Wymiana kondensatorów w Amidze 1200

Problem starzejących się kondensatorów elektrolitycznych nie jest rzecz jasna specyficzny dla Amigi 1200, ani dla Amig w ogólności – dotyczy każdego sprzętu elektronicznego zawierającego takie kondensatory i liczącego sobie kilkadziesiąt lat. Znaczna część informacji w tym wpisie będzie więc użyteczna dla elektroników wymieniających te elementy w dowolnym starym urządzeniu.

Dlaczego wymieniać?

Typowy aluminiowy kondensator elektrolityczny zawiera w sobie płynny elektrolit. Płyn ten jest niezbędny do poprawnej pracy kondensatora. Reagując z aluminiową elektrodą, pod wpływem przyłożonego napięcia tworzy na powierzchni aluminium cienką warstwę tlenku glinu. To właśnie ona jest dielektrykiem w kondensatorze elektrolitycznym. Jedną okładką jest folia aluminiowa, drugą zaś sam elektrolit. Z biegiem czasu w kondensatorze elektrolitycznym mogą zachodzić dwa niekorzystne procesy, których przyczyną jest nieidealna szczelność kondensatora. Pierwszym jest wysychanie elektrolitu. Jego skutkiem jest wzrost rezystancji pasożytniczej i utrata pojemności. Drugim, groźniejszym dla sprzętu, jest wyciek elektrolitu na zewnątrz. Choć nie jest on tak agresywny chemicznie jak elektrolit z ogniw niklowo-kadmowych, może również powodować korozję ścieżek na płytce drukowanej i jej zniszczenie.

Uszkodzeniu kondensatorów sprzyja długie magazynowanie sprzętu bez używania, zwłaszcza w niekorzystnych warunkach: niskie lub bardzo wysokie temperatury, wilgoć. Dlatego po pozyskaniu sprzętu przechowywanego w nieznanych warunkach, wymiana kondensatorów elektrolitycznych jest w zasadzie obowiązkowa, nawet jeżeli sprzęt działa, a oględziny nie ujawniają nic niepokojącego.

Wymieniamy, ale na jakie?

Biorąc pod uwagę pojemności kondensatorów, oraz postęp technologiczny, mamy z grubsza rzecz biorąc cztery alternatywy:

1. Nowe kondensatory elektrolityczne aluminiowe.
2. Kondensatory elektrolityczne tantalowe.
3. Kondensatory polimerowe.
4. Kondensatory ceramiczne wielowarstwowe (MLCC).

Omówię teraz bardziej szczegółowo te cztery możliwości. Przyjmuję, że przy wymianie, zwłaszcza w wartościowym sprzęcie, cena kondensatorów nie gra większej roli i tego kryterium można nie brać pod uwagę, skupiając się wyłącznie na kwestiach technicznych.

Nowe kondensatory aluminiowe

Argumentem zwolenników tej opcji jest zachowanie stanu i wyglądu urządzenia, bo takie właśnie elementy zastosowali konstruktorzy. Co prawda ich wyborem z reguły kierował koszt – w przypadku komputerów Amiga, urządzeń produkowanych masowo, wybrano po prostu kondensatory najtańsze. Z drugiej strony trzeba pamiętać o tym, że alternatywne typy kondensatorów oprócz zalet mają również i wady. Zanim podejmie się decyzję o zmianie typu kondensatora, warto sprawdzić jaką rolę pełni on w układzie. Amiga 1200 posiada teoretycznie 19 kondensatorów elektrolitycznych, w praktyce kondensator C460 z reguły nie jest zamontowany, co zmniejsza ich liczbę do 18. Poniższa tabela zawiera wykaz kondensatorów, ich pojemności i napięcia oraz pełnioną funkcję.

