Среди радиолюбителей и профессионалов цифровые мультиметры имеют большую популярность благодаря их многофункциональности. Для их питания применена, как правило, девяти вольтова батарея «Крона», имеющая заметную саморазрядку, небольшую емкость и более высокую цену в сравнении с другими элементами.
Предлагаемое устройство питания цифрового мультиметра от одного элемента АА напряжением 1,5 вольта, позволит избежать указанных недостатков в работе и упростить эксплуатацию прибора.
В интернете предлагается много различных схем для преобразования напряжения 1,5 в 9 вольт. Каждая имеет свои плюсы и минусы. Данное устройство изготовлено на базе схемы А. Чаплыгина, опубликованной в журнале «Радио» (11.2001г., стр.42)
.
Отличием данного варианта исполнения преобразователя, является расположение элемента питания и преобразователя напряжения, в крышке футляра мультиметра, вместо создания компактного блока питания устанавливаемого вместо батареи «Крона». Это позволяет в любой момент, без разборки прибора, заменить элемент АА, а при необходимости отключить преобразователь (разъем Джек 3,5) с автоматическим включением резервной батареи «Крона» расположенной в своем отсеке. Кроме того, при изготовлении преобразователя напряжения, нет необходимости в миниатюризации изделия. Быстрее и проще намотать трансформатор на кольце большего диаметра, лучше теплоотвод, свободнее монтажная плата. Такое расположение узлов в крышке футляра не мешает работе с мультиметром.
Данный преобразователь может быть выполнен в любом подходящем корпусе и использоваться в самых разнообразных устройствах, где требуется питание от девятивольтовой батареи «Крона». Это мультиметры, часы, электронные весы и игрушки, медицинские приборы.
Схема генератора преобразователя напряжения
Предлагается повышающий инвертор постоянного напряжения, имеющий хорошие выходные данные с минимумом входящих элементов. Схема представлена на рисунке.
На транзисторах VT1 и VT2 собран двухтактный генератор импульсов. Ток положительной обратной связи протекает через вторичные обмотки трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную между цепью + 9 В и общим проводом. За счет пропорционального токового управления транзисторами существенно уменьшены потери на их переключение и повышен КПД преобразователя до 80... 85 % .
Вместо выпрямителя высокочастотного напряжения используются база-эмиттерные переходы транзисторов самого генератора. При этом величина тока базы становится пропорциональной величине тока в нагрузке, что делает преобразователь весьма экономичным.
Другой особенностью схемы является срыв колебаний в отсутствие нагрузки, что автоматически может решить проблему управления питанием. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется. Преобразователь, будет сам включаться тогда, когда от него потребуется что-нибудь запитать и выключаться, когда нагрузка будет отключена.
Но так как в большинстве современных мультиметров введена функция автоматического отключения питания, для исключения доработки схемы мультиметра, проще установить выключатель питания преобразователя.
Изготовление трансформатора преобразователя напряжения
Основой генератора импульсов является трансформатор Т1.Магнитопроводом трансформатора Т1 служит кольцо К20х6х4 или К10х6х4,5 из феррита 2000НМ. Можно взять кольцо из старой материнской платы.
Порядок намотки трансформатора.
1. Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.
Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку и не повредил свою изоляцию, желательно притупить острые кромки ферритового кольца мелкозернистой шкуркой или надфилем.
Намотать изоляционную прокладку на кольцевой сердечник для исключения повреждения изоляции провода. Для изоляции кольца можно использовать лакоткань, изоленту, трансформаторную бумагу, кальку, лавсановую или фторопластовую ленту.
2. Намотка обмоток трансформатора с коэффициентом трансформации 1/7: первичная обмотка – 2х4 витка, вторичная обмотка – 2х28 витков изолированного провода ПЭВ -0,25.
Каждую пару обмоток наматывают одновременно в два провода. Складываем пополам провод отмеренной длины и сложенным проводом начинаем плотно наматывать на кольцо нужное количество витков.
Для исключения повреждения изоляции провода при эксплуатации, по возможности, применить провод МГТФ или другой изолированный провод диаметром 0,2-0,35 мм. Это несколько увеличит габариты трансформатора, приведет к образованию второго слоя обмотки, но гарантирует бесперебойную работу преобразователя напряжения.
