برای تست خازن و در آوردن قطعات SMD از روی انواع بردهای الکترونیکی چندلایه کار پرریسکی است، به همین دلیل بهترین و مطمئنترین روش استفاده از LCR متر (تست ESR) است؛ چرا که مولتیمترهای معمولی به دلیل وجود قطعات موازی مثل سلفها، معمولاً با بوق ممتد شما را به اشتباه میاندازند. با این حال، اگر به ESR متر دسترسی ندارید، ۵ تکنیک تجربی شامل بررسی چشمی با لوپ، تحلیل ریپل با اسیلوسکوپ و شوک حرارتی وجود دارد که خرابی خازن روی کار را مشخص میکند. در ادامه این روشها را قدمبهقدم بررسی میکنیم.
تست خازن با استفاده از مولتیمتر
استفاده از مولتیمتر برای سنجش مقدار ظرفیت خازن SMD سرامیکی تقریباً بیفایده است؛ زیرا اولاً مقدار ظرفیت خازن روی آن درج نشده است و ثانیاً قطعات موازی مانند آیسیها و مقاومتها مقدار واقعی را به شدت منحرف میکنند. به جای آن، میشود از روشهای زیر استفاده کرد:
۱. بازرسی چشمی با ذرهبین، لوپ
سریعترین راه، بررسی فیزیکی بدنه خازن با لوپ یا میکروسکوپ است. به دنبال ترکهای ریز، لبپریدگی، تغییر رنگ، قهوهای یا سیاه شدن، و یا پوستهشدگی روی سطح خازن سرامیکی باشید. همچنین به اتصالات لحیمکاریشده در دو سر پایه دقت کنید؛ وجود هالههای تیره یا ترکهای ریز دور لحیم، نشاندهنده حرارت شدید و یا لحیم سردی است که خرابی را محتمل میکند.
۲. تست مقاومت اهمی با مولتیمتر
مولتیمتر را روی حالت بوق، بازر، قرار دهید. پرابها را به پایههای خازن متصل کنید. اگر به طور ممتد بوق زد، اتصال کوتاه، خازن سوخته و اتصال داخلی دارد. این روش برای خازنهای الکترولیتی و تانتالیوم، با ظرفیت بالا، قابل اعتمادتر است.
نکته تجربی بسیار مهم: از آنجا که تست را روی مدار انجام میدهید، بوق ممتد همیشه به معنای خرابی خازن نیست! اگر خازن در مدار با یک سلف (کویل) یا مقاومتِ اهمپایین موازی شده باشد (مانند مدارهای تغذیه پردازنده)، مولتیمتر بوق خواهد زد. در این شرایط برای اطمینان نهایی، باید یک پایه خازن را از روی برد بلند کنید یا قطعات موازی آن مسیر را بررسی نمایید.
۳. تست ESR، مقاومت سری معادل
بهترین و حرفهایترین روش تست در مدار، استفاده از دستگاه LCR متر یا ESR متر است. خازن سالم ESR بسیار پایینی دارد. البته مقدار استاندارد ESR عدد ثابتی نیست و مستقیماً به ظرفیت و ولتاژ کاری خازن بستگی دارد (هرچه ظرفیت بیشتر باشد، ESR باید کمتر باشد). برای اطمینان باید عدد خوانده شده را با جداول استاندارد ESR مقایسه کنید. در مقابل، خازن خراب با افزایش شدید ESR مواجه میشود.
۴. بررسی ریپل و نویز با اسیلوسکوپ
پروب اسیلوسکوپ را روی دو سر خازن، پروب روی پایه مثبت و گیره روی زمین، قرار دهید و شکل موج ولتاژ DC را مشاهده کنید. خازن فیلتر سالم باید موج DC را صاف و یکنواخت نشان دهد؛ اگر موج سینوسی، ریپل، یا پالسهای نویز زیادی روی خط دیدید، نشانه از بین رفتن ظرفیت فیلترینگ خازن است.
۵. روش تحریک حرارتی، گرمایش و سرمایش موضعی
در حالی که برد روشن است و دستگاه اندازهگیری، مولتیمتر یا اسکوپ، به پایهها متصل است، با نوک هویه، حرارت ملایم، یا اسپری خنککننده، فریز، خازن را تحریک دمایی کنید.
