Чем болеет старое радио? Сухие «электролиты» и ESR. Часть 1


У «214-го», что я купил, совсем не было звука. Опыт подсказывал: меняй «электролиты». Интерес предлагал другое: сначала посмотри, что при этом происходит.

УНЧ без усиления


Проверка генератором сигналов показала две проблемы:

  • усилитель работает лишь от очень высокого входного напряжения. По схеме из радиотракта в темброблок приходит сигнал 8 мВ; «ВЭФ» кое-как заработал только от 2 В, то есть чувствительность упала в 250 раз;
  • сигнал на выходе искажён — вместо меандра квадратного сечения осциллограф показывает Ульмский собор.

VEF 214

Сигнал с генератора: меандр 1 кГц, размах 2 В (p-p).

Точка включения: контакты «1» (сигнал) и «3» (земля) темброблока.


Фиолетовый сигнал — вход темброблока, жёлтый — выход УНЧ. Даже с учётом того, что регулятор громкости стоит на минимуме — таких «иголок» быть не должно.


Регулятор тембра послушно заваливает передний или задний фронт, но всё равно эти картинки не похожи на усиленную версию входного сигнала. Полезного колебания здесь 100…200 мВ, и ещё вольт приходится на «иголки».


При выключении приёмника происходит возбуждение.

VEF 216

Для сравнения взял исправный «ВЭФ 216». Он слышит сигналы даже размахом 2 мВ (p-p), но я на вход подал те же 8 мВ, что указаны в схеме — для равенства условий.


Нормальная работа УНЧ — на выходе меандр 80…130 мВ и никаких «иголок».

Эти же исследования записал на видео:

Я заменил «электролиты» в УНЧ, и к «214-му» сразу вернулся звук — по крайней мере, он уже смог усилить 8 мВ от генератора. Конденсаторы на замену:

  • C45, C49, C50, C53 — 470…1000 мкФ
  • C46, C47 — 47 мкФ


Транзистор-тестер показал, что «электролиты» 500 мкФ почти не потеряли в ёмкости, а у некоторых она оказалась даже выше номинальной. Это типично для советских конденсаторов от 100 мкФ — они редко высыхают напрочь, и о возрасте говорит лишь завышенное ESR. Рядом новые конденсаторы на 470 мкФ из низкоимпедансной серии — их ESR на порядок меньше.


А вот «электролиты» на 50 мкФ совсем плохие — приборчик даже не считает конденсатором один из них.


Для сравнения — новый конденсатор на 47 мкФ.

Вывод: большинство проблем старой техники уходит после замены всех подряд «электролитов». Это не так уж сложно и не дорого, зато вы избавляетесь и от гарантированно сухих конденсаторов, и от потенциально проблемных — с завышенным ESR и внутренними утечками.

ESR: теория

Я уже несколько раз написал «ESR» в расчёте на то, что вам знакомо это сокращение. Даже если нет — сейчас исправим.


Конденсатор из двух обкладок и двух выводов — удобная модель для принципиальной схемы. У реального изделия, помимо ёмкости C, есть и паразитные параметры (рис. 1):

  • ESR — эквивалентное последовательное сопротивление, которое состоит из сопротивления выводов и обкладок, а так же сопротивления диэлектрика;
  • ESL — эквивалентная последовательная индуктивность, которая зависит от длины выводов и внутреннего устройства конденсатора;
  • Rp — параллельное сопротивление, которое определяется утечками в диэлектрике.

На звуковых частотах значениями ESL и Rp можно пренебречь, поэтому в повседневном радиолюбительстве по-настоящему важны только C и ESR (рис. 2). Чтобы понять вредную сущность последнего параметра, для начала рассмотрим работу конденсатора без ESR.

Идеальный конденсатор в схеме

Запоминаем главную мысль: конденсатор не пропускает постоянный ток, а переменный пропускает тем лучше, чем выше его частота. Следующие рисунки выполнены с точки зрения переменного тока, поэтому поначалу кажутся абсурдными.


Дано: генератор переменного напряжения и нагрузка Rнагр. По закону Ома в цепи возникает некоторый переменный ток (I = U/R). Если подключить конденсатор параллельно источнику сигнала (рис. 3), то получится фильтр нижних частот (ФНЧ). Постоянный ток не пройдёт через ёмкость, и поэтому устремится в нагрузку. Для переменного тока, напротив, конденсатор выглядит перемычкой: колебания и пульсации возвращаются к генератору по общему проводу, не доходя до нагрузки. После фильтра остаётся лишь самая низкая, нулевая частота — постоянный ток с постоянным напряжением. Именно для этого в цепях питания ставят объёмные «электролиты» — чтобы убрать пульсации напряжения. В усилителе «ВЭФа» это C45, C49 и C50.