Вначале мотаются вторичные обмотки lll и lV (2х28 витков) цепи баз транзисторов (см. схему преобразователя).
Затем на свободном месте кольца, так же в два провода, мотаются первичные обмотки l и ll (2х4 витка) цепи коллекторов транзисторов.
В итоге, после разрезки петли начала обмотки, у каждой из обмоток будет 4 провода - по два с каждой стороны обмотки. Берём провод конца одной половины обмотки(l) и провод начала второй половины обмотки (ll) и соединяем их вместе. Аналогично поступаем со второй обмоткой (lll и lV). Должно получиться примерно следующее: (красный вывод – середина нижней обмотки (+), черный вывод – середина верхней обмотки (общий провод)).
При намотке обмоток, витки можно закрепить клеем «БФ», «88» или цветной изолентой обозначающей разным цветом начало и конец обмотки, что в дальнейшем поможет правильно собрать обмотки трансформатора.
При намотке всех катушек нужно строго соблюдать одно направление обмотки, а также отмечать начало и конец обмоток. Начало каждой обмотки помечено на схеме точкой у вывода. При несоблюдении фазировки обмоток генератор не запустится, так как в этом случае нарушатся условия необходимые для генерации. Для этой же цели, как вариант, возможно использовать два разноцветных провода от сетевого кабеля.
Сборка преобразователя напряжения
Для работы в преобразователях небольшой мощности, как в нашем случае, подойдут транзисторы А562, КТ208, КТ209, КТ501, МП20, МП21. Возможно придётся подобрать количество витков вторичной обмотки трансформатора. Это связано с разной величиной падения напряжения на p-n переходах у различных типов транзисторов.Транзисторы следует выбирать, ориентируясь на допустимые значения тока базы (он не должен быть меньше тока нагрузки) и обратного напряжения эмиттер-база. То есть, максимально-допустимое напряжение база-эмиттер должно превышать необходимое выходное напряжение преобразователя.
С целью уменьшения помех и стабилизации выходного напряжения преобразователь дополнен узлом из двух электролитических конденсаторов (для сглаживания пульсаций напряжения) и интегрального стабилизатора 7809 (с напряжением стабилизации 9 вольт) по схеме:
Преобразователь собираем согласно схеме и паяем все входящие элементы на текстолитовой плате вырезанной из универсальной монтажной платы, продающейся в радиотоварах, методом навесного монтажа. Размеры платы выбираются в зависимости от размеров выбранных транзисторов, получившегося трансформатора и места установки преобразователя. Вход, выход и общая шина преобразователя выведены гибким многожильным проводом. Выходные провода, с напряжением +9в, заканчиваются разъемом Джек 3,5 для подключения к мультиметру. Входные провода подключены к кассете с установленной батареей 1,5 вольта.
Проверяем правильность сборки преобразователя, подключаем батарею и проверяем прибором наличие и величину напряжения на выходе преобразователя (+9в).
Если генерация не возникает и напряжения на выходе отсутствует, проверьте правильность подключения всех катушек. Точками на схеме преобразователя отмечено начало каждой обмотки. Попробуйте поменять местами концы одной из обмоток (входной или выходной).
Преобразователь способен работать и при уменьшении входного напряжения до 0,8 – 1,0 вольта и получить напряжение 9 вольт от одного гальванического элемента напряжением 1, 5 В.
Доработка мультиметра
Для подключения преобразователя к мультиметру, необходимо найти внутри прибора свободное место и установить там гнездо для штекера Джек 3,5 или аналогичного имеющегося разъема. В моем мультиметре M890D свободное место нашлось в углу, слева от отсека для батареи «Крона».В качестве футляра для мультиметра используется футляр от электробритвы.
Подготовил: Смирнов И.К.
Во многих случаях бывает удобно преобразовать 1.5 вольта в 5 вольт. Тогда можно питать микроконтроллер или светодиод от одной батарейки формата AA или AAA. Это легко сделать с помощью специализированных микросхем, таких как MAXIM MAX1674 или MAX7176. Это повышающий DC-DC преобразователь, который преобразует напряжения от 0.7 В в любое в диапазоне от 2 В до 3,5 В. MAX1676 также имеет выводы для фиксированного напряжения 3.3 В и 5 В, что повышает удобство интеграции с 3.3- 5-ти вольтовыми схемами. Микросхема может рассеивать мощность до 444 мВт.