اگر با گرم شدن، مقدار ESR یا ولتاژ ناگهان تغییر کرد، یا مدار دوباره به طور موقت از کار افتاد، خازن دارای ضریب دمایی بد یا اتصال داخلی ناپایدار (خرابی متناوب) است.
دقت کنید که اگر پس از تست متوجه خرابی قطعه شدید، برای تعویض آن حتماً باید به اصول و نحوه استفاده از دستگاه هیتر و هویه مسلط باشید تا به پدهای روی برد آسیبی نرسد.
پیشنیازهای تئوری و شناخت انواع خازن SMD روی برد
خازن چیست؟
خازن قطعهای الکترونیکی است که میتواند بارهای الکتریکی را در خود ذخیره کند تا هنگام نیاز، انرژی لازم را به مدار الکتریکی برساند. عملکرد آن، درست شبیه مخزن آبی است که بین لولهکشی آب شهری و پمپ آب مصرفی ساختمان قرار میگیرد. خازن روی بردهای الکترونیکی با طراحی استاندارد با حرف C نشان داده میشود.
عملکرد خازن
خازنها دو کارکرد اصلی دارند که در ادامه به آنها پرداخته میشود:
۱- برای کنترل سیگنال: عملکرد خازن علاوه بر ساختمان آن، به فرکانس جریان عبوری نیز بستگی دارد. به این ترتیب که خازن برای سیگنالهای فرکانس بالا همچون کلید بسته عمل میکند و آنها را کاملاً از خود عبور میدهد، ولی در برابر فرکانسهای پایین (کمترین فرکانس مربوط به جریان DC است که صفر است) همچون کلید باز عمل میکند و آنها را از خود عبور نمیدهد و در برابر عبور سیگنالهایی که فرکانس متوسط دارند از خود مقاومت نشان میدهد.
به بیان ساده، خازن جریان AC را از خود عبور میدهد، اما مانع عبور جریان DC میشود. البته عبور جریان AC بدون مقاومت نیست و خازن بسته به فرکانس سیگنال، امپدانس (مقاومت ظاهری) خاصی از خود نشان میدهد؛ هرچه فرکانس بالاتر باشد، این مقاومت کمتر است. از این خاصیت برای فیلتر کردن و جلوگیری از عبور ولتاژ DC در مدارها استفاده میشود.
۲- برای ذخیره ولتاژ: خازن انرژی برق را به صورت ولتاژ در خود ذخیره میکند. برای درک بهتر کارکرد خازن، منبع ذخیره آب در پمپ آب ساختمان را در نظر بگیرید. در ابتدا آب از لوله شهری در منبع ذخیره میشود و پمپ، آب را از آن میکشد و به ساختمان پمپاژ میکند. به این ترتیب نوسانات آب شهری روی فشار آب ساختمان تأثیری ندارد و فشار آب در ساختمان ثابت میماند.
خازن نیز انرژی الکتریکی را در خود ذخیره میکند و در صورت نیاز مدار الکتریکی، آن را به مدار میدهد. در واقع خازن جلوی تأثیر نوسانات برق را میگیرد و همواره ولتاژ ثابتی را برای مصرف در برد الکترونیکی فراهم میکند. به این ترتیب خازن ولتاژ را تثبیت میکند.
انواع خازن
خازنها از دیدگاه بستهبندی و نحوه نصب روی بردهای الکترونیکی، همانند مقاومتها و سایر قطعات، به دو دسته DIP و SMD تقسیمبندی میشوند.
الف- خازنهای پایهدار یا THT:
خازن های THT در بازار ایران به اشتباه DIP نیز خوانده میشوند. این دسته از قطعات بر اساس تکنولوژی THT (Through-Hole) ساخته شدهاند و دارای پایههای بلند هستند. برای نصب این نوع خازنها، هر دو پایه خازن از داخل سوراخهای فیبر مدار چاپی عبور داده میشوند و به خطوط مسی زیر برد لحیم میشوند.
مشخصات خازن DIP، شامل ظرفیت، ولتاژ، دمای کار و …، معمولاً روی بدنه آن درج میشود.