Копеечные фрилансеры бездумно копируют тексты у huxfluxdeluxe.

Если же включить конденсатор последовательно с генератором (рис. 4) — получится фильтр верхних частот (ФВЧ). Он отсекает постоянный ток (нулевую частоту), но пропускает переменный — посмотрите на C53 в усилителе «ВЭФа». Конденсатор в таком включении называют «разделительным» или «межкаскадным». Справедливо сказать, что для переменного тока он выглядит как перемычка — хорошая такая перемычка из толстого медного провода с низким сопротивлением.

Мера этого сопротивления называется реактивным или ёмкостным сопротивлением Xc, а так же реактансом; формула его расчёта приводится на рис. 4. Ничего нового и ничего сложного, лишь основное свойство конденсатора, изложенное математическим языком: чем выше частота сигнала F, тем лучше он проходит через конденсатор ёмкости C, ведь сопротивление Xc уменьшается. Из формулы вырастают две чисто практических рекомендации:

  • ёмкости по питанию много не бывает — и действительно, чем выше C, тем ниже сопротивление Xc, тем «толще» получится «перемычка» на «землю» для помех. По этой же причине большие ёмкости помогут отфильтровать помехи с низкой частотой — скажем, просадки напряжения раз в секунду.
Частота, ГцЁмкость, мкФСопротивление Xc, Ом
10010015,9
10010001,59
5010031,8
5010003,81
Меньше пульсаций оставит тот ФНЧ, у которого на рабочей частоте ниже сопротивление — здесь это конденсатор 1000 мкФ
  • не хватает басов — увеличивай межкаскадные ёмкости. Точно так же с ростом ёмкости C падает сопротивление Xc, и усилитель пропускает через себя всё более низкие частоты.
Частота, ГцЁмкость, мкФСопротивление Xc, Ом
2017960
2010795,8
2047169,3
2047016,93
Чем выше ёмкость у ФВЧ — тем проще через него пройти низким частотам. На входе усилителя обычно стоят конденсаторы 1…22 мкФ, на выходе — 100…1000 мкФ. Если не хватает НЧ — начните отсюда.

Теперь в тех же условиях понаблюдаем за реальным конденсатором, у которого есть ESR. Напомню, что это чисто активное сопротивление выводов и обкладок, которое не зависит от частоты, а так же сопротивление диэлектрика, которое зависит от его типа и химического состава.

Реальный конденсатор в схеме

На рис. 5 показан уже знакомый ФНЧ, разве что у конденсатора появилось ESR. Повышая частоту сигнала, можно довести реактанс Xc до пренебрежимо малой величины, тогда как ESR меняться не будет. Переменное напряжение с генератора, приложенное к нагрузке, создаст в цепи переменный ток — правда, он уже не сможет замкнуться накоротко через конденсатор, ведь на его пути оказывается ESR. На этом сопротивлении по закону Ома падает напряжение (U = I*RESR): по-простому это значит, что «перемычка» плохо замыкает пульсации на «землю», и они частично проникают в нагрузку. Чем выше ESR конденсатора, тем слабее ФНЧ подавляет помехи.

На рис. 6 изображён ФВЧ, у конденсатора которого есть ESR. Начиная с некоторой частоты реактансом Xc можно пренебречь, и тогда на пути переменного тока оказывается делитель напряжения из сопротивлений ESR и нагрузки. По закону Ома часть напряжения упадёт на сопротивлении ESR (U = I*RESR), и сигнал пройдёт в нагрузку не полной амплитудой. Чем выше ESR конденсатора, тем хуже ФВЧ пропускает сигналы переменного тока.

Формула расчёта импеданса, или полного сопротивления конденсатора Z, приводится на рис. 6. Она учитывает и активное, и реактивное сопротивление детали. Из формулы можно сделать вывод, что на одинаковой частоте у конденсаторов одинаковой ёмкости будет разный импеданс, если их ESR отличается. Всегда надо выбирать тот, у которого ESR меньше, ведь он с меньшими потерями пропускает через себя переменный ток. Особенно важно это для электролитических конденсаторов — в старой технике они часто высыхают и вздуваются, а иногда и взрываются. Виной тому ESR.

