki (na szeregowym rezystorze 1 MΩ spadek napięcia cały czas wynosił ok. 5,2 V), natomiast prąd k. PHILIPS spadł ze 130 nA do ok. 85 nA (85 mV na rezystorze 1 MΩ). Teraz oba kondensatory odłączyłem, odczekam 48 godzin i zmierzę jakie napięcie pozostanie na wyprowadzeniach kondensatorów po takim czasie.
Z tego widać, że Elwa jest dużo gorsza od Philipsa (pod względem upływności) - ciekawe jak będzie z napięciem "odbicia" - może na odwrót - Elwa da mniejsze, a Philips większe?
Zastanawiam się czy czasem początkowy, zwiększony prąd po włączeniu kondensatora nie jest związany właśnie z ładowaniem się absorbcyjnym dielektryka? Po jego naładowaniu pozostawał by już tylko czysty prąd upływności wynikający z rezystancji skrośnej dielektryka. Ale dlaczego to zjawisko trwało by tak długo?
Czy po dokładnym rozładowaniu kondensatora już po "odbiciu" na nim napięcia (czyli drugie, kompletne już rozładowanie), prąd upływności ponownie wzrasta czy pozostaje na niskim poziomie, takim jaki miał pod koniec formowania?
Jeśli nadal jest niski, to teoria z prądem absorpcji jest chybiona :-) (pewnie tak jest, ale można przy okazji sprawdzić).
Pozdrawiam

Jado.

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 3751
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 22:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Romekd » wt, 30 sierpnia 2016, 22:10

Czołem.
Jado pisze:Interesujące było by to zobaczyć :-)
Tamte też wykazują zależność od napięcia? Zastanawiałem się nad tym co ew. może wywoływać zniekształcenia opisane przez kolegę Einherjer'a - jeśli była by to również zmiana pojemności pod wpływem napięcia, to było by to dobre wyjaśnienie zjawisk fizycznych zachodzących w kondensatorze elektrolitycznym (a to nas właśnie interesuje najbardziej - przynajmniej mnie).
Inne zjawisko to odwrócenie polaryzacji napięcia na okładkach kondensatora elektrolitycznego (...)
Kondensatory elektrolityczne raczej nie wykazują dużych zmian pojemności i ESR po ich naładowaniu. Kondensatory te w ogóle są bardzo niestabilne, ale na ich parametry bardziej wpływa temperatura niż napięcie.
Zrobiłem szybki test dwóch typów kondensatorów - aluminiowego z polimerowym elektrolitem firmy ELITE serii UPE oraz elektrolitycznego kondensatora firmy JAMICON serii ST (miniaturowy, oba widoczne na zdjęciu download/file.php?id=65967&mode=view ). Wyniki umieściłem w tabeli, a na samym jej dole przedstawiłem zmianę parametrów kondensatorów wywołaną nagrzaniem ich w palcach (ich temperatura podniosła się z 22°C do ok. 30°C):
POLARYZACJA C.png
Widoczne w tabeli parametry dotyczą dwóch połączonych szeregowo kondensatorów (pojemność każdego z nich jest dwukrotnie wyższa niż podana w tabeli, a ESR dwukrotnie niższe), polaryzowanych napięciem stałym w układzie, który wcześniej przedstawiłem (użyłem trzech rezystorów 10 kΩ; pomiar Cp i ESR wykonany przy częstotliwości 1 kHz).