ب- خازنهای SMD:
این دسته از خازنها از لحاظ ابعاد بسیار ریز هستند و برای نصب، بدون آنکه فیبر مدار چاپی سوراخ شود، به خطوط مسی روی برد لحیم میشوند. خازنهای سرامیکی معمولاً رنگ قهوهای یا کرم دارند و برخلاف قطعات دیگری مانند مقاومتهای SMD، هیچ عدد یا کدی روی بدنه آنها نوشته نشده است. در ادامه به انواع خازنهای SMD می پردازیم:
خازن سرامیکی SMD
به خازنهای SMD سرامیکی MLCC هم میگویند. خازنهای سرامیکی همانند یک مکعب مستطیل ساخته میشوند که فاقد قطب مثبت و منفیاند. ظرفیت این مدل از خازنها چندان ثابت نیست و نسبت به دمای محیط تغییر میکند. از این رو مقدار ظرفیت خازن روی آنها نوشته نمیشود. رنگ خازنهای سرامیکی کرمی، قهوهای و خاکستری است.
نکته
از آنجا که مقدار ظرفیت این نوع خازنها روی آنها نوشته نمیشود، در صورت سوختن و نیاز به تعویض یک خازن باید از خازن همرنگ و هماندازه آن استفاده کرد.
خازن تانتالیوم SMD
خازنهای تانتالیوم SMD دارای قطب مثبت و منفیاند و مقدار ظرفیت و ولتاژ قابل تحملشان روی آنها درج میشود. این خازنها از ظرفیت نسبتاً بالایی (اغلب تا چندصد و حتی بالای هزار میکروفاراد) برخوردارند. همچنین این مدل از خازنها تحمل زیادی در برابر شرایط محیطی دارند؛ یعنی ظرفیتشان در برابر دمای محیط تقریباً ثابت میماند و در نتیجه کارآمدترند.
خازنهای تانتالیوم SMD غالباً رنگ زرد یا مشکی دارند و در کنار قطب مثبت آنها یک خط یا علامت + وجود دارد.
برای خواندن مقدار ظرفیت خازنهای تانتالیوم، دو رقم اول را به عنوان عدد پایه در نظر گرفته و به اندازه رقم سوم، جلوی آنها صفر در نظر میگیریم و با واحد پیکوفاراد بیان میکنیم.
خازن الکترولیتی SMD
خازنهای الکترولیتی نیز همانند تانتالیوم دارای قطب مثبت و منفیاند، ولی در کنار قطب منفی یک خط رنگی مشکی یا آبی، یا هر رنگ دیگری، وجود دارد.
ظرفیت این خازنها بسیار بالا است، حتی از تانتالیوم نیز بالاتر است. ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل خازنهای الکترولیتی SMD را میتوان به راحتی از روی بدنه آنها خواند. معمولاً ظرفیت این خازنها برحسب میکروفاراد روی آنها نوشته میشود.
از این نوع خازنها در مدارهای الکتریکی برای یکسوسازی و صاف کردن شکل موج ولتاژ استفاده میشود. همانند سایر مدلها، خازنهای الکترولیتی SMD در ابعاد و اندازههای مختلفی طراحی و تولید میشوند. توجه داشته باشید برای استفاده از خازنهای الکترولیتی و تانتالیوم SMD، جهت قرار دادن آن هنگام لحیمکاری در مدار اهمیت دارد.
خازنهای متغیر
به خازنهایی گفته میشود که ظرفیت ثابتی ندارند و با چرخاندن پیچ تنظیم، ظرفیت آنها در یک محدوده خاص تغییر میکند. خازنهای متغیر به دو صورت تغییر میکنند: تغییر سطح مشترک میان صفحات و تغییر فاصله بین صفحات.
خازنهای متغیر در دو نوع واریابل و تریمر ساخته میشوند. ظرفیت خازنهای واریابل بیشتر است و از چند پیکوفاراد تا نانوفاراد، با یک ولوم بزرگ، توسط دست قابل تنظیم است؛ ولی ظرفیت خازنهای تریمر کمتر است و از یک تا صد پیکوفاراد را شامل میشود که با پیچهای ریز توسط پیچگوشتی تنظیم میشود.
حال که با خازن SMD، عملکرد، انواع و نحوه تست آن آشنا شدید، باید بدانید که عیبیابی دقیق قطعاتی مثل خازنها، یکی از مهارتهای پولساز در شغل تعمیرات برد الکترونیکی است. اگر به این حوزه علاقه دارید، جهت فراگیری بیشتر اطلاعات کاربردی در این زمینه میتوانید در دوره عملی آموزش تعمیرات برد الکترونیکی شرکت کنید.