Потери на ESR определяются двумя физическими законами. Я уже писал, что по закону Ома при прохождении тока через конденсатор на его внутреннем сопротивлении падает напряжение (U = I*RESR). Важнее, что по закону Джоуля-Ленца на этом же сопротивлении выделяется тепловая мощность (P = U*I или P = I2*RESR). Чем выше ESR и ток через конденсатор, тем сильнее он греется. Это не безобидный процесс — от нагрева электролит испаряется, уменьшая ёмкость конденсатора, а ещё растёт его сопротивление и утечки в диэлектрике. На примере фильтра по питанию рассказываю путь конденсатора от завода до мусорного ведра:

  • из-за негерметичности корпуса электролит понемногу высыхает, его состав меняется;
  • растёт ESR и падает ёмкость;
  • конденсатор оставляет больше пульсаций, которые попадают в нагрузку;
  • эти же пульсации дальше разогревают сопротивление ESR;
  • горячий конденсатор всё хуже и хуже работает, электролит в нём кипит и испаряется;
  • корпус вздувается, защитный клапан трескается и сбрасывает лишнее давление;
  • ёмкость падает, растёт ESR;
  • ещё большие пульсации ещё сильнее разогревают конденсатор;
  • повторять N месяцев, пока устройство не откажется включаться, или не начнёт безбожно глючить, или пока рокот блока питания не станет громче музыки.

Справедливости ради — описанный сценарий больше подходит к импульсным блокам питания и материнским платам, где присутствуют высокочастотные пульсации большого тока. Поскольку на частотах в сотни килогерц реактанс «электролитов» небольшой, основные потери приходятся на разогрев ESR. «ВЭФу» едва ли не грозят ужасы вздутых и разорванных конденсаторов — ёмкости в нём сохнут от старости и изначально низкого качества, а режимы работы весьма щадящие: по питанию они гасят частоты 50-100 Гц, а через межкаскадные «электролиты» не проходит ничего выше 20 кГц. Поэтому в старом радио конденсаторы с высоким ESR ведут себя не агрессивно: то звук исчезнет (ищите межкаскадный «электролит»), то гудение появится («электролит» по питанию), а то и вовсе начнётся визг в динамике (конденсатор в обратной связи УНЧ или же фильтр по питанию какого-то каскада). Меняйте все и сразу, особенно если видите надписи К50-6, К50-16 или К50-35 — теорию подтверждает семилетняя практика и два десятка лично моих приёмников.

Из конденсаторов одинаковой ёмкости надо выбирать тот, у которого ESR меньше


Во второй части расскажу, как измерить ESR без транзистор-тестера, а так же покажу, что не так с главным конденсатором и мелкими «электролитами» на плате ДЧМ.

Дополнительно почитать:

ESR конденсатора | Описание, как измерить, таблица ESR

Introduction to Capacitor Technologies — KEMET

Understanding ESR In Electrolytic Capacitors | Avnet Abacus

Калькулятор импеданса конденсатора — Конвертер величин

Полное сопротивление цепи переменного тока — Основы электроники

Активное и реактивное сопротивление | Практическая электроника

VEF-Spidola 242. Кристина, 1984 (воющий УНЧ и сухие «электролиты»)


Подписаться

Оставьте свою почту, чтобы раньше «Гугла» узнавать о новых записях. Когда не пишу о приёмниках VEF — пишу о другой электронике, делюсь разработками, рекомендую книги, сбрасываю музыку под настроение.


Помочь проекту

4731 1856 0173 1794

Карта VISA принимает любую валюту

Брелок для ключей в виде радиоприёмника VEF — 50 гривен, отправка только по Украине. Сам рисовал и заказывал на производстве, поэтому на «Алиэкспрессе» таких не найти.

Запись опубликована в рубрике Радиоприемники, Электроника с метками , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

17 отзывов на “Чем болеет старое радио? Сухие «электролиты» и ESR. Часть 1

  1. Александр:

    Спасибо, очень полезная тема…Эт точно, электролиты малых ёмкостей и конченный темброблок — это кладбище АЧХ ..в данном случае ВЭФов.
    Пока лично я с нетерпением жду 2 часть, у меня мелкий вопрос:
    у Вас есть какие-то, кроме низкого ESR и Vloss, требования к межкаскадным электролитам ? Или просто предпочитаете кондёры определённых производителей?

    • Нет, больше никаких требований — новый Китай всяко лучше старых «армян». Раньше везде ставил серию CD268 от Jinpei Electronics или же CapXon — просто потому что в местном радиомагазине слаще морковки не водилось. Ни единого отказа, самые первые мои приёмники с этими конденсаторами с 2014-го работают нормально. Два пшика было из-за переполюсовки. Сейчас везде ставлю низкоимпедансные Hitano серии EXR — реже занимаюсь старой техникой, поэтому не накладно купить двадцать штук в год и немного доплатить за низкий ESR. А Hitano серии ECA очень удобен для ремонта VEF 202 и его друзей: это аксиальный конденсатор, и он замечательно становится на место «К50-9» и «К50-12».

