В статье представлена простая схема и конструкция преобразователя, позволяющего питать цифровой мультиметр от одного элемента никель-кадмиевой или никель-металгидридной аккумуляторной батареи, не требующая установки дополнительных выключателей, и позволяющая осуществлять подзарядку аккумулятора во время использования мультиметра.
- во-первых, в ней не нужно использовать какие-либо дополнительные выключатели,
- во-вторых, можно осуществлять подзарядку аккумулятора, не отключая мультиметр,
- в-третьих, для ее работы достаточно лишь одного аккумуляторного элемента напряжением 1,2В.
Описание схемы устройства
Принципиальная электрическая схема устройства показана на рисунке:
Собственно, схема преобразователя напряжения заимствована из статьи А. Кавыева «Импульсный БП с акустическим выключателем для мультиметра» (Радио - 2005, № 6) и состоит из транзисторов VT1, VT2, трансформатора Т1 и конденсатора С1. Из оригинальной схемы было убрано все лишнее и добавлен узел зарядки аккумулятора от источника постоянного тока напряжением 9В, состоящий из токоограничивающего резистора R1 и индикатора зарядки на элементах HL1, R2.
При отсутствии нагрузки преобразователь не работает и практически не потребляет тока от аккумулятора. При включении мультиметра преобразователь запускается, обеспечивая его питание. При использовании такой схемы в простых мультиметрах типа DT830 проблем с запуском преобразователя не возникает. Применение же ее в более серьезных мультиметрах, имеющих схему автоматического отключения при отсутствии активности пользователя, связано с определенными трудностями, так как узел автоотключения не позволяет преобразователю войти в рабочий режим и отключает прибор. Рассмотрим решение данной проблемы на примере мультиметра DT9205A. Смысл решения состоит в том, чтобы перед включением мультиметра зашунтировать узел автоматического отключения. Для этого предлагается использовать кнопку «HOLD», так как на практике обычно в ней нет необходимости. Проводники, ведущие к кнопке «HOLD», следует разорвать, а один из замыкающих контактов проводниками подключить к выводам кнопки «ON/OFF», как это схематически пунктирными линиями показано на рисунке:
Теперь перед включением мультиметра следует сперва нажать кнопку «HOLD», а затем «ON/OFF». Мультиметр включится. Затем следует перевести кнопку «HOLD» в исходное положение. Если же кнопку «HOLD» оставить нажатой, то автоматическое отключение мультиметра работать не будет, что в некоторых ситуациях бывает даже полезно.
Конструкция и детали
Все элементы схемы собраны на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, имеющего размер батарейного отсека мультиметра. Чертеж печатной платы и схема расположения элементов показаны на рисунке:
Для удобства повторения чертеж показан со стороны фольги. Он очень простой и разработан так чтобы проводники можно было вырезать резаком. Для подключения аккумулятора на плату припаивают две Г-образные латунные пластины, одна из которых (идущая к минусу аккумулятора) снабжена пружиной для обеспечения надежного контакта. Для фиксации аккумулятора на плате удобно использовать скобу, изготовленную из пластикового шприца объемом 5 мл, и приклеенную к плате термоклеем.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4,5 из феррита 2000НМ, кромки которого притуплены напильником. Дополнительно магнитопровод изолирован тонкой фторопластовой лентой. Обе обмотки трансформатора наматывают в два провода, соединяя затем конец одной полуобмотки с началом другой. Первичная обмотка содержит 2х10 витков, а вторичная – 2х70 витков провода ПЭЛ-0,17, причем вторичная обмотка мотается первой. Обмотки обязательно нужно правильно сфазировать согласно обозначению, приведенному на схеме. К плате трансформатор приклеивают термоклеем, а выводы подключают согласно приведенному чертежу.
Транзисторы VT1, VT2 подбираются с близкими значениями коэффициента передачи тока. Вместо КТ209 можно использовать другие кремниевые транзисторы прямой проводимости типа КТ203, КТ208, КТ501 и т.п.
К остальным элементам особых требований не предоставляется. Разъемы подключения зарядного устройства и питания мультиметра подключены к плате гибкими проводниками.
Монтаж и наладка
Наладка преобразователя напряжения сводится к подбору числа витков первичной обмотки трансформатора таким образом, чтобы при входном напряжении 0,9В (то есть минимально допустимом для щелочного элемента) на его выходе получилось не более 7,5В. Это необходимо для того, чтобы мультиметр вовремя отобразил индикатор снижения напряжения питания и пользователь был информирован о необходимости произвести подзарядку аккумулятора. Затем необходимо убедиться, что при номинальном напряжении аккумулятора 1,2В на выходе преобразователя получилось напряжение около 9В и при необходимости произвести повторную настройку преобразователя.
Затем подбором резистора R1 необходимо настроить зарядный ток аккумулятора, который при выключенном мультиметре должен быть не более 1/10 емкости аккумулятора. Например, автор использовал элемент емкостью 800 мА час., поэтому зарядный ток выбран равным 80 мА. Хотя для зарядки аккумулятора автор использовал источник питания напряжением 9В, для этой цели удобно, например, использовать зарядное устройство для мобильных телефонов с выходным напряжением 5В.
