Как заменить проходной конденсатор в электронных схемах. Какие существуют альтернативы проходным конденсаторам. Каковы особенности применения различных типов конденсаторов в высокочастотных цепях.

Что такое проходной конденсатор и его роль в электронных схемах

Проходной конденсатор представляет собой специальный тип конденсатора, предназначенный для фильтрации высокочастотных помех в цепях питания и сигнальных линиях. Его конструкция позволяет минимизировать паразитные индуктивности, что делает его особенно эффективным на высоких частотах. Как работает проходной конденсатор? Он пропускает постоянный ток или низкочастотный сигнал, но блокирует высокочастотные составляющие, предотвращая их проникновение в чувствительные участки схемы.

Альтернативные варианты замены проходных конденсаторов

При необходимости замены проходного конденсатора можно рассмотреть следующие альтернативы:

• Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) с низкой индуктивностью
• Трехвыводные проходные конденсаторы
• Параллельное соединение нескольких обычных конденсаторов
• Специализированные фильтрующие компоненты

Выбор оптимального варианта зависит от конкретных требований схемы и рабочей частоты. Какой тип конденсатора лучше всего подойдет для замены? Рассмотрим особенности каждого варианта.

Многослойные керамические конденсаторы как альтернатива

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) с низкой индуктивностью часто используются в качестве замены проходных конденсаторов. Их преимущества:

• Низкая собственная индуктивность
• Широкий диапазон емкостей и рабочих напряжений
• Компактные размеры
• Доступность и низкая стоимость

Однако на очень высоких частотах их эффективность может быть ограничена. Как правильно выбрать MLCC для замены проходного конденсатора? Следует обратить внимание на такие параметры, как номинальная емкость, рабочее напряжение, температурный коэффициент и собственный резонанс.

Трехвыводные проходные конденсаторы нового поколения

Современные трехвыводные проходные конденсаторы, такие как серия NFM от Murata, обеспечивают отличную фильтрацию на высоких частотах. Их особенности:

• Сверхнизкая индуктивность
• Высокая эффективность фильтрации до нескольких ГГц
• Компактные размеры
• Высокая нагрузочная способность по току

Эти конденсаторы особенно эффективны в схемах, работающих на частотах выше 100 МГц. Как применять трехвыводные проходные конденсаторы? Их устанавливают непосредственно в цепь питания высокочастотных узлов, обеспечивая отличную развязку по питанию.

Параллельное соединение обычных конденсаторов

В некоторых случаях проходной конденсатор можно заменить параллельным соединением нескольких обычных конденсаторов. Этот метод имеет свои особенности:

• Позволяет снизить общую индуктивность
• Требует тщательного подбора номиналов
• Может занимать больше места на плате
• Эффективен на относительно низких частотах

Как правильно подобрать конденсаторы для параллельного соединения? Рекомендуется использовать конденсаторы разных номиналов, чтобы обеспечить эффективную фильтрацию в широком диапазоне частот.

Специализированные фильтрующие компоненты

Для особо требовательных применений можно рассмотреть использование специализированных фильтрующих компонентов, таких как:

• LC-фильтры
• Ферритовые бусины
• EMI-фильтры

Эти компоненты могут обеспечить более эффективное подавление помех в широком диапазоне частот. Как выбрать подходящий фильтрующий компонент? Необходимо учитывать рабочую частоту, требуемое ослабление помех и особенности конкретной схемы.

Особенности применения различных типов конденсаторов в высокочастотных цепях

• Рабочая частота схемы
• Требуемая емкость и рабочее напряжение
• Допустимые размеры компонента
• Температурная стабильность
• Собственный резонанс конденсатора

Как правильно выбрать конденсатор для высокочастотной схемы? Необходимо анализировать частотные характеристики компонентов и выбирать те, которые обеспечивают наилучшую фильтрацию на рабочей частоте устройства.

Практические рекомендации по замене проходных конденсаторов

При замене проходных конденсаторов следует придерживаться следующих рекомендаций:

1. Тщательно измерьте параметры исходного конденсатора
2. Выберите замену с учетом рабочей частоты и требований схемы
3. По возможности используйте компоненты с низкой индуктивностью
4. Обеспечьте правильное расположение и монтаж нового компонента
5. Проведите тестирование схемы после замены

Как минимизировать риски при замене проходных конденсаторов? Важно соблюдать правила работы с электростатически чувствительными компонентами и использовать качественный паяльный инструмент.

Влияние замены проходных конденсаторов на работу устройства

Замена проходных конденсаторов может оказать значительное влияние на работу устройства:

• Улучшение фильтрации высокочастотных помех
• Повышение стабильности работы чувствительных узлов
• Снижение уровня электромагнитных излучений
• Возможное изменение частотных характеристик схемы

Как оценить эффективность замены проходных конденсаторов? Необходимо провести измерения уровня помех до и после замены, а также проверить общую работоспособность устройства на всех режимах.