      За «Ничиконом», «Джамиконом» или «Рубиконом» гоняться в случае «ВЭФа» не вижу смысла: много подделок, да и внутри всё же электролит, а не бабочки с единорогами — звучание ширпотребного приёмника второго класса никак не улучшится. На радиофорумах читал про джентльмена, который на замену сухим советским «электролитам» подбирает такие же, но исправные, да ещё и чтобы год выпуска не выбивался из общей картины — для аутентичности, значит. Легендарно, уникально, впечатляюще — но непрактично.

      • Александр:

        Понял. Извращения «дженльтменов»-без комментариев…
        Насчёт советских и армянских и неармянских электролитов ёмкостью до (и по включительно) 100мкФ аналогично, менять их все и сразу независимо от наличия\ отсутствия ESRметра в хозяйстве. Исключение — только оксидно-полупроводниковые К53-ХХ военной приёмки, которые массово втыкали в поздние ВЭФы (убедившись в соответствии указанных на них их ёмкостей схеме!).
        О сохранившихся советских эл.литах больших ёмкостей (500, 1000 мкФ…)- всё зависит от того, где аппарат окажется после ремонта, если на собственной кухне, то можно и оставить..,а если уйдёт как подарок близкому человеку, то лучше заменить, т. к. сложно предсказать, сколько он ещё проработает.
        Единственное, с чем я не согласен, так это с утверждением, что «…звучание ширпотребного приёмника второго класса никак не улучшится. »
        Улучшится-не улучшится, это индивидуально…но ещё как изменится.
        Уже писал, какие именно неполярные эл.литы я ставлю в качестве межкаскадных (из сленга джентльменов «переходных»), не буду повторять.

      • Так и есть, всё мелкое — прочь. Хотя у читателя Дмитрия были утечки как раз на «К53-14», он им особо не верит с тех пор.

        Схемы по годам выпуска менялись, в основном в сторону уменьшения номинала. У раннего «214-го» C49 500 мкФ, а в 88-м — уже 100 мкФ. То же и с C28 — 500 мкФ против 50 мкФ. И правда, зачем ёмкости по питанию? :)

        Мне в основном попадались «плоские» уже без звука, поэтому как оно там было на родных конденсаторах — не знаю.

        Подтяну сюда ваши доработки «ВЭФа», чтобы не затерялось:
        Часть 1
        Часть 2

      • Александр:

        Я НЕ хвалю танталовые К53-14 , К53-4 (в ДЧМ) и др…, но они в отличии от советских электролитов намного более сохранны (как минимум намного лучше сохраняют свою ёмкость при своих мелких номиналах)…
        ВСЁ надо измерять.
        Мне до сих пор «не везло», избегал иметь дело с поздними VEF 216 (‘Vilnis’).а пару недель назад выпало счастье поиметь такой шедевр выпуска декабря 1991-го года. Как только я его раскрыл и глянул на то, как (где именно) уже независимые небратья-прибалты навтыкали эти К53-14, сразу понял, что в цирке я уже никогда смеяться не смогу…
        пи. си. В тему. В дополнении к своим глыбокомысленным доработкам могу добавить ещё один совет не особо опытным реставраторам;
        мучаетесь с НЧ-искажениями , снижайте номинал С53 (500 мкф), не исключено, что с эл.литом даже в 330 мкФ звук вашего ВЭФа вас вполне устроит.

      • Кто знает, может, к ним под закат уже вагонами эти конденсаторы везли. У меня три штуки «216-х» было, все из 91 года, все в разной степени обмазаны «К53-14». И не так чтобы в этом прослеживалась какая-то система: где в одном «электролит», в другом «вояка», в третьем опять «электролит».

        Тоже дельное предложение — задавить НЧ. Надо посмотреть, может, я в свой «214-й», которому темброблок переделывал, тоже от щедрот 1000 мкФ запаял…

      • Александр:

        К53-14 -это скорей всего наследство, доставшееся латышским хлопцям от «оккупантов».
        Я имел дела с 216-ми, но с надписями «VEF 216» в правом нижнем углу, 2 шт. таких имею в наличии…а тут мне впервые достался с «‘Vilnis’» там же (под пломбой, с маленьким круглым 2 ГДШ-2).
        Это был шок- ни одного КТ-315, куча К53-14 (максимальных номиналов 47 мкФ на тех местах, где по схеме должны быть 100 и 200 мкФ) и т. д.
        Кондёры (и К53-4 и керамика и слюдяной К31-11), которые они навтыкали в ДЧМ, можно описать только во 2-ой части..и то после стакана, чтобы руки не дрожали отстукивать кнопки клавы.
        Насчёт темброблоков всех своих и 214-ых и 216-ых и 221-го — я за время пандемии переделал их все. Заодно поимел кучу светодиодов на 1,7\ 1,8\ 1,9 вольт и уже почти везде организовал Индикаторы настройки.
        Ладно, что-то я ващще отвлёкся от темы…