На рисунке показа схема преобразователя с 1.5 вольта в 5 вольт.
Допустим, нам нужен максимальный выходной ток 300 мА, тогда мы должны приложить некоторые усилия. Поскольку выходная мощность будет 5 В·0.3 А=1.5 Вт. Допустим, КПД преодразователя равен 100%, тогда мощность, отбираемая от батареи будет тоже 1.5 Вт. При напряжении в 1.5 В это будет ток 1A. Не все батарейки могут дать такой ток . Другая важная деталь - это дроссель. Нам необходим дроссель с высоким током насыщения, что увеличивает габариты устройства.
- Если ток больше 300mA, индуктивность дросселя равна 47мкГн;
- Если ток больше 120mA, индуктивность дросселя равна 22мкГн;
- Если ток больше 70mA, индуктивность дросселя равна 10мкГн;
В нашем случае вывод FB микросхемы MAX1614 соединен с землей, поэтому выходное напряжение равно 5 В. Если вывод FB соединить с выводом OUT то выходное напряжение будет 3.3 В. Если на вывод FB подать напряжение, промежуточное между выводами OUT и землей (например, через делитель на потенциометре), то выходное напряжение можно регулировать в диапазоне от 3.3 В до 5 В. Наибольший КПД преобразователя достигается на токе 120mA и равен 94%.
Во первых, я аккуратно разогнул завальцованный край задней части корпуса батарейки. В углах осторожно отогнул завальцовку используя маленькую отвертку. Удалил секции батареи. А затем в задней стенке диаметром 6 мм просверлил отверстие и вставил стандартное гнездо под "Джек 3,5мм" для зарядки аккумулятора типа АА.
Схема преобразователя напряжения 1,5 - 9 вольт
Известная перефразировка афоризма Леонардо да Винчи: «Всё гениальное – просто», отлично подходит для прототипа нашей схемы которую мы позаимствовали из одного из радиолюбительских журналов:
Наша, схема состоит всего из пяти радиокомпонентов, причем два из них, это ёмкости фильтров. Вместо выпрямителя ВЧ применяются база-эмиттерные переходы транзисторов самого генератора. Поэтому, значение тока базы пропорционально величине тока в нагрузке, что делает конструкцию весьма энергоэффективной.
C1, C2 – 22µF; VT1, VT2 – КТ209К; B1 – 1… 1,5V
Другой интересной особенностью конструкции генератора можно считать срыв колебаний в отсутствие подключенной нагрузки, что на 100% решает проблему эффективного управления питанием.
Трансформатор TV1 изготовлен из кольцевого магнитопроводе 2000НМ размером К7х4х2, на котором намотаны обмотки III и IV содержащие по 28 витков медного провода диаметром 0,16мм, а I, II по 4 витка - 0,25мм. (Намотка трансформатора своими руками)
Вначале наматывают вторичные обмотки III и IV. Их нужно намотать одномоментно в два провода. Витки фиксируем клеем, «БФ-2» или «БФ-4». Затем, точно так же в два провода, наматывают первичные обмотки.
Схема собрана с помощью навесного монтажа, монтажной нитью связаны между собой транзисторы, конденсаторы и самодельный трансформатор.
Настройка схемы. Для установки заданного уровня выходного напряжения, может потребоваться подборка количества витков, чтобы при напряжении на аккумуляторе ААА в 1,0 Вольт, на выходе преобразователя было 7 Вольт. При этом минимальном напряжении, в мультиметре начинает мигать индикатор разряда батареи.
Если вместо КТ209К применены транзисторы другого типа, тогда подстраиваем количество витков вторичной обмотки самодельного трансформатора. Это происходит из-за разного падения напряжения на p-n переходах у разнотипных полупроводников. Я собрал эту конструкцию на транзисторах КТ502 при "родных" параметрах трансформатора. Выходное напряжение при этом упало где-то на вольт.
Финальная сборка преобразователя напряжения 1,5 - 9 вольт
Перед окончательным этапом сборки конструкции, все радиокомпоненты соединил гибким многожильным проводом, и проверил работу схемы. Для защиты от КЗ, импульсный преобразователь со стороны контактов заизолирован герметиком.
