Medidor de Rs en electrolíticos
www.geocities.ws/danielperez www.qsl.net/lw1ecp Ing. Daniel Pérez LW1ECP
fb: Daniel Ricardo Perez Alonso contacto: danyperez1{arrroba}yahoo.com.ar
Agosto 2018
De todos los componentes electrónicos comunes, los que dan más problemas por envejecimiento (descartando fallas por exceder límites) son los electrolíticos.
Con la tecnología actual el problema no son las fugas ni la disminución de capacitancia, sino el aumento de la resistencia serie equivalente.
Esta Rs puede llegar a valores que impidan el normal funcionamiento del circuito.
El defecto no puede detectarse con un multímetro, y tampoco es adecuado un medidor de capacitores que simplemente muestre la capacitancia.
Un electrolítico puede tener esta falla aunque no se haya hinchado ni perdido líquido. Por el contrario, llegué a ver alguno que tenía la abierta la marca en 'X' en la cabeza (hecha para romperse en caso de sobrepresión interna) y que sin embargo seguían funcionando (aunque por supuesto que era obligatorio cambiarlos).
La forma de medir la Rs es aplicar una corriente de alta frecuencia, p. ej. 100kHz, y medir la caída de tensión. En ese orden de frecuencia cualquier electrolítico ya tiene una reactancia capacitiva más baja que su Rs, pero no es una frecuencia tan alta como para que empiece a molestar la inductancia serie. En breve: a 100kHz cualquier electrolítico se comporta como un resistor. El que queremos medir.
Estamos hablando de valores de resistencia del orden de ohms o fracciones de ohm. Esto es una buena noticia, ya que en muchos casos no habrá componentes conectados al capacitor que tengan una impedancia tan baja, lo cual permite medirlos sin desoldarlos de la plaqueta. Casi la única situación en que moleste un componente en paralelo al C bajo prueba, es que sea otro capacitor, como en los motherboards de PC en que el micro está rodeado de capacitores del orden de 1500uF en paralelo: si uno solo falla no se puede detectar. Otro caso que obligaría a sacarlo para medirlo es en una fuente, en que tal vez no haya otro electrolítico directamente en paralelo, pero sí después de un choke de baja inductancia.
Este es el esquema del que vengo usando hace 14 años. Un multivibrador astable Q2+Q3 seguido de un amplificador Q1 que proporciona la corriente de la medición. La tensión alterna desarrollada sobre el capacitor es amplificada por Q5 y es detectada sincrónicamente por Q4. La CC resultante se muestra en un display.
Hay varios diseños similares. Lo que quise lograr era hacerlo funcionar con una sola pila de 1,5V (las de 3V de litio, en 2004 no se conseguían en el kiosco, y no eran muy económicas), y usar mi multímetro como display por economía.
Tiene 2 rangos: 0...2 ohm y 0...20 ohm, aunque en la práctica siempre uso el de 20. Para elegirlo se selecciona una de dos puntas inyectoras, la del rango de 2 ohm proporciona una corriente 10 veces mayor que la otra.
La continua detectada llega a sólo 200mV a fondo de escala. Valores tan bajos impiden el uso de un detector a diodo. Por eso se usa un detector sincrónico: Q4 que cortocircuita a masa los semiciclos negativos a la salida de Q5. Q4 trabaja en configuración invertida, que tiene un hFE mucho menor pero también es menor la Vce(sat). En ausencia de señal detectada aparece una pequeña tensión negativa, debido a que Q4 rectifica la señal acoplada internamente de base a colector. Si se desea, puede anularse eligiendo el valor de R18.
El multímetro en la escala de 200mV no muestra la coma en la posición que necesitamos. Se remedia con el truco de apoyar un film transparente sobre el display, con la coma dibujada entre los dígitos correctos según se mida en 2 o 20 ohm, y un punto blanco que tape la coma del display.
P1 ajusta el fondo de escala ante variaciones de la alimentación, es un trimpot de 1 vuelta, se accede por un agujero en la caja. Al mismo tiempo que se lo rota, R13 tiende a mantener el punto de trabajo de Q5. R14 se puede retocar para lograr Vce = 50% de Vcc, resultó ser de 330k para un Q5 con hFE=220.
Hay tres resistores fuera de la plaqueta, montados sobre una tira de pines que asoma al exterior, y que sirven para calibrar. Con la punta de 20 ohm y la común sobre el R de 10 ohm, ajustar P1 para leer 100mV. Esa lectura se debe mantener al usar la punta de 2 ohm sobre el R de 1 ohm, de no ser así se retoca R2. Bah, no se moleste en hacerlo, para la finalidad de este instrumento basta una excactitud de +/- 30%. Los dos R de 1 ohm, sumados, sirven para tener una idea de si hay compresión al acercarse al fondo de escala.