      • Вот у меня «Вильниса» ни разу не было, интересно было бы заглянуть. В целом я знаю, что под закат Союза делали их лишь бы как, но самому интересно всё осмотреть. Пока что не попадались за приличную цену, как и 221/222.

        А на что у вас КТ315 променяли, на КТ3102?

  2. Александр:

    КТ315 поменяли на КТ3102 (в-основном), и на 2Т306 (букву не помню), а вместо VT10 стоит что-то громадное германиевое с явно низким h21э судя по уровню громкости (прочесть название пока не удаётся, выясню, когда буду менять)…
    А самое смешное это то, из чего собран контур ДЧМ : на L1, как положено + С11 и С12 (оба) — по 2 последовательно-скрученных трубчатых керамических по 68 пФ и С13 на 560 пФ (огромный. 500 вольтовый).
    И самое подлое- отсутствует даже блокировочный С10 (0,033 мФ)…
    Чего ещё нет, пока не выяснил, вчера полдня сношался с верньером.
    Единственный плюс- перестроился на FM идеально, по-видимому блок УКВ произведён до наступления нэзалэжности и развала «империи зла»…
    Отсюда совет: хотите осложнить себе жизнь- поимейте ВЭФ-216 с шильдиком «‘Vilnis’», не ошибётесь.

    • Теперь ещё больше хочу сие чудо покрутить :D

      Читатель Василий присылал свои впечатления о 221-м — там тоже качество никакое было.

      • Александр:

        Рисковый Вы мужчина однако…
        Я вот тоже , несмотря на ласковые комменты об этом своём «щастье» собираюсь прикупить в инете ВЭФ-221. Сижу и гадаю, КОГДА (в каком году?) мог быть выпущен аппарат , о котором известно только;
        1. Его заводской № (побуквенно за КБО бумажка с надписью «№ 070341″…никакого года выпуска НЕТ!)
        и 2. В тексте на тыльной стороне последняя строка выглядит так — «MADE IN CCCP»(на латинице)..
        Подозреваю, что это не дай Бог не 1991 год (или позже), но не уверен.

      • Ну как, я бы чисто ради курьёза хотел посмотреть и послушать такое радио. Мне писали, что маленький динамик ни о чём, присылали фото вкось и вкривь напаянного, а всё равно для полноты картины хочется увидеть уже «закатный» приёмник.

        С номерами ничего не могу сказать — системы никакой не обнаружил. Когда-то ещё по «202-м» заметил, что нумерация не сквозная — у более поздних приёмников могли быть меньшие цифры, чем у более ранних.

      • Александр:

        Насчёт нумерации- это точно, полный бардак и лотерея.
        Маленький 2ГДШ-2 точно НИ О ЧЁМ (хотя и большой не особо уважаю, поэтому в аппаратах для себя, любимого, всегда втыкаю только 3ГДш-1\2ГД 38..).
        В маленьком 2ГДШ-2 из этого «VEF 216» обработал подвес и слегка подмазал диффузор около пыльника…что-то слегка улучшилось немного выросли ВЧ… , но не настолько, чтобы я его нежно полюбил.

  3. Александр:

    Предчувствия меня не обманули…поимел вчера этот ВЭФ-221, открыл, борясь с учащённым сердцебиением и глянул внутрь.
    Душераздирающее зрелище: крышка блока УКВ отсутствует, следов воска в блоке нет, ОБЕ микросхемы в ДЧМ датированы 08.91 и 11,91 гг…

    • Без пломбы? Мне попадались аппараты после Мастера Рукосуева, у которых иногда не было крышки блока УКВ.

      • Александр:

        ПОД ПЛОМБОЙ, пломба родная , разглядывал под диким увеличением.
        Я уже не беру НЕдевственные (ранее вскрытые), мне свои нервы и остатки интеллекта надо беречь.

      • Кру-у-у-уто! Когда весь ОТК ушёл пить чай — можно не ставить крышечки. Так и вспоминается Дядя Вова (с 47 секунды):

        Насчёт ранее вскрытых — согласен. Пару раз мне попадались работы безымянных маэстров, после которых приёмник только на детальки пустить.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s