Ozn.	Poj.	Nap.	Typ	Funkcja
C214	10 µF	35 V	SMD	Kondensator separujący doprowadzenie sygnału audio do enkodera video
C235	100 µF	6,3 V	SMD	Kondensator separujący doprowadzenie sygnału audio do modulatora
C236	100 µF	6,3 V	SMD	Kondensator separujący doprowadzenie sygnału composite video do modulatora
C237	470 µF	16 V	THT	Wyjściowy kondensator separujący sygnału composite video
C239	100 µF	6,3 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie zasilania modulatora video
C303	22 µF	35 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie zasilania +12 V toru audio
C304	22 µF	35 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie zasilania −12 V toru audio
C306	10 µF	35 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie odniesienia +2,5 V w torze audio
C307	470 µF	16 V	THT	Kondensator filtrujący napięcie zasilania +5 V układu Paula
C324	22 µF	35 V	SMD	Separujący kondensator wyjściowy lewego kanału audio
C334	22 µF	35 V	SMD	Separujący kondensator wyjściowy prawego kanału audio
C407	10 µF	35 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie zasilania przetwornika C/A video
C408	1000 µF	10 V	THT	Kondensator filtrujący napięcie zasilania +5 V
C409	100 µF	6,3 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie zasilania enkodera composite video
C459	22 µF	35 V	SMD	Kondensator filtrujący napięcie referencyjne enkodera video
C460	10 µF	35 V	SMD	Kondensator w układzie filtru prądu referencyjnego enkodera video
C811	1000 µF	10 V	THT	Główny kondensator filtrujący napięcie zasilania +5 V
C821	47 µF	16 V	SMD	Główny kondensator filtrujący napięcie zasilania +12 V
C822	47 µF	16 V	SMD	Główny kondensator filtrujący napięcie zasilania −12 V

Zastosowanie kondensatorów aluminiowych uwalnia nas od konieczności analizy pełnionej przez kondensator funkcji, oraz ułatwia wymianę, bowiem nowe kondensatory mają identyczne obudowy i rozstawy wyprowadzeń. Nie ukrywam, że jestem zwolennikiem tej właśnie opcji wymiany i w swojej Amidze zastosowałem właśnie kondensatory aluminiowe. Wybierając typ i producenta warto zwłaszcza duże kondensatory filtrujące zasilanie (C811, C821, C822 i C307) wybrać w wersji niskoimpedancyjnej. Jeżeli chodzi o producenta, sam zastosowałem kondensatory Nichicon oraz Panasonic (1000 µF, Nichicon nie ma kondensatorów o wysokości 13 mm), chociaż wcale się nie upieram, że te są lepsze, niż innych producentów.

Kondensatory tantalowe

Ich oczywistą zaletą jest elektrolit w stanie stałym. Żadne wycieki ani wyschnięcie nie są możliwe. Bliższe przyjrzenie się „tantalom” ujawnia jednak drobne problemy. Kondensatory tantalowe mają inny kształt obudów i wygląd (zazwyczaj prostokątne obudowy w kolorze żółtym, chociaż niektórzy producenci, np. Kemet, oferują również czarne). To nieco utrudnia montaż i według niektórych „psuje wygląd”. Kondensatory tego typu mają też nieco większą zależność pojemności od przyłożonego napięcia, oraz występuje w nich zjawisko histerezy. Może to mieć znaczenie w przypadku używania ich jako kondensatory sprzęgające, natomiast nieistotne jest przy filtracji zasilania.

Z tego powodu warto przemyśleć zastosowanie kondensatorów tantalowych jako sprzęgających w torze audio (C324, C334). W torze video jest to w zasadzie bez znaczenia, natomiast śmiało można je stosować do filtracji zasilania. Co prawda kondensatory tantalowe są nieco bardziej wrażliwe na przepięcia i teoretycznie przy silnych przepięciach mogą się nawet zapalić, w praktyce jednak szanse na zajście takiego zjawiska są niewielkie. Najczęściej zapobiega się mu stosując kondensatory o napięciu wyższym niż wymagane. Jest to tym prostsze, że zazwyczaj kondensatory tantalowe są mniejsze od aluminiowych przy tej samej pojemności i napięciu pracy.