В конструкции на фото установлен аккумуляторный элемент, вынутый из отработавшей свой срок китайской электробритвы. Эта «Крона» уже более шести лет успешно эксплуатируется моем рабочем мультиметре.
Внимание! При внесении любых модификаций в мультиметр RM409b возможно его повреждение, а также вы лишаетесь гарантии на прибор. Автор статьи не несет никакой ответственности за возможный ущерб, нанесенный вашими действиями вашему мультиметру. Все действия по модификации прибора вы предпринимаете на свой риск и под свою ответственность.
1. Немного о RM409b
Здравствуйте, друзья. Недавно я получил посылку из Китая от компании Richmeters c новым сильным мультиметром RM409b. Разработчики прислали мне прибор на обзор. Почитать про этот стильный и интересный измерительный прибор и посмотреть видеоролик с обзором вы сможете на этой странице .
Достоинства этого мультиметра - 9999 отсчетов измеряемой величины (в старшем разряде у нас цифра от 0 до 9, что естественно и приятно), относительные измерения, измерения температуры, емкости и частоты, метод измерения True RMS, стильный современный дизайн, высококонтрастный инверсный дисплей, кнопочное управление. Привычный круговой переключатель в этом приборе отсутствует, что увеличивает надежность и срок службы мультиметра, как известно, такой механический переключатель режимов измерений является "слабым местом" всех мультиметров и часто выходит из строя при длительной активной эксплуатации. Конечно же в мультиметре есть автоматический выбор пределов и автоотключение питания. Автоматику как в первом так и во втором случае можно отключить.
2. Зачем это нужно?
Питается этот мультиметр от двух "пальчиковых" элементов, размера AA и напряжением 1.5 В каждая. таким образом номинальное напряжение питания прибора - 3...3.3 В.
Высококонтрастный инверсный (белые символы на черном фоне) дисплей прибора по своей природе работает только с подсветкой. При включении прибора нетрудно заметить что для равномерной подсветки экрана используются 2 светодиода по бокам. В связи с использованием такого экрана мультиметр потребляет от источника питания сравнительно высокий ток - до 18 милиампер. Для сравнения, другие приборы от Richmeters с обычными экранами потребляют от источника питания ток на порядок меньший - около 2 мА (конечно, если не включать подсветку). Тем не менее, при использовании хороших щелочных элементов вроде Energizer или Duracell мультиметр проработает от одного комплекта примерно 100 часов и это не так уж и мало. Тем не менее, менять их все-таки придется, а стоят они сейчас довольно дорого. Например в ближайшем ко мне хозяйственном магазине одна "батарейка" Duracel стоит в районе 80 рублей, что я считаю совершенно неприемлемо для щелочного элемента, хотя бы и такого качественного как эти.
3. Альтернативы
Хотелось бы вообще избавиться от незаражаемых элементов питания и использовать аккумуляторы. Распространенные NiMh аккумуляторы размера AA имеют номинальное напряжение чуть более 1.2 В и конечное напряжение разряда около 1 вольта. Как показала практика, даже со свежезаряженными NiMh аккумуляторами яркость и контрастность дисплея RM409b заметно хуже, чем если использовать щелочные элементы на 1.5 В, а в процессе разряда NiMh аккумуляторов яркость вообще падает до неприемлемого уровня. По этой причине пришлось отказаться от использования распространенных NiMh аккумуляторов. Отличной альтернативой является использование новых Ni-Zn (Никель - цинковых) аккумуляторов, у которых номинальное напряжение составляет 1.5 В. Недостаток этих аккумуляторов - меньшее число циклов заряда - разряда и необходимость использования специального зарядного устройства.
Еще одна экзотическая альтернатива щелочным элементам - это Li-Po аккумуляторы в формате AA и с напряжением 1.5 В. Да, оказывается есть и такие. Проблема - не очень распространены, требуют специального зарядного устройства.
4. Все - таки Li-Ion
В конце концов, исследовав все эти альтернативы питания моего RM409b я все-таки решил перевести его на питание от обычного Li-Ion аккумулятора напряжением 3.7 В c возможностью заряда от 5В адаптера или от USB порта компьютера. Я решил встроить аккумулятор в корпус мультиметра.
Второй задачей было как можно меньше "травмировать" сам мультиметр, оставив возможность простого отката на работу от "батареек", как это было "из коробки". Также не хотелось "ковырять" отверстия в стильном прорезиненном корпусе мультиметра, поэтому я сделал так, что для того, чтобы зарядить встроенный аккумулятор, придется все-таки открутить один винтик крышки батарейного отсека. Поскольку аккумулятор заряжать приходится не часто, для меня это более чем приемлемо. Вы, друзья, если хотите, можете встроить USB разъем в корпус прибора. Для этого есть достаточно места в нижней части прибора, рядом с гнездами щупов.
5. Что для этого нужно?..