Wartość napięcia może mieć duży wpływ na prąd upływu, przy czym zależność ta na pewno jest bardzo nieliniowa (na wartość prądu upływu mocno wpływa również temperatura kondensatora). Przy niskich napięciach prądy związane z upływnością w sprawnych kondensatorach są znikome. Można się o tym przekonać mierząc napięcie nawet nigdy nie podłączanych do żadnego układu kondensatorów, które posiadamy w swoich zbiorach. Niemal zawsze występuje na nich jakieś niewielkie napięcie, przeważnie nieprzekraczające jednego lub kilku woltów. Na dwóch połączonych ze sobą kondensatorach 1000 μF/ 35 V, z których jeden naładowałem kilka dni temu do 10 V i połączyłem przez rezystor 1 kΩ z drugim identycznym, ale nienaładowanym, nadal utrzymuje się napięcie przekraczające 4 V, a największy spadek napięcia na tych kondensatorach wywołało pewnie kilkakrotne mierzenie jego wartości... :wink:
kond_NXH.jpg
Na nowych kondensatorach tego typu, leżących w szufladce zmierzyłem napięcia od 0,7 do 1,1 V.
Dzisiaj, po 24. godzinach od odłączenia od zasilacza sprawdziłem napięcia na kondensatorach 220 μF, pokazanych w jednej ze swoich wcześniejszych wypowiedzi. Na kondensatorze ELWA pozostało 0,36 V, a na kondensatorze PHILIPS aż 303 V. To pokazuje, że na Elwie można sprawdzić jedynie absorpcję dielektryczną "krótkoterminową"... :wink:
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dodano 31.09.16 o godź. 10.21
Jado pisze:Z tego widać, że Elwa jest dużo gorsza od Philipsa (pod względem upływności) - ciekawe jak będzie z napięciem "odbicia" - może na odwrót - Elwa da mniejsze, a Philips większe?
Zrobiłem taką próbę z kondensatorem ELWA. Procedura jak poprzednio, czyli ładowanie pod napięciem 320 V przez 15 minut , odłączenie i zwarcie żarówką na 5 sekund oraz pomiar napięcia po kolejnych 3. minutach. Poprzednio po identycznym teście na kondensatorze Philipsa napięcie wzrosło do 15,5 V, natomiast teraz na Elwie osiągnęło 19,76 V. Czyli w przypadku kondensatora ELWA (mającego 50 razy większą upływność) zjawisko absorpcji dielektrycznej dało znać o sobie mocniej niż w przypadku kondensatora PHILIPS :roll:
Jado pisze:Czy po dokładnym rozładowaniu kondensatora już po "odbiciu" na nim napięcia (czyli drugie, kompletne już rozładowanie), prąd upływności ponownie wzrasta czy pozostaje na niskim poziomie, takim jaki miał pod koniec formowania?
Jeśli nadal jest niski, to teoria z prądem absorpcji jest chybiona :-) (pewnie tak jest, ale można przy okazji sprawdzić).

Jest dokładnie tak jak piszesz. Podczas ładowania kondensatora Philips do napięcia 320 V prąd stopniowo się zmniejszał, po szybkim rozładowaniu i ponownym podłączeniu pod 320 V szybko osiągał niską wartość, natomiast gdy rozładowało się go i pozostawiło ze zwartymi wyprowadzeniami przez następne 48 godzin, to po włączeniu pod napięcie i odczekaniu chwili prąd znowu był wyższy i stopniowo spadał przez następne 48 godzin.
W książce "Sztuka Elektroniki" możemy przeczytać, że wyjaśniając zjawisko absorpcji dielektrycznej "usiłuje się je modelować dodatkowymi dwójnikami, złożonymi z szeregowo połączonych Ri i Ci, o stałych czasowych od 100 μs do kilku sekund, dołączonymi równolegle do głównej pojemności C kondensatora."
absorpcja.jpg
Ja myślę jednak, że ogniw RC jest dużo więcej i część z nich tworzy stałe czasowe o znacznie większej wartości, dochodzące nawet do kilkudziesięciu godzin...