Kondensatory polimerowe

Są to aluminiowe (czasem tantalowe) kondensatory, w których elektrolitem jest stały polimer przewodzący (czyli coś w rodzaju plastiku). W zasadzie jedyną ich wadą jest nieco większy prąd upływu, oraz trochę większa wrażliwość na przepięcia. Aluminiowe „polimery” są więc interesującą alternatywą przy wymianie kondensatorów dzięki znacznie większej trwałości. W rozwiązaniach układowych, w jakich kondensatory występują w Amidze, zwiększony prąd upływu nie ma praktycznie znaczenia. Ich niewielkie jeszcze rozpowszechnienie wynika ze stosunkowo wysokiej ceny, jednak przy indywidualnej restauracji starego sprzętu nie ma to większego znaczenia.

Kondensatory ceramiczne MLCC

Choć kondensatory ceramiczne kojarzyć się mogą z bardzo dużą trwałością, stabilnością i dobrymi parametrami, nie do końca jest to prawdą w odniesieniu do MLCC. Trwałość jest w istocie bardzo duża, pozostawiając wszystkie poprzednio wymienione rodzaje kondensatorów daleko w tyle. Co więc stoi na przeszkodzie w ich zastosowaniu? Pierwsza sprawa to osiągane pojemności. Kondensatory MLCC nie są w zasadzie dostępne powyżej kilkudziesięciu µF, osiągając przy tym niebłahe rozmiary. Druga rzecz, częściowo powiązana z pierwszą, to obudowy, nie do końca pasujące do pól lutowniczych po kondensatorach elektrolitycznych. Można z tym sobie jakoś poradzić, ale właśnie – „jakoś”. Wreszcie sprawa trzecia i najważniejsza, to rodzaj używanej ceramiki. Kondensatory MLCC o największych pojemnościach są oparte na ceramikach X5R i X7R. Mają one bardzo dużą przenikalność elektryczną, co pozwala na uzyskanie dużej pojemności przy rozsądnych rozmiarach. Niestety jest to okupione znaczną nieliniowością: pojemność kondensatora silnie zależy od przyłożonego napięcia. Dlatego kondensatory oparte na materiałach X5R i X7R są nie do zaakceptowania w torach audio (i analogowego video) w jakimkolwiek miejscu oprócz filtracji zasilania, bowiem będą powodować istotne zniekształcenia przenoszonego sygnału. Wszystkie te trzy czynniki w zasadzie wykluczają kondensatory MLCC jako zamienniki „elektrolitów” w Amidze. Jeżeli ktoś jest uparty może zastosować MLCC np. jako C303, C304, C306, C407 czy C459, oraz – o ile znajdzie odpowiednio duże pojemności przy wymaganych napięciach – C811 i C812 a nawet C239 i C409.

Demontaż starych kondensatorów

Czynność z pozoru prosta, jednak w praktyce wymagająca wprawy i odpowiednich narzędzi. W dodatku inaczej usuwa się cztery kondensatory w montażu przewlekanym (THT), a inaczej kondensatory SMD.

Kondensatory THT

Te wydają się najprostsze do usunięcia i rzeczywiście tak jest pod warunkiem użycia lutownicy odpowiednio dużej mocy. Szczególnie trudne są C811 i C408, ponieważ są dołączone do dużych obszarów miedzi na płycie. Tu się nie ma co pieścić, bez wahania sięgam po lutownicę transformatorową o mocy 100 W. Większych szkód można narobić próbując na siłę wyciągnąć kondensatory z nie do końca stopionego lutu w metalizowanych otworach. Bardzo ważną pomocą przy wylutowywaniu jest topnik w żelu (zwany potocznie „fluxem”), którym smaruję luty przed wylutowywaniem. Kondensatory wyjmuję metodą podgrzewania nóżek na przemian. Po wyjęciu odsysaczem czyszczę otwory, nie zapominając o dodaniu topnika.

Kondensatory SMD

Spotkałem się z czterema metodami demontażu. Najgorsza z nich to próba wylutowania kondensatora najpierw z jednej strony, a potem z drugiej. To się prawie zawsze skończy oderwaniem jednego z padów od płytki. Końcówki kondensatora są wywinięte płasko wzdłuż pada i przylutowane na odcinku kilku milimetrów. Jeżeli podgrzejemy jedną stronę i będziemy usiłowali podnieść ją do góry, na drugiego pada zadziała siła zwielokrotniona przez dźwignię, jaką stworzy plastikowa podstawka kondensatora.