В общей сложности, для доработки мультиметра вам потребуется 3 вещи.
1. Li-Ion аккумулятор подходящих размеров, чтобы его можно было разместить в корпусе мультиметра. Я использовал вот такой аккумулятор, купленный в ближайшем радиомагазине. (можно заказать в Китае, но придется подождать доставки). Я выбрал аккумулятор емкостью 950 mAh габаритами 43 * 33 мм и толщиной 5 мм. Такие продают в магазинах радиокомпонентов для замены в различных гаджетах. Как оказалось, такая батарея отлично помещается в верхней части мультиметра, как раз за его экраном.
Я аккумулятор в магазине за 260 рублей, на алиэкспресс он стоит чуть больше 100, но продают их в основном партиями по 3 - 10 штук. Конечно лучше купить 3 за 100 чем один за 260, тем более что хорошая батарея, и можно использовать во многих самоделках. Вот ссылка на такой аккумулятор на Алиэкспресс .
2 . Вам понадобится небольшая плата - контроллер заряда Li-Ion аккумулятора , рассчитанная на заряд одного аккумулятора от кабеля USB (мини или микро, не имеет значения. Micro-USB более распространены сейчас, но MINI-usb разъем более надежен. Я использовал именно мини, но это несущественно). Контроллер заряда я сделал сам, о чем будет рассказано далее, но если вы не хотите возиться с пайкой и сборкой контроллера, можно купить готовый модуль. На Алиэкспресс он стоит примерно 30 рублей или еще меньше, если заказывать несколько штук.
3. Диод ШОТТКИ
. Полностью заряженный Li-Ion аккумулятор дает напряжение около 4 вольт. Это напряжение слишком большое для питания мультиметра напрямую. Я не ставил эксперименты в этом плане, но думаю что теоретически возможно повреждение компонентов его схемы. Нам нужно хотя бы немного уменьшить напряжение, прежде чем подавать его на плату мультиметра. Можно конечно использовать микросхемку - стабилизатор на 3.3 В, но это не целесообразно, так как такая микросхема потребляет сама больше 5 мА, и придется ее оставлять подключенной к аккумулятору, если не вводить дополнительный выключатель. Наиболее простой способ уменьшить напряжение - это включить последовательно с аккумулятором диод. На обычном Si диоде падает от 0.7 до 1 вольта (в зависимости от тока через диод). мультиметр будет работать, но мы будем нерационально использватьб ескость аккумулятора. Я использовал диод Шоттки типа 1N5818 (лучше взять 1N5819). Как известно, диод Шоттки отличается от обычного диода более низким падением на нем напряжения. Оно составляет 0.18 .. 0.3 в. В данной схеме лучше использовать диоды шоттки с большим падением напряжения, то есть на большее напряжение. Я советую 1N5819, у него падение в районе 0.3В. При работе мультметра от Li-Ion аккумулятора через такой диод напряжение на схеме мультметра получается около 3.5 В, и еще уменьшится в процессе разряда аккумулятора, что соответствует норме. Итак, нам нужен будет диод Шоттки 1N5818 или 1N5819.
1. Минусовой провод аккумулятора соединяем с контактом контроллера заряда и с минусовой клемой питания на плате мультиметра (туда, где припаивается минусовой вывод батарейного отсека.
2. Плюсовой вывод аккумулятора (обычно это провод красного цвета) соединяем с контактом контроллера заряда как показано на рисунке.
3. Анод диода Шоттки соединяем с контактом контроллера.
4. Катод диода Шоттки (он помечен полоской) соединяем с плюсовым контактом питания на плате мультиметра (туда, куда припаивается плюсовая клема батарейного отсека)
С только что полностью заряженной батареей напряжение на схеме мультиметра во включенном состоянии и во время заряда составляет около 3.8 В. Потом напряжение сравнительно быстро падает до 3.5 в. 3.8 В Это немного многовато на мой взгляд, но мультиметр у меня уже долго работает и ничего страшного с ним не случилось. Если вы все же хотите застраховаться на 100 процентов, то включите последовательно
с диодом шоттки еще один такой же диод. Это сбросит еще 0.25 - 0.3 вольта и тогда уже можно будет спать совершенно спокойно;).
Внимание! Нужно строго соблюдать полярность включения аккумулятора и контроллера заряда. Иначе возможен выход из строя мультиметра, платы контроллера и даже возгорание аккумулятора. Ни в коем случае не допумскайте короткого замыкания выводов аккумулятора. Все работы с LiIon аккумулятором нужно проводить предельно внимательно!
Из тонкого изоляционного материала (картон, тонкий пластик например от коробки с "дошираком")) вырезаем изоляционную прокладку, чтобы отделить корпус аккумулятора от элементов схемы. Лучше это сделать на случай повреждения изоляции аккумулятора. Конечно вероятность этого не велика, но пренебрегать не стоит:
Помещаем аккумулятор поверх изолирующей прокладки и сверху кладем кусочек уплотнителя, которым может служить отрезок упаковочного пеноматериала 9как у меня или кусочек поролона. Он нужен чтобы слегка прижать аккумулятор, тогда он не будет болтаться внутри корпуса:
Как вы закрепите плату контроллера заряда - зависит от вашей фантазии. Если вы не прочь проделать отверстие под USB порт в корпусе вашего мультиметра, то наиболее подходящее место - внизу, под гнездами для подключения щупов. Там достаточно свободного места для установки маленькой платы контроллера заряда с гнездом USB.