La excitación de bases de Q1 y Q4 se experimentó para maximizar la tensión detectada, atento al tiempo de almacenamiento para salir de saturación que introduce un desfasaje entre la señal a ser detectada por Q4 y su excitación. D1 ayuda a desaturarlo rápidamente.
D2 y D3 protegen a Q1 en caso que el capacitor a medir estuviese cargado con tensión alta.
Una puntita de cobre conectada a la pila sirve para saber su estado desde afuera.
El dibujo de las pistas está con la vista correcta para imprimirlo en láser y pasar la plancha.
Ubicación de componentes:
Ambos diagramas juntos por si se quiere seguir las pistas:
Las puntas son caseras, alambre de cobre grueso afinado. No le recomiendo el cobre desnudo a menos que lo niquele, cada vez que uso el medidor tengo que pasarle lana de acero para sacarle el óxido, y lubricante de contactos o WD40. Las conexiones al multímetro son contactos sacados de conectores 'Molex' (alimentación de unidades de disco de PC), se pueden meter las puntas del multímetro, o morder los contactos si es con cocodrilos.
La llave de encendido es del tipo a palanca. Serruché la palanca a una longitud mínima para evitar que se encendiera sin querer al tocar otras cosas en el transporte.
La caja es una tira de PVC espumado plegado con calor. No hay un solo tornillo. La plaqueta está aprisionada, por arriba por las dos piezas señaladas con las flechas, y por abajo con alambres en 'U' clavados con calor en la caja. La idea es poder modificar el prototipo sin tener que desarmar nada, todo está a la vista. Las tapas son hojas de mylar o acetato que se comban y calzan en ranuras que fueron cavadas en el PVC antes de plegarlo.
El instumento también puede usarse como óhmetro de bajo valor aunque no sea en un electrolítico, con la condición de que lo que se mida no tenga inductancia (no serviría para medir las R de un transformador).
Ejemplos de problemas causados por electrolíticos malos:
A la izquierda tenemos una clásica "fuente Siemens" usada en televisores color circa 1980. El transistor de potencia Qp3 se enciende por un pulso de realimentación desde el transformador, y lo apaga el tiristor Qp2 que al encenderse le envía un pulso negativo a través de Cp9. Si éste al envejecer aumenta su Rs, llega un momento en que no logra apagar a Qp3 y la fuente se embala.
Cabe destacar que la Rs de un electrolítico disminuye al aumentar la temperatura. Por ello podía pasar que tras reparar esta fuente, no le fallara al reparador porque le había ido aplicando tensión de a poco con variac o lámpara serie, y luego el cliente lo enchufaba en frío en su casa y se le volvía a quemar.
A la derecha es la fuente de una DVD que no andaba. Fusible Ok. Sin corto en el transistor de potencia. Aplico 220Vca, hay aprox. 290Vcc sobre el electrolítico. Vbe de Q2 es 0,0V. Sospecho de la 1M abierta, pongo otra en paralelo, sigue igual. Pero hay bastantes volts sobre la de 47k, como que sí está oscilando!
Con el instrumento medí el 1000u x 16V, tenía 1,4 ohm y estaba un poco infladito de arriba. El de 220u x 16V medía 0,23 ohm. Qué raro, el de 1000 cabía esperarse que tuviera una Rs mucho menor que el de 220. Lo cambié y arrancó. Lo que ocurría es que el pulso de corriente desde el transformador, al pasar por la Rs tan grande desarrollaba una tensión que era interpretada por el optoacoplador como alimentación muy alta y apagaba al transistor de potencia.
A pricipio de los 2000 se hizo famosa la 'plaga de capacitores' https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor_plague por electrolíticos con un defecto de materia prima que hacía aumentar la Rs prematuramente, haciendo que p. ej. una PC tuviese comportamientos extraños o no arrancase.
Bueno, pero cuánto es una Rs alta o baja? Otros artículos de medidores de Rs adjuntan una tabla de resistencia máxima aceptable según la capacitancia y la tensión nominal. Honestamente yo me guío por comparación con otros capacitores similares. En el caso de la fuente de la DVD, no era lógico que un 1000uF tuviera más Rs que uno de 220.
Casi siempre, cuando un circuito falla por un electrolítico, su Rs se multiplicó por muchas veces su valor original.
Tener en cuenta que a igual C, un capacitor tiene menor Rs cuanto mayor sea su tensión nominal.
Miscelánea:
En el tiempo de las válvulas el problema era la corriente de fugas, los veteranos recordarán que había que aplicarles tensión gradualmente a los electrolíticos nuevos para que se fuera "formando" la película dieléctrica de óxido de aluminio.
En esta nota nos referimos a los electrolíticos comunes, de aluminio con electrolito húmedo. También los hay de aluminio con electrolito sólido, y los de tantalio también se clasifican como electrolíticos pero su mecanismo de falla es muy distinto.