Kolejna metoda to wylutowywanie gorącym powietrzem, lutownicą typu hot air. Tu problemem jest możliwość nadtopienia okolicznych elementów plastikowych, mimowolnego odlutowania sąsiednich komponentów, lub odlutowania elementów po drugiej stronie płytki. Specjalne dysze dostosowane do kształtu kondensatora i osłanianie okolicznych elementów folią aluminiową lub z odpornego tworzywa eliminują problemy w ograniczonym stopniu.

Trzecia metoda, polecana przez wielu fachowców, to ukręcanie kondensatora szczypcami. Końcówki kondensatorów SMD są dość cienkie. Jeżeli pewnie chwycimy kondensator płaskimi szczypcami i będziemy nim delikatnie i cierpliwie poruszać na boki w stosunku do linii pól lutowniczych, to w końcu końcówki się urwą. Niestety łatwo przy tym sposobie o wyrwanie pada z płytki. Szczególnie niebezpieczny jest moment urwania się pierwszej z nóżek, wtedy można odruchowo szarpnąć kondensatorem i oderwać drugą razem z padem. Wbrew obiegowym pochlebnym opiniom nie używam tej metody (no, prawie, o czym poniżej).

Moim zdaniem najlepszą metodą demontażu kondensatorów SMD jest użycie specjalnej lutownicy, tzw. gorących szczypiec. Wygląda ten sprzęt jak skrzyżowanie dwóch lutownic z pęsetą i sprawdza się znakomicie. Pracę zaczynam od posmarowania obu lutów fluxem. Potem ustawiam temperaturę szczypiec na 320°C i obejmuję nimi kondensator, przyciskając na początku raczej w dół, niż ściskając element. Po około 5 - 8 sekundach oba luty są roztopione, zwiększam ścisk elementu i podnoszę spokojnie szczypce do góry. Metoda jest doskonała, ma co prawda dwie wady. Pierwsza to potrzeba posiadania owych szczypiec i współpracującej stacji lutowniczej. Druga to kondensatory do których jest słabe podejście. Aktualnie dysponuję tylko jedną parą końcówek do szczypiec, niezbyt długą. Żeby zdemontować C236 i C239 musiałem wylutować najpierw modulator video (co jest akurat dość proste i dodatkowo ułatwia demontaż C811 i C408). Natomiast C334, umieszczony wrednie tuż obok złącza klawiatury wymagałby dokupienia (albo zrobienia) inaczej wygiętych końcówek. Z bólem serca zdecydowałem się na usunięcie go wyżej wspomnianą metodą ukręcania.

Czyszczenie i montaż

Po usunięciu starych kondensatorów trzeba obejrzeć płytę pod kątem ewentualnych wycieków elektrolitu. Na szczęście moja płyta była od nich wolna. W takim przypadku wystarczy usunąć nadmiar cyny za pomocą miedzianej plecionki. W przypadku stosowania metody ukręcania najpierw należy usunąć resztki końcówek kondensatorów. Na koniec oczyszczam teren wacikiem namoczonym w izopropanolu. Jeżeli elektrolit wyciekł, trzeba najpierw wyczyścić obszar wycieku ciepłą wodą. Większość elektrolitów używanych w kondensatorach lepiej rozpuszcza się w wodzie, niż w izopropanolu. Potem dokładnie wycieramy, suszymy i dopiero izopropanol.

Montaż nowych kondensatorów to już sama przyjemność. Pady smaruję lekko topnikiem, ustawiam kondensator i lutuję z jednej, potem z drugiej strony. Temperaturę grota zmniejszam do 270°C, natomiast przytrzymuję go około 5 sekund, żeby cyna rozpuściła się na całej długości odwiniętej płasko nóżki kondensatora. Ponownie problemy sprawiać może wspomniany wyżej C334. Żeby uniknąć nadtopienia złącza klawiatury przy lutowaniu, oklejam je przy kondensatorze papierową żółtą taśmą malarską. Dla poprawienia wyglądu po montażu, ewentualne resztki topnika usuwam izopropanolem (wacik lub pędzelek).