Мне же не захотелось уродовать красивый корпус мультиметра и я пошел по другому пути. Я разместил контроллер заряда в отсеке для батарей мультиметра. Конечно, для того чтобы зарядить аккумулятор прибора придется открутить один винтик и снять крышку батарейного отсека, как мы это делаем, при работе от "батареек" если хотим их замерить. Меня это не утруждает, так как заряжать аккумулятор мультиметра приходится довольно редко. Насколько редко, я пока не могу сказать, так как сделал апгрейд совсем недавно и еще ни разу не "посадил" аккумулятор полностью. После доработки я включил мультиметр на весь день (как обойти автоотключение смотрите в видео-обзоре на прибор) но аккумулятор так и не разрядился.
6. Самодельный контроллер заряда Li-Ion
Заказать модуль-контроллер заряда на Алиэкспресс - это отличный и дешевый способ, но у него есть один маленький недостаток: придется подождать примерно месяц пока придет пакет из Китая. Мне ждать не хотелось. И тут я вспомнил, что недавно я ремонтировал свои BlueTotoh наушники, в схеме которых, как оказалось, сгорела копеечная микросхема как раз того самого контроллера заряда аккумулятора. Видео ремонте этих наушников . Это оказалась микросхема LTC4054. Малюсенькая 6-ногая микросхемка в SMD корпусе, способная заряжать Li-Ion аккумулятор от USB током до 800 мА. В радиомагазинах микросхему я не нашел, поэтому выписал из Китая . Микросхема очень дешевая и поэтому продается по несколько штук. Я заказал 10 микросхем. После ремонта наушников у меня осталось еще 9 микросхем LTC4054 и я решил спаять самодельный контроллер заряда на этой микросхемке, поместив на печатную плату USB гнездо и дополнительный диод Шоттки.
печатную плату я развел в программе DipTracе (проект вы сможете скачать по ссылкам в конце статьи). Размер печатной платы я подобрал такой, чтобы плата удобно разместилась в батарейном отсеке в одном из углублений для элемента "АА".
Как видно на фото, после монтажа платы я "затянул" её в термоусадочную трубку.
Во время заряда на плате горит светодиод и это видно через термоусадочную трубку.
7. Схема зарядного устройства (контроллера заряда)
Я использовал стандартную схему включения микросхемы
LTC4054. На входе микросхемы включен танталовый чип-конденсатор С1 емкостью 10 мкФ. Согласно даташиту, ёмкость этого кондёра должна быть "по крайней мере 1 мкФ". На англоязычных электронных форумах ходит информация что с керамическим конденсатором микросхема может вообще не завестись, а сразу уйти в защиту. Не применяйте здесь керамику, лучше вообще не устанавливать конденсатор. По моему опыту, зарядник по этой схеме работает без конденсатора точно также как с конденсатором. Поскольку в даташите он есть, место под него на плате я оставил, можете устанавливать, можете нет.
Зарядный ток устанавливается резистором R1. Я поставил резистор сопротивлением 2к. С таким резистором зарядный ток чуть больше 300 мА. Я крайне не советую делать ток больше в погоне за более быстрой зарядкой. микросхема очень мелкая и довольно сильно нагревается даже при токе 300 мА, поскольку под термоусадкой отвод тепла не очень хороший, мягко говоря. К тому же с таким током мультиметр можно заряжать не только от адаптера, но и от любого компьютерного USB порта, которые, как известно, имеют ограничение по допустимому току. Полностью аккумулятор у меня заряжается примерно за 3 часа.
Светодиод LED1 показывает режим заряда. Когда аккумулятор полностью разряжен, светодиод погаснет.
Назначение диода Шоттки вы уже знаете.
J1 - это гнездо USB. Я использовал MINI USB, так как этот разъем мне больше нравится чем MICRO USB. Я считаю что он более надежен и удобен. Я применил гнездо, которое устанавливается в вырез печатной платы (какое было в продаже в магазине).
Минусовой провод аккумулятора подключается к минусу схемы мультиметра внутри прибора, припивается прямо к тому месту, куда припаяна минусовая клема батарейного отсека:
Плюсовой провод аккумулятора нужно подключить непосредственно к контракту на плате зарядного устройства, поэтому пришлось его удлинить и вывести в батарейный отсек, просверлив в его стенке отверстие диаметром 2 мм:
Внутри батарейного отсека я припаял этот провод к контакту платы BATT+ зарядного устройства.