Далее всю эту конструкцию поместил в корпус от батарейки «Кроны». Чтобы передняя крышка с разъёмом не проваливалась внутрь, между ней и задней стенкой вставил пластинку из целлулоида. После чего, заднюю часть зафиксировал клеем
Для зарядки аккумуляторной "Кроны" изготовить простой переходник со штекером типа Джек. На другой стороне кабеля, для снижения риска КЗ, использовал стандартные приборные гнезда, имеющиеся в радиолюбительском хламе.
http://www.texnic.ru
Предлагаю вашему вниманию схему преобразователя напряжения, который можно применять для разных целей, мне нужен был повышающий преобразователь напряжения для питания светодиодов. Данный преобразователь увеличивает напряжения с 1,5 вольт до 7 вольт, без нагрузки напряжение доходит до 12-15 вольт. При подачи напряжения на схему величина тока будет резко нарастать до тех пор, пока транзистор Q2 не перейдет в режим насыщения, после чего увеличивается напряжение на коллекторе этого транзистора, что приведет к повышению напряжения на резисторе R2, после чего закроется транзистор Q1, а затем и Q2. Стабилитрон поддерживает напряжение на уровне 15 вольт, стабилитрон в схеме я нарисовал на 15 вольт т.к. без нагрузки напряжение доходит почти до 15 вольт, можете поставить на 12 вольт.
Схема преобразователя:
В качестве нагрузки применены 3 светодиода по 2 вольт каждый, конденсатор С1 можно поставить на большую емкость, вплоть до 100 мкФ, работа схемы и ее КПД будет сильно зависеть от диода Шоттки и от дросселя L1, дроссель не желательно ставить меньше чем 200 мкГн или больше 300 мкГн.
Ниже в архиве имеется проект в протеусе, можете проверить работоспособность схемы, для примера можно прицепить на выход цифровой вольтметр и померить напряжение, в моем случае как уже говорилось вышло около 7 вольт:
Если верить протеусу, увеличив напряжение на входе, скажем до 5 вольт, мы получаем на выходе аж 25 вольт, только стабилитрон нужно будет временно убрать или заменить на другой. К сожалению выходной ток я замерить не успел, схему делал для друга, делали ему велоподсветку.
У кого нет программы , ниже можете посмотреть видео работы схемы
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Q1 | Биполярный транзистор | BC556 | 1 | В блокнот | ||
| Q2 | Биполярный транзистор | BC546 | 1 | В блокнот | ||
| D1 | Диод Шоттки | 10MQ060N | 1 | В блокнот | ||
| D2 | Стабилитрон | 1N4744A | 1 | В блокнот | ||
| С1 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 1 | до 100 мкФ | В блокнот | |
| R1 | Резистор | 820 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 100 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 240 кОм | 1 | В блокнот | ||
| L1 | Дроссель | 280 мкГн | 1 |
Пролог.
У меня есть два мультиметра, и оба имеют один и тот же недостаток – питание от батареи напряжением 9-ть Вольт типа «Крона».
Всегда старался иметь в запасе свежую 9-тивольтовую батарею, но, почему-то, когда требовалось что-то измерить с точностью выше, чем у стрелочного прибора, «Крона» оказывалась либо неработоспособной, либо её хватало всего на несколько часов работы.
Порядок намотки импульсного трансформатора.
Намотать прокладку на кольцевой сердечник столь малых размеров очень сложно, а мотать провод на голый сердечник неудобно и опасно. Изоляция провода может повредиться об острые грани кольца. Чтобы предотвратить повреждение изоляции, притупите острые кромки магнитопровода, как описано .
Чтобы во время укладки провода, витки не «разбегались», полезно, покрыть сердечник тонким слоем клея «88Н» и просушить до намотки.
Вначале мотаются вторичные обмотки III и IV (см. схему преобразователя). Их нужно намотать сразу в два провода. Витки можно закрепить клеем, например, «БФ-2» или «БФ-4».
У меня не нашлось подходящего провода, и я вместо провода расчётного диаметра 0,16мм использовал провод диаметром 0,18мм, что привело к образованию второго слоя в несколько витков.
Затем, так же в два провода, мотаются первичные обмотки I и II. Витки первичных обмоток также можно закрепить клеем.
Преобразователь я собрал методом навесного монтажа, предварительно связав х/б нитью транзисторы, конденсаторы и трансформатор.
