Hulpschakelingen

Condensatortester: H.A. Steenman

VAN ALLERHANDE EUVELEN…..
Een dikke brilslang zat parterre
Vooraan in de Folies-Bergère.
“Van allerhande euvelen”
zo hoorde men hem keuvelen,
“kwelt de bijziendheid mij het meest.
Zijn er al doelpunten geweest?”

Verzamelaars en reparateurs van oude radio-ontvangers worden gekweld door vele lastige tekortkomingen in hun toestellen. Van die vele kwellingen is de koppelcondensator waarschijnlijk de grootste. Immers, de koppelcondensator die we tussen de anode van een buis en het stuurrooster van de volgende trap aantreffen moet aan hoge eisen voldoen. Deze condensator moet het hoogfrequente of laagfrequente signaal keurig doorgeven van de anode van de voorgaande buis aan het stuurrooster van de volgende buis, maar moet de hoge gelijkspanning van de anode volledig blokkeren om de instelling van die volgende trap niet te verstoren.
Helaas kunnen die hoge eisen aan de isolatie van de koppelcondensator de tand des tijds slecht doorstaan. Een voorbeeld ter illustratie.

Stel dat op de anode van buis 1 een spanning staat van 200 V. Het stuurrooster van buis 2 wordt via een roosterlekweerstand van 1 MΩ op aardpotentiaal gehouden. De kathodeweerstand zorgt voor een negatieve roosterspanning van enkele volts t.o.v. de kathode. Als we er van uitgaan, dat de negatieve roosterspanning niet meer dan 1 V mag afwijken van de door de ontwerper gekozen instelling, hoeveel ‘lek’ kan die koppelcondensator zich dan permitteren? M.a.w. hoeveel stroom mag er door de roosterlekweerstand lopen om 1 Volt spanning te laten ontstaan? U kunt allen de Wet van Ohm toepassen, dus ik geef u gelijk het antwoord.

Een piepklein stroompje van 1 microampère. En dit is al een maximaal toelaatbare lek. Over de koppelcondensator staat een spanning van 200 V. De weerstand van onze marginale koppelcondensator is dus toch nog 200 MΩ. Bovengenoemde stroom- en weerstandswaarden zijn met een eenvoudige universeelmeter niet te meten. Zelfs niet met een dure. Bovendien willen we de koppelcondensator kunnen testen onder bedrijfsomstandigheden, dus als er een hoge spanning overheen staat.
Om zo’n meting mogelijk te maken heb ik een condensatortester ontworpen, die aan bovenstaande eisen tegemoet komt. Voor alle duidelijkheid: de te testen condensator moet uit de schakeling worden genomen voor het testen.

De schakeling bestaat uit twee delen: een voedingsapparaat, dat een testspanning van 100 en 200 V levert en een OpAmp schakeling, die op eenvoudige wijze een stroommeter van 1 en 10 microampère volle schaal tot stand brengt. Hiermee kunnen we dus stroompjes vanaf ongeveer 0,05 µA meten. Het voedingsgedeelte (PSA) zal weinig vragen oproepen. Een paar tips. Ik heb een oude trafo uit een sloopradio gebruikt.

Omdat een dergelijke trafo is ontworpen voor het voeden van een radio terwijl in onze schakeling haast geen energie wordt afgenomen en omdat onze netspanning in de loop der jaren van 220 V naar 230 V is gegaan loopt u de kans dat alle spanningen aan de hoge kant zijn. Mijn trafo bleek over verschillende aftakkingen aan de primaire zijde te beschikken. Ik heb de 240 V aftakking gebruikt voor aansluiting op het lichtnet. Om diezelfde reden heb ik ook gekozen voor een gelijkrichtbuis i.p.v. twee halfgeleider diodes. Bovendien is een buis beter bestand tegen een kortstondige kortsluiting als het PSA per vergissing wordt kortgesloten.

De OpAmp heeft een plus- en minvoeding nodig, hetgeen gemakkelijk te maken is van een ongebruikte 6,3 V wikkeling. De twee zenerdiodes, met een zenerspanning tussen de 6 en 7 Volt, zorgen voor een keurig stabiele voeding. Uit het PSA worden via enkele weerstanden testspanningen van 100 en 200 V gehaald. De weerstand van 13 kΩ verlaagde in mijn PSA de spanning van 225 V tot de gewenste 200 V.

U zult ongetwijfeld op een iets andere PSA spanning uitkomen. Deze weerstand moet dan worden aangepast om de gewenste 200 V te krijgen. Om deze testspanning niet continu op de klemmen van de te testen koppelcondensator te hebben staan, heb ik een drukknopschakelaar in serie opgenomen.

De OpAmp is beveiligd tegen overspanning met de 1N4004 diode. Mocht uw koppelcondensator volkomen kortgesloten zijn dan blijft de ingangsspanning op de OpAmp toch beperkt tot een veilige 0,6 V. De weerstand van 27 kΩ tussen de uitgang van de OpAmp en de meter beperkt de maximale stroom door deze meter tot ca. 200 µA. De meterwijzer kan dus wel ‘in de hoek gaan staan’ maar dat leidt niet tot enige schade. Met behulp van de 500 Ω instelpotmeter in het OpAmp circuit is de stroommeter eenvoudig af te regelen. Als we in het meetbereik van 10 µA bij volle schaal en bij een testspanning van 100 V een weerstand van 10 MΩ (tolerantie 5% of beter) over de testklemmen zetten, behoort de meter een volle schaaluitslag te geven (weer eerst de meter met de nulinstelling op nul zetten). Met behulp van de 500 Ω instelpotentiometer is dit keurig af te regelen.

Als de meetbereikweerstanden van 10 kΩ en 1 kΩ nauwkeurig zijn, zal ook het meetbereik van 1 µA goed zijn geijkt. Wantrouwend als ik in dit soort gevallen ben, heb ik 10 weerstanden van 10 megohm in serie aan elkaar gesoldeerd en de afregeling in het 1 µA bereik herhaald. Het klopte precies. Aangezien we het hier, ondanks de eenvoud, toch over een buitengewoon gevoelig meetinstrument hebben, verdient het aanbeveling de bedrading volgens de regels uit te voeren, aardverbindingen naar een centraal punt te leggen, een metalen behuizing te kiezen en het kastje tijdens gebruik te aarden. Als aan deze voorwaarden voldaan is zult u de knop voor de nulinstelling van de meter slechts incidenteel nodig hebben om de nulinstelling een klein beetje te corrigeren.