Контакт платы зарядного устройства соединяем с плюсовой клемой батарейного отсека а BATT- с минусовой клемой (которая с пружинкой) - только уже изнутри батарейного отсека Металлические детали контактов баратейного отсека хорошо паяются, если их слегка зачистить скальпелем и смочить нейтральным спирто-канифольным флюсом. Затягиваем зарядное устройство в отрезок термоусадочной трубки и на этом модернизацию можно считать законченной. Перед тем как устанавливать термоусадку желательно проверить работоспособность зарядного устройства. Ток во время заряда должен быть в районе 250 - 350 мА, напряжение на заряжаемой батарее должно постепенно возрастать, по достижению примерно 4.2В зарядка должна остановиться и светодиод погаснуть.
Некоторые современные маломощные устройства потребляют очень небольшой ток (несколько миллиампер), но для своего питания требуют уж слишком экзотического источника – батарейки напряжением 9 В, которой к тому же хватает максимум на 30… 100 часов работы прибора. Особенно странно это выглядит сейчас, когда Li-ion аккумуляторы от разнообразных мобильных гаджетов стоят чуть ли не дешевле самих батареек – элементов питания. Поэтому естественно, что настоящий радиолюбитель постарается приспособить аккумуляторы для питания своего прибора, а не будет периодически разыскивать «антикварные» батарейки.
Если рассмотреть в качестве маломощной нагрузки обычный (и популярный) мультиметр М830, питающийся от элемента типа «Корунд», то для создания напряжения 9 В нужны минимум 2-3 последовательно соединенных аккумулятора, что нам не подходит – они просто не влезут внутрь корпуса прибора. Поэтому единственный выход – использование одного аккумулятора и повышающего преобразователя напряжения.
Выбор элементной базы
Самое простое решение – это использование таймера типа 555 (или его КМОП-версии 7555) в импульсном преобразователе (емкостные преобразователи не подходят – у нас слишком большая разница между входным и выходным напряжениями). Дополнительный «плюс» этой микросхемы – у нее имеется выход с открытым коллектором, причем достаточно высоковольтный – способный выдерживать напряжение до +18 В при любом рабочем напряжении питания. Благодаря этому можно собрать преобразователь буквально из десятка дешевых и распространенных деталей (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Схема простого преобразователя
Вывод 3 микросхемы – обычный выход с двумя состояниями, он используется в этой схеме для поддержания генерации. Вывод 7 – выход с открытым коллектором, способный выдерживать повышенное напряжение, поэтому его можно подключить непосредственно к катушке, без повторителя на транзисторе. Вход образцового напряжения (вывод 5) используется для регулирования выходного напряжения.
Принцип работы устройства
Сразу после подачи напряжения питания конденсатор СЗ разряжен, ток через стабилитрон VD1 не течет, напряжение на входе REF микросхемы равно 2/3 напряжения питания, и скважность выходных импульсов равна 2 (то есть длительность импульса равна длительности паузы), конденсатор СЗ заряжается с максимальной быстротой. Диод VD2 нужен для того, чтобы разряженный конденсатор СЗ не влиял на схему (не уменьшал напряжение на выводе 5), резистор R2 – «на всякий случай», для защиты.
По мере заряда этого конденсатора стабилитрон VD1 начинает приоткрываться, и напряжение на выводе 5 микросхемы повышается. От этого длительность импульса уменьшается, длительность паузы возрастает, пока не наступит динамическое равновесие и выходное напряжение не стабилизируется на определенном уровне. Величина выходного напряжения зависит только от напряжения стабилизации стабилитрона VD1 и может быть до 15…18В – при большем напряжении микросхема может выйти из строя.
О деталях
Катушка L1 намотана на ферритовом кольце К7х5х2 (внешний диаметр – 7 мм, внутренний – 5 мм, толщина – 2 мм), примерно 50…100 витков проводом диаметром 0,1 мм. Кольцо можно взять и побольше, тогда число витков можно будет уменьшить, или взять промышленный дроссель индуктивностью сотни микрогенри (мкГн).
Микросхему 555 можно заменить на отечественный аналог К1006ВИ1 или на КМОП-версию 7555 – у нее меньше потребляемый ток (аккумулятор «продержится» чуть дольше) и шире диапазон рабочих напряжений, однако у нее более слабый выход (если мультиметру требуется более 10 мА – она может не выдать такой ток, особенно при столь малом напряжении питания) и она, как и все КМОП-структуры, «не любит» повышенное напряжение на своем выходе.
Особенности устройства
Устройство начинает работать сразу после сборки, вся настройка заключается в установке выходного напряжения подбором стабилитрона VD1, при этом к выходу параллельно конденсатору СЗ нужно подключить резистор сопротивлением 3…1 кОм (имитатор нагрузки), но не мультиметр!
Запрещается включать преобразователь с неприпаянным стабилитроном – тогда выходное напряжение будет ничем не ограничено и схема может «убить» сама себя. Также можно увеличить рабочую частоту, уменьшив сопротивление резистора R1 или конденсатора С1 (если она работает на звуковой частоте – слышан высокочастотный писк). При длине проводов от аккумулятора менее 10…20 см фильтрующий конденсатор питания необязателен, или можно между выводами 1 и 8 микросхемы поставить конденсатор емкостью 0,1 мкФ и более.