Проходной конденсатор — больше чем просто конденсатор!

www.qrz.ru

Трехвыводные проходные конденсаторы в цепях питания высокочастотных устройств

Проходные конденсаторы – не новость в радиоэлектронной промышленности: они были открыты сразу за обычными двухобкладочными конденсаторами и находили применение в высокочастотных узлах ламповых устройств аппаратуры связи. Сегодня значение проходных конденсаторов представляется в новом ракурсе.

Увеличение рабочих частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой тенденцией в электронике. Для уменьшения влияния помех на микросхемы устройства необходима стабилизация напряжения питания высокочастотных устройств и снижение влияния их работы на остальную часть электронного узла (развязка по питанию).

Обычно для таких целей используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов и рядом с многоцелевыми микросхемами. На частотах свыше 10 МГц эффективность фильтрации пульсаций резко падает из-за импеданса конденсатора (его внутренней индуктивности) – последовательного индуктивного сопротивления. И хотя специалисты-практики устанавливают чип-конденсаторы по питанию даже на частотах 2…3 ГГц и утверждают, что нет необходимости устанавливать сглаживающие конденсаторы на частотах свыше 10 МГц (якобы, таким эффектом можно пренебречь), речь идет об установке одного высокоэффективного проходного конденсатора вместо нескольких обычных чип конденсаторов. В случаях, когда источник питания удален от микросхем, работающих с сигналами высокой частоты, установка сглаживающих элементов необходима. Часто можно заметить на современных печатных платах «обвеску» микросхем, работающих на высокой частоте, многочисленными чип-конденсаторами, соединенными

Для решения этой проблемы производители конденсаторов выпускают специальные серии конденсаторов с максимально сниженной эквивалентной индуктивностью (ESL). При этом выводы таких чип конденсаторов располагаются по длинной стороне их корпуса, что позволяет снизить эквивалентную индуктивность примерно вдвое относительно тех типов, где выводы располагаются по коротким торцевым сторонам корпуса.

Однако, если устройство предназначено для работы в частотном диапазоне более 100 МГц, такого подхода недостаточно. Японская фирма «Murata» предложила свою разработку серии трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости. Это  компактные чип-компоненты размерами 2,0×1,25 мм на основе диэлектрика X7R.

Сравнение конденсатора новой серии NFM18P с обычным многослойным керамическим конденсатором на практике показывает почти 10-кратное снижение импеданса у нового типа конденсатора на высоких частотах свыше 100 МГц, связанное со сниженной конструктивной индуктивностью.

Для примера приведу простой эксперимент, который можно повторить в любой оснащенной лаборатории. Нужен понадобятся источник питания, высокочастотный осциллограф и генератор с частотой 10 МГц, который можно собрать самостоятельно с микросхемой технологии КМОП. Подключим параллельно стабилизированному источнику питания с фиксированным постоянным напряжением 5 В любой генератор. Автор использовал генератор на микросхеме КР1561ЛЕ5, выдающий на выходе прямоугольные импульсы. Длина неэкранированных проводников от источника питания до генератора — 1м. Осциллографом зафиксируем уровень высокочастотных пульсаций на выводе питания микросхемы.

Амплитуда пульсаций составляет примерно 1 В, причем частота данной помехи соответствует частоте выходных импульсов генератора. Теперь подключим параллельно выводам питания микросхемы многослойный керамический конденсатор Murata MLCC 1206 X5R и снова взглянем на экран осциллографа. Помеха присутствует, но ее амплитуда уменьшилась до 0,65 В. Теперь вместо многослойного конденсатора с диэлектриком X5R включим проходной конденсатор NFM18PC105R (здесь проходной конденсатор включен в качестве фильтра) и замерим показания осциллографом в той же точке – непосредственно у выводов конденсатора, установленного вблизи микросхем. Уровень пульсаций сократился до 0,3 В. Примерно тот же эффект получается, если параллельно выводам питания (непосредственно у выводов микросхемы) установить 10 многослойных керамических конденсаторов марки MLCC 0201-2220 с диэлектриком X7R. Один трехвыводной конденсатор марки NFM18P заменяет по качеству фильтрации высокочастотных помех десять двухобкладочных (трехвыводных вывод от средней точки) многослойных конденсаторов. Причем, если есть возможность менять частоту генерации, можно убедиться, что с увеличением частоты высокочастотной помехи уровень пульсаций падает, и наоборот

Следует особо отметить высокую стабильность емкости конденсаторов в диапазоне 0,1-1 мкФ (благодаря рассмотренному типу диэлектрика). Малые габариты, высокая нагрузочная способность (ток до 6 А), низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование проходных трехвыводных конденсаторов эффективным и привлекательным в высокочастотных узлах и практически пока безальтернативным в современных компактных устройствах, таких как портативные ВЧ/СВЧ-передатчики, радиостанции, игровые приставки, компьютеры и подобные им устройства.