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^

Awatar użytkownika
^ToM^
250...374 postów
250...374 postów
Posty: 328
Rejestracja: sob, 3 stycznia 2009, 22:41
Lokalizacja: Śląsk od zawsze:)

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: ^ToM^ » czw, 1 września 2016, 11:50

Lektura na weekend:
Załączniki
Metody oceny jakosci kondensatorow foliowych.pdf
(7.04 MiB) Pobrany 60 razy
Kreślę się z głębokim poważaniem
Best regards/Mit freundlichen Gruessen/Salutations/mejores saludos

Awatar użytkownika
Jado
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1590
Rejestracja: pn, 15 maja 2006, 10:06
Lokalizacja: Warszawa
Kontakt:

Re: Miernik RLC i interpretacja pomiarów

Post autor: Jado » sob, 3 września 2016, 10:26

Romekd pisze:
Jado pisze:Czy po dokładnym rozładowaniu kondensatora już po "odbiciu" na nim napięcia (czyli drugie, kompletne już rozładowanie), prąd upływności ponownie wzrasta czy pozostaje na niskim poziomie, takim jaki miał pod koniec formowania?
Jeśli nadal jest niski, to teoria z prądem absorpcji jest chybiona :-) (pewnie tak jest, ale można przy okazji sprawdzić).

Jest dokładnie tak jak piszesz. Podczas ładowania kondensatora Philips do napięcia 320 V prąd stopniowo się zmniejszał, po szybkim rozładowaniu i ponownym podłączeniu pod 320 V szybko osiągał niską wartość, natomiast gdy rozładowało się go i pozostawiło ze zwartymi wyprowadzeniami przez następne 48 godzin, to po włączeniu pod napięcie i odczekaniu chwili prąd znowu był wyższy i stopniowo spadał przez następne 48 godzin.


A więc jednak dobrze myślałem :-) Co w takim razie z teorią uszczelniania dielektryka w procesie wtórnego formowania kondensatora - po jego zwinięciu w zwijkę? Wyglądało by, że jest to proces jednorazowy, który odbywa się w procesie produkcji i potem nie potrzeba go powtarzać (późniejszy wzrost prądu jest wynikiem prądu absorpcji jak stwierdziliśmy wyżej).
Jak w tej sytuacji należy wyjaśnić rozformowywanie starych (np. przedwojennych) kondensatorów elektrolitycznych, które po podłączeniu do napięcia po dłuugim czasie nieużywania, wykazują duży prąd upływności, który jednak po dłuższym czasie formowania powraca do normalnych wartości?
Czy to też byłby prąd absorpcji (ale taki duży?) czy jednak uszkodzenia dielektryka - np. wskutek oddziaływania elektrolitu lub jeszcze innych zjawisk o których nie wiemy?
Jak ktoś ma "na tapecie" taki elektrolit to mógłby go sprawdzić - zmierzyć prąd upływności na początku formowania, potem po procesie formowania, a później kondensator kompletnie rozładować - tak jak kolega Romek pisze (zwarcie końcówek na 48h) i ponownie zmierzyć jego prąd upływności.
Może mamy do czynienia z dwoma zjawiskami jednocześnie.
Romekd pisze: W książce "Sztuka Elektroniki" możemy przeczytać, że wyjaśniając zjawisko absorpcji dielektrycznej "usiłuje się je modelować dodatkowymi dwójnikami, złożonymi z szeregowo połączonych Ri i Ci, o stałych czasowych od 100 μs do kilku sekund, dołączonymi równolegle do głównej pojemności C kondensatora."
Ja myślę jednak, że ogniw RC jest dużo więcej i część z nich tworzy stałe czasowe o znacznie większej wartości, dochodzące nawet do kilkudziesięciu godzin...
W książce "Dielektryki radiotechniczne" A. Kilińskiego przedstawiają następujący model kondensatora:
model_kondensatora_1.jpg
model_kondensatora_2.jpg
I jeszcze trochę o absorpcji:
absorpcja3.jpg
absorpcja4.jpg
Ostatnio zmieniony sob, 3 września 2016, 11:25 przez Jado, łącznie zmieniany 1 raz.
Pozdrawiam

Jado.

ODPOWIEDZ