Выявленные недостатки
Во-первых, в устройстве оказываются два генератора (один – задающий генератор микросхемы АЦП – аналогово-цифрового перобра- зователя прибора, второй – генератор преобразователя), работающих на одинаковых частотах, то есть они будут влиять друг на друга (биение частот) и точность измерений серьезно ухудшится.
Во-вторых, частота генератора преобразователя постоянно меняется в зависимости от тока нагрузки и напряжения батареи (потому что в цепи ПОС – положительной обратной связи – стоит резистор, а не генератор тока), поэтому предсказать и скорректировать его влияние становится невозможно. Конкретно для мультиметра идеальным будет один общий генератор для АЦП и преобразователя с фиксированной рабочей частотой.
Второй вариант преобразователя
Схема такого преобразователя чуть сложнее и изображена на рис. 1.7.
На элементе DD1.1 собран генератор, через конденсатор С2 он тактирует преобразователь, а через С5 – микросхему АЦП. Большинство недорогих мультиметров собраны на базе АЦП двойного
Рис. 1.7. Схема преобразователя с фиксированной рабочей частотой
интегрирования ICL7106 или ее аналогов (40 выводов, 3,5 знака на дисплее), для тактирования этой микросхемы нужно всего лишь удалить конденсатор между выводами 38 и 40 (отпаять его ножку от вывода 38 и припаять к выводу 11 DD1.1). Благодаря обратной связи через резистор между выводами 39 и 40 микросхема может тактироваться даже очень слабыми сигналами амплитудой доли вольта, поэтому 3-вольтовых сигналов с выхода DD1.1 вполне достаточно для ее нормальной работы.
Кстати, таким образом можно в 5… 10 раз увеличить скорость измерения – просто повысив тактовую частоту. Точность измерения от этого практически не страдает – ухудшается максимум на 3…5 единиц младшего разряда. Стабилизировать рабочую частоту для такого АЦП не нужно, поэтому обычного RC-генератора вполне достаточно для нормальной точности измерений.
На элементах DDI.2 и DD1.3 собран ждущий мультивибратор, длительность импульса которого с помощью транзистора VT2 может изменяться почти от 0 до 50%. В исходном состоянии на его выходе (вывод 6) присутствует «логическая единица» (высокий
уровень напряжения), и конденсатор СЗ заряжен через диод VD1. После поступления запускающего отрицательного импульса мультивибратор «опрокидывается», на его выходе появляется «логический нуль» (низкий уровень напряжения), блокирующий мультивибратор через вывод 2 DDI.2 и открывающий транзистор VT1 через инвертор на DD1.4. В таком состоянии схема будет до тех пор, пока не разрядится конденсатор СЗ – после чего «нуль» на выводе 5 DD1.3 «опрокинет» мультивибратор обратно в ждущее состояние (к этому времени С2 успеет зарядиться и на выводе 1 DD1.1 также.будет «1»), транзистор VT1 закроется, и катушка L1 разрядится на конденсатор С4. После прихода очередного импульса снова повторятся все вышеперечисленные процессы.
Таким образом, количество запасаемой в катушке L1 энергии зависит только от времени разряда конденсатора СЗ, то есть от того, насколько сильно открыт транзистор VT2, помогающий ему разряжаться. Чем выше выходное напряжение – тем сильнее открывается транзистор; таким образом, выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне, зависящем от напряжения стабилизации стабилитрона VD3.
Для зарядки аккумулятора используется простейший преобразователь на регулируемом линейном стабилизаторе DA1. Заряжать аккумулятор, даже при частом пользовании мультиметром, приходится всего пару раз в год, поэтому ставить сюда более сложный и дорогой импульсный стабилизатор нет смысла. Стабилизатор настроен на выходное напряжение 4,4…4,7 В, которое диодом VD5 понижается на 0,5…0,7 В – до стандартных для заряженного литий-ионного аккумулятора значений (3,9…4,1 В). Этот диод нужен для того, чтобы аккумулятор не разряжался через DA1 в автономном режиме. Для зарядки аккумулятора нужно подать на вход XS1 напряжение 6…12В и забыть о нем на 3…10 часов. При высоком входном напряжении (более 9 В) микросхема DA1 сильно греется, поэтому нужно или предусмотреть теплоотвод, или понизить входное напряжение.
В качестве DA1 можно использовать 5-вольтовые стабилизаторы КР142ЕН5А, ЕН5В, 7805 – но тогда, для гашения «лишнего» напряжения, VD5 нужно составить из двух соединенных последовательно диодов. Транзисторы в этой схеме можно использовать практически любых структур п-р-п, КТ315Б здесь стоят только потому, что у автора их скопилось слишком много.