Вход, выход и общую шину преобразователя вывел гибким многожильным проводом.
Настройка преобразователя.
Настройка может потребоваться для установки необходимого уровня выходного напряжения.
Я так подобрал количество витков, чтобы при напряжении на аккумуляторе 1,0 Вольт, на выходе преобразователя было около 7 Вольт. При этом напряжении, в мультиметре зажигается индикатор разряда батареи. Таким образом, можно предотвратить слишком глубокий разряд аккумулятора.
Если вместо предложенных транзисторов КТ209К будут использованы другие, тогда придётся подобрать количество витков вторичной обмотки трансформатора. Это связано с разной величиной падения напряжения на p-n переходах у различных типов транзисторов.
Я испытывал эту схему на транзисторах КТ502 при неизменных параметрах трансформатора. Выходное напряжение при этом снизилось на вольт или около того.
Также нужно иметь в виду, что база-эмиттерные переходы транзисторов одновременно являются выпрямителями выходного напряжения. Поэтому, при выборе транзисторов, нужно обратить внимание на этот параметр. То есть, максимально-допустимое напряжение база-эмиттер должно превышать необходимое выходное напряжение преобразователя.
Если генерация не возникает, проверьте фазировку всех катушек. Точками на схеме преобразователя (см. выше) отмечено начало каждой обмотки.
Чтобы не возникало путаницы при фазировке катушек кольцевого магнитопровода, примите за начало всех обмоток, например , все выводы выходящие снизу, а за конец всех обмоток, все выводы выходящие сверху.
Окончательная сборка импульсного преобразователя напряжения.
Перед окончательной сборкой, все элементы схемы были соединены многожильным проводом, и была проверена способность схемы принимать и отдавать энергию.
Для предотвращения замыкания, импульсный преобразователь напряжения был со стороны контактов заизолирован силиконовым герметиком.
Затем все элементы конструкции были размещены в корпусе от «Кроны». Для того, чтобы передняя крышка с разъёмом не утапливалась внутрь, между передней и задней стенками была вставлена пластинка из целлулоида. После чего, задняя крышка была закреплена клеем «88Н».
Для зарядки модернизированной "Кроны" пришлось изготовить дополнительный кабель со штекером типа Джек 3,5мм на одном из концов. На другом конце кабеля, для снижения вероятности короткого замыкания, были установлены стандартные приборные гнёзда, вместо аналогичных штекеров.
Доработка мультиметра.
Мультиметр DT-830B сразу же заработал от модернизированной «Кроны». А вот тестер M890C+ пришлось немного доработать.
Дело в том, что в большинстве современных мультиметров задействована функция автоматического отключения питания. На картинке показана часть панели управления мультиметра, где обозначена данная функция.
Схема автоотключения (Auto Power Off) работает следующим образом. При подключении батареи, заряжется конденсатор С10. При включении питания, пока конденсатор C10 разряжается через резистор R36, на выходе компаратора IC1 удерживается высокий потенциал, что приводит к отпиранию транзисторов VT2 и VT3. Через открытый транзистор VT3 напряжение питания и попадает в схему мультиметра.
Как видите, для нормальной работы схемы, нужно подать питание на С10 ещё до того, как включится основная нагрузка, что невозможно, так как наша модернизированная «Крона», напротив, включится только тогда, когда появится нагрузка.
В общем, вся доработка заключалась в установке дополнительной перемычки. Для неё я выбрал место, где это было сделать удобнее всего.
К сожалению, обозначения элементов на электрической схеме не совпали с обозначениями на печатной плате моего мультиметра, поэтому точки для установки перемычки нашёл так. Прозвонкой выявил нужный вывод выключателя, а шину питания +9V определил по 8-ой ножке операционного усилителя IC1 (L358).
Мелкие подробности.
Сложно было приобрести всего один аккумулятор. Их в основном продают, либо парами, либо по четыре штуки. Однако некоторые комплекты, например, «Varta», поставляются по пять аккумуляторов в блистере. Если Вам повезёт так же, как и мне, то Вы сможете разделить с кем-нибудь такой комплект. Аккумулятор я купил всего за 3,3$, тогда как одна «Крона» стоит от 1$ до 3,75$. Есть, правда, ещё «Кроны» и по 0,5$, но те и вовсе мёртворождённые.