В таблице приведены основные электрические характеристики некоторых изделий.

Таблица. Основные электрические характеристики трехвыводных проходных конденсаторов

Подробные справочные данные по многослойным керамическим конденсаторам большой емкости можно найти в справочной литературе и на сайте фирмы Murata.

Автор: А.Кашкаров

Возможно, вам это будет интересно:

meandr.org

Замена конденсаторов на мат.плате и в блоке питания

В элементной базе компьютера (и не только) есть одно узкое место – электролитические конденсаторы. Они содержат электролит, электролит – это жидкость. Поэтому нагрев такого конденсатора приводит к выходу его из строя, так как электролит испаряется. А нагрев в системном блоке – дело регулярное.

Поэтому замена конденсаторов – это вопрос времени. Больше половины отказов материнских плат средней и нижней ценовой категории происходит по вине высохших или вздувшихся конденсаторов. Еще чаще по этой причине ломаются компьютерные блоки питания.

Поскольку печать на современных платах очень плотная, производить замену конденсаторов нужно очень аккуратно. Можно повредить и при этом не заметить мелкий бескорпусой элемент или разорвать (замкнуть) дорожки, толщина и расстояние между которыми чуть больше толщины человеческого волоса. Исправить подобное потом достаточно сложно. Так что будьте внимательны.

Итак, для замены конденсаторов понадобится паяльник с тонким жалом мощностью 25-30Вт, кусок толстой гитарной струны или толстая игла, паяльный флюс или канифоль.

В том случае, если вы перепутаете полярность при замене электролитического конденсатора или установите конденсатор с низким номиналом по вольтажу, он вполне может взорваться. А вот как это выглядит:

Так что внимательнее подбирайте деталь для замены и правильно устанавливайте. На электролитических конденсаторах всегда отмечен минусовой контакт (обычно вертикальной полосой цвета, отличного от цвета корпуса). На печатной плате отверстие под минусовой контакт отмечено тоже (обычно черной штриховкой или сплошным белым цветом). Номиналы написаны на корпусе конденсатора. Их несколько: вольтаж, ёмкость, допуски и температура.

Первые два есть всегда, остальные могут и отсутствовать. Вольтаж: 16V (16 вольт). Ёмкость: 220µF (220 микрофарад). Вот эти номиналы очень важны при замене. Вольтаж можно выбирать равный или с большим номиналом. А вот ёмкость влияет на время зарядки/разрядки конденсатора и в ряде случаев может иметь важное значение для участка цепи.

Поэтому ёмкость следует подбирать равную той, что указана на корпусе. Слева на фото ниже зелёный вздувшийся (или потёкший) конденсатор. Вообще с этими зелёными конденсаторами постоянные проблемы. Самые частые кандидаты на замену. Справа исправный конденсатор, который будем впаивать.

Выпаивается конденсатор следующим образом: сначала находите ножки конденсатора с обратной стороны платы (для меня это самый трудный момент). Затем нагреваете одну из ножек и слегка давите на корпус конденсатора со стороны нагреваемой ножки. Когда припой расплавляется, конденсатор наклоняется. Проводите аналогичную процедуру со второй ножкой. Обычно конденсатор вынимается в два приема.

Спешить не нужно, сильно давить тоже. Мат.плата – это не двухсторонний текстолит, а многослойный (представьте вафлю). Из-за чрезмерного усердия можно повредить контакты внутренних слоев печатной платы. Так что без фанатизма. Кстати, долговременный нагрев тоже может повредить плату, например, привести к отслоению или отрыву контактной площадки. Поэтому сильно давить паяльником тоже не нужно. Паяльник прислоняем, на конденсатор слегка надавливаем.

После извлечения испорченного конденсатора необходимо сделать отверстия, чтобы новый конденсатор вставлялся свободно или с небольшим усилием. Я для этих целей использую гитарную струну той же толщины, что и ножки выпаиваемой детали. Для этих целей подойдет и швейная игла, однако иглы сейчас делают из обычного железа, а струны из стали. Есть вероятность того, что игла схватится припоем и сломается при попытке ее вытащить. А струна достаточно гибкая и схватывается сталь с припоем значительно хуже, чем железо.

При демонтаже конденсаторов припой чаще всего забивает отверстия в плате. Попробовав впаять конденсатор тем же способом, которым я советовал его выпаивать, можно повредить контактную площадку и дорожку, ведущую к ней. Не конец света, но очень нежелательное происшествие. Поэтому если отверстия не забил припой, их нужно просто расширить. А если все же забил, то нужно плотно прижать конец струны или иглы к отверстию, а с другой стороны платы прислонить к этому отверстию паяльник. Если подобный вариант неудобен, то жало паяльника нужно прислонять к струне практически у основания. Когда припой расплавится, струна войдёт в отверстие. В этот момент надо ее вращать, чтобы она не схватилась припоем.