Нормально будут работать КТ3102, 9014, ВС547, ВС817 и др. Диоды КД521 можно заменить на КД522 или 1N4148, VD1 и VD2 должны быть высокочастотными – идеальны BAV70 или BAW56. VD5 – любой диод (не Шоттки!) средней мощности (КД226, 1N4001). Диод VD4 необязателен – просто у автора были слишком низковольтные стабилитроны и выходное напряжение не дотягивало до минимальных 8,5 В – а каждый дополнительный диод в прямом включении прибавляет к выходному напряжению по 0,7 В. Катушка – та же, что и для предыдущей схемы (100…200 мкГн). Схема доработки переключателя мультиметра показана на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Электрическая схема доработки переключателя мультиметра
К центральной дорожке-кольцу мультиметра подключен положительный вывод батарейки, мы же соединяем это кольцо с «+» аккумулятора. Следующее кольцо – второй контакт переключателя, и оно соединено с элементами схемы мультиметра 3…4 дорожками. Эти дорожки с противоположной стороны платы нужно разорвать и соединить вместе, а также с выходом +9 В преобразователя. Кольцо же соединяем с шиной питания +3 В преобразователя. Таким образом, мультиметр соединен с выходом преобразователя, а переключателем мультиметра мы включаем-выключаем питание преобразователя. На такие сложности приходится идти из-за того, что преобразователь потребляет некоторый ток (3…5 мА) даже при отключенной нагрузке, а аккумулятор таким током разрядится примерно за неделю. Здесь же мы отключаем питание самого преобразователя, rf аккумулятора хватит на несколько месяцев.
В настройке правильно собранное из исправных деталей устройство не нуждается, иногда нужно только отрегулировать напряжение резисторами R7, R8 (зарядное устройство) и стабилитроном VD3 (преобразователь).
Варианты печатной платы показаны на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Варианты печатной платы
Плата имеет размеры стандартной батарейки и устанавливается в соответствующем отсеке. Аккумулятор укладывается под переключателем – обычно там достаточно места, предварительно его нужно обмотать несколькими слоями изоленты или хотя бы скотчем. Для подключения разъема зарядного устройства в корпусе мультиметра нужно просверлить отверстие. Расположение выводов у разных разъемов XS1 иногда отличается, поэтому, возможно, придется несколько доработать плату. Чтобы аккумулятор и плата преобразователя не «болтались» внутри мультиметра, их нужно чем- нибудь прижать внутри корпуса.
Большинство радиолюбителей, в том числе и я, сталкивались с такой проблемой как оставить включенном на некоторое время мультиметр и забыть про него, что в итоге приводит к частой замене кроны из-за низкого разряда. В этом случае, решить эту проблему с питанием, не составит большого труда.
Материалы и инструмент
Материалы:- Выключатель.
- Проводки.
Инструменты:
- Паяльник (припой, флюс).
- Клей.
Переделка мультиметра
Для начала я разобрал мультиметр, и определился с расположением компонентов в корпусе.
На самой крышке, при помощи бокорезов я срезал выступающую часть, на которой в дальнейшем будет крепиться аккумулятор.
Предварительно аккумулятор нужно зарядить до полного заряда, сделал я это при помощи того же контроллера.
Напряжение на заряженном аккумулятор должно быть около 4.2 вольт. Аккумулятор желательно взять с хорошей ёмкостью, в моём случае он на 1100 mah.
К аккумулятору я припаял провода «+» и «-», паять нужно очень быстро, так как перегревать аккумуляторы нельзя.
Затем я зачистил крышку и приклеил к ней аккумулятор на термо-клей.
Плюсовой или минусовой провод я припаял к входу на преобразователь.
А любой из оставшихся проводков я припаял к одному из контактов выключателя, а от выключателя уже припаялся к аккумулятору. Выключатель нужен для того что бы преобразователь не работал в холостом режиме.
Далее я настроил напряжение на преобразователе, которое должно составить не мене 9 вольт.
Затем я отпаял штатные провода питания от платы.
Вместо штатных проводков я припаял выход преобразователя, соблюдая полярность.
Затем я приклеил преобразователь, в то место где ранее была крона.
На лицевой панели я установлю выключатель, для него я вырезал вот такое окошко. Выключатель можно установить и с боку, но это будет не удобно.
Далее я приклеил его на секундный клей.
Рядом с дисплеем я проделал отверстие для платы зарядки аккумулятора, и ещё лучше было бы сделать отверстие для индикации.
Контроллер я так же приклеил на секундный клей с добавлением соды.
Параллельно от контроллера я припаял провода к аккумулятору.
Вот и всё мультиметр с внедрённым аккумулятором готов, и теперь вы лишитесь такой проблемы как замена кроны. И ещё большой плюс в том что если вы например измеряете только одно напряжение, то вам не нужно переключать на режим выкл., так как уже есть встроенный выключатель.
Долгое время пользовался тестером DT9205 и он меня вполне устраивал. Большие цифры, поворотный экран, качественное переключение диапазонов, автовыключение, HOLD, отдельная кнопка питания. По своим параметрам он тоже неплох (не без недостатков, конечно). И вот в один прекрасный момент я его спалил. Решил замерить напряжение на малюсеньком преобразователе для питания люминисцентных ламп для моддинга компьютерных корпусов. Этого хватило. Ремонтировать данный тестер я не стал, АЦП на плате выполнен в виде «капли» на 46 ног и просто запаять другую микросхему невозможно. Да и при цене около 10 долларов, время затраченно не ремонт не окупится. Поэтому было принято решение купить новый тестер той же модели.
Как раз на Али подвернулся недорогой. Покупка была совершена, после положенного времени тестер получен.
Сразу же понял, что этот тестер не совсем тот 9205 что у меня был: экран не поворотный, рукоятка переключения диапазонов крутится не так приятно, пластик неприятный и крохкий. Надписи (шелкография) некачественная и кое-где подтерлись (не пропечатались). Челтый защитный чехол жесткий. Тестер сразу произвел на меня впечатление некачественного изделия. Из плюсов — наличие световой индикации прозвонки (светодиод), который вообще-то не очень нужен, звуковая сигнализация важней. Тестер сразу повел себя не очень хорошо: звуковой сигнал то срабатывал, то нет, Омметр на некоторых диапазонах при замыкании щупов не устанавливался в ноль.
Открываю: внутри все выглядит совсем не так как было в моем старом DT-9205.
Было как.
В носом внутри маленькая плата с маркировкой EX9305-7.
Присутствуют какие-то конденсаторы на длинных выводах, пайка неаккуратная, все измазано флюсом.
Флюс отмыл, дорожки под контактами переключения диапазонов почистил стиркой.
Провода на пьезокерамисческий излучатель заменил. Вроде все заработало.
Мультиметр мне не нравится, поехал на рынок и купил отличный DT-9208 (кстати получилось даже дешевле, потому что взял мультиметр из старого завоза с подсевшей «кроной» за половину его цены).
Но с этим жутким «китайцем» нужно что-то делать. Точнее куда его применить у меня есть, но жалко тратить на него дорогие 9-вольтовые батарейки «крона», которые он при интенсивном пользовании «съедает» за месяц. Нужно переводить его на Li-Ion аккумуляторы.
В сети великое множество разных вариантов, но почти все они с использованием повышающего DC-DC преобразователя, что есть зло для точности измерений и наводки на схему. Сразу же подумал: почему бы не применить 2 последовательно включенных аккумулятора? Их напряжение как раз будет в границах необходимого для работы мультиметра. И плата защиты-балансировки тоже мне будет не нужна, потому что при понижении напряжения мультиметр заранее проинформирует меня, показав на экране значек низкого напряжения аккумулятора, а заряжать последовательно включенные аккумуляторы я планирую через зарядно-балансировочное устройство SkyRC E3. Нужно будет только вывести из корпуса шнурок балансировки. Все получается проще простого, ничего не нужно встраивать, не нужно переделывать кнопку выключения питания и схему автоотключения.
Так как плата в корпусе DT9205 маленькая, под индикатором большое пустое пространство.
Туда я и поместил два последовательно сваренных аккумулятора 18650 из ноутбучного аккумулятора. Их остаточная емкость около 2Ач. Думаю их должно хватить очень надолго.
Балансировочный кабель вывел в батарейный отсек, где раньше находилась «крона». Закрываю заднюю крышку мультиметра.
Ставлю на зарядку.
Зарядка закончена.
В батарейный отсек кладу бумажку с датой (интересно все же, сколько мультиметр отработает до тех пор, пока потребуется зарядка?).
Прячу балансировочный шнурок в батарейный отсек и закрываю его.
Включение тестера прошло успешно.
Все работает как и должно быть.
По переделке на литий. Я не хочу повышаюший DC-DC в мультиметре, не хочу переделывать схему включения и схему автовыключения мультиметра, не хочу вкорячивать в него отдельную плату заряда. Данный вариант переделки мне очень понравился своей простотой, надежностью и качеством работы. Я использовал аккумуляторы 18650 потому что их не нужно было покупать, они валялись у меня без дела. Этот вариант хорош для меня и для конкретно этой конструкции мультиметра. Не в каждом мультиметре есть свободное пространство для того чтобы втиснуть в него 2 аккумулятора 18650, не у каждого есть зарядно-балансировочные устройства (хотя стоят они совсем недорого). Как вариант, если мало места и нет желания связываться с DC-DC преобразователем, можно поставить два аккумулятора от мобильного телефона, они тоже после зарядки проработают намного дольше чем «крона».
P.S. Прошло уже больше 2 лет. Мультиметр из данного обзора давно ушел на помойку т.к. надоел. За это время переделал таким образом 4 своих мультиметра, которые работали от «Кроны». Все работают превосходно и еще не разрядились так, чтобы тестер показал низкое напряжение батареи. Уже много больше года. Зарядка SkyRC E3 тоже рарекомендовала себя с самой лучшей стороны.
Возможно, вам будет интересно:
Ультразвуковой увлажнитель воздуха с подсветкой.
Ножной переключатель (педаль) для коммутации нагрузки 220V 10A