После получения и расширения отверстия нужно снять с его краев излишки припоя, если таковые имеются, иначе во время припаивания конденсатора может образоваться оловянная шапка, которая может припаять соседние дорожки в тех местах, где печать плотная. Обратите внимание на фото ниже – насколько близко к отверстиям располагаются дорожки. Припаять такую очень легко, а заметить сложно, поскольку обзору мешает установленный конденсатор. Поэтому лишний припой очень желательно убирать.

Если у вас нет под боком радио-рынка, то скорее всего конденсатор для замены найдется только б/у. Перед монтажом следует обработать его ножки, если требуется. Желательно снять весь припой с ножек. Я обычно мажу ножки флюсом и чистым жалом паяльника облуживаю, припой собирается на жало паяльника. Потом скоблю ножки конденсатора канцелярским ножом (на всякий случай).

Вот, собственно, и все. Вставляем конденсатор, смазываем ножки флюсом и припаиваем. Кстати, если используется сосновая канифоль, лучше истолочь ее в порошок и нанести его на место монтажа, чем макать паяльник в кусок канифоли. Тогда получится аккуратно.

Замена конденсатора без выпаивания с платы

Условия ремонта бывают разные и менять конденсатор на многослойной (мат. плата ПК, например) печатной плате — это не то же самое что поменять конденсатор в блоке питания (однослойная односторонняя печатная плата). Надо быть предельно аккуратным и осторожным. К сожалению, не все родились с паяльником в руках, а отремонтировать (или попытаться отремонтировать) что-то бывает очень нужно.

Как я уже писал в первой половине статьи, чаще всего причиной поломок являются конденсаторы. Поэтому замена конденсаторов наиболее частый вид ремонта, по крайней мере в моём случае. В специализированных мастерских есть для этих целей специальное оборудование. Если оного нет, приходится пользоваться оборудованием обычным (флюс, припой и паяльник). В этом случае очень помогает опыт.

А если опыта нет, то попытка ремонта вполне может закончится плачевно. Как раз для таких случаев спешу поделиться способом замены конденсаторов без выпаивания из печатной платы. Способ внешне довольно не аккуратный и в некоторой степени более опасный, чем предыдущий, но для личного пользования сгодится.

Главным преимуществом данного метода является то, что контактные площадки платы придётся в значительно меньшей степени подвергать нагреву. Как минимум в два раза. Печать на дешёвых мат.платах достаточно часто отслаивается от нагрева. Дорожки отрываются, а исправить такое потом достаточно проблематично.

Минус данного способа в том, что на плату всё-таки придётся надавить, что тоже может привести к негативным последствиям. Хотя из моей личной практики давить сильно ни разу не приходилось. При этом есть все шансы припаяться к ножкам, оставшимся после механического удаления конденсатора.

 Итак, замена конденсатора начинается с удаления испорченной детали с мат.платы.

На конденсатор нужно поставить палец и с лёгким нажатием попробовать покачать его вверх-вниз и влево-вправо. Если конденсатор качается влево-вправо, значит ножки расположены по вертикальной оси (как на фото), в обратном случае по горизонтальной. Также можно определить положение ножек по минусовому маркеру (полоса на корпусе конденсатора, обозначающая минусовой контакт).

Дальше следует надавить на конденсатор по оси расположения его ножек, но не резко, а плавно, медленно увеличивая нагрузку. В результате ножка отделяется от корпуса, далее повторяем процедуру для второй ножки (давим с противоположной стороны).

Иногда ножка из-за плохого припоя вытаскивается вместе с конденсатором. В этом случае можно слегка расширить получившееся отверстие (я делаю это куском гитарной струны) и вставить туда кусок медной проволоки, желательно одинаковой с ножкой толщины.

Половина дела сделана, теперь переходим непосредственно к замене конденсатора. Стоит отметить, что припой плохо пристаёт к той части ножки, которая находилась внутри корпуса конденсатора и её лучше откусить кусачками, оставив небольшую часть. Затем ножки конденсатора, приготовленного для замены и ножки старого конденсатора обрабатываются припоем и припаиваются. Удобнее всего паять конденсатор, приложив его к к плате под углом в 45 градусов. Потом его легко можно поставить по стойке смирно.

Вид в результате, конечно неэстетичный, но зато работает и данный способ намного проще и безопаснее предыдущего с точки зрения нагрева платы паяльником. Удачного ремонта!

Если материалы сайта оказались для вас полезными, можете поддержать дальнейшее развитие ресурса, оказав ему (и мне ) моральную и материальную поддержку.

nevor.ru