Как сделать мультиметр от аккумулятора
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
Схема базируется на достаточно популярном у китайцев step-up преобразователе на двух транзисторах, обычно применяемом как драйвер в дешевых светодиодных фонариках (он не обеспечивает стабилизации выходных параметров, только преобразование для питания от одной АА/ААА). Как работает схема я толком не вкуривал, поэтому переведу (и дополню) описание отсюда.
- Ток через R1 открывает транзистор VT1.
- Ток через открывшийся VT1, ограниченный R2, открывает VT2 (кстати, некоторые китайцы экономят на R2 при питании 1.5В)
- Ток через открывшийся VT2 течет через катушку L1 (левую половину, в оригинале только она и есть), которая при этом запасает энергию в магнитном поле. Через C1 сигнал положительной обратной связи дополнительно открывает транзисторы, вводя VT2 в насыщение. Ток через катушку линейно нарастает.
- Когда ток через катушку достигает тока насыщения транзистора (зависит от тока базы, т.е. значения R2 и h21э транзистора), напряжение на нем начинает расти. Через конденсатор C1 этот сигнал подается на VT1, закрывая его (т.е. как только транзистор начал закрываться из-за выхода из насыщения, ПОС это подхватывает) и увеличивая падение тока. Транзисторы лавинообразно закрываются.
- Поскольку транзистор VT2 закрылся, ток через него прекращается. Но ток через катушку мгновенно прекратиться не может — она должна сбросить запасенную энергию. Единственный путь — через VD2. Чтобы протолкнуть ток туда (напряжение на C2 выше напряжения батарейки) — напряжение на катушке повышается (это стандартно для топологии step-up, подробней и с традиционными канализационными аналогами здесь).
- Покуда катушка сбрасывает энергию в C2, конденсатор C1 перезаряжается через R1. После закрытия транзисторов на левой обкладке C1 напряжение выше, чем на правой, а катушка дополнительно удерживает правую обкладку выше питания. Это, во первых, приводит к тому, что на стадии сброса VT1 надежно закрыт, а во вторых, ускоряет заряд C1. Когда катушка сбросит всю энергию — напряжение на правой обкладке упадет до напряжения питания и через ПОС это изменение приведет к открыванию VT1. После чего все повторяется с пункта 2.
По сравнению с описанной схемой есть пара отличий.
Во первых, это вторая половина L1. Поскольку повысить напряжение требуется довольно сильно (в 6 раз, и это не считая падения напряжения на диоде и транзисторе) — правая половина катушки работает как автотрансформатор, дополнительно повышая напряжение.
Цепь стабилизации напряжения. Дело в том, что исходная схема хоть как-то стабилизирует только выходную мощность (причем только по изменениям нагрузки — при повышени напряжения питания передаваемая мощность будет расти). Это немного не то — без нагрузки на выходе будет напряжение, ограничиваемое только утечками. У меня получалось 30В — вполне достаточно для пробоя конденсатора C2. Ну и мультиметр не одобрит тоже. А потребление его меняется достаточно сильно, примерно в пределах 2-10 мА, т.е. 5 раз. При постоянной мощности во столько же раз будет изменяться и выходное напряжение. Ffffuuuu~. Но проблема довольно просто решается введением стабилитрона VD1. При повышении выходного напряжения выше, чем напряжение открывания стабилитрона (точнее, выше чем Vcc + VVD1 — 0.7V) — он откроется и закроет транзистор VT1, сорвав генерацию. Генерация возобновится только тогда, когда напряжение на выходе снизится ниже порога открывания стабилитрона. Получается вполне типичная стабилизация включением/выключением. Пульсации выходного напряжение у такой схемы довольно велики, но мультиметру они не мешают.
Плата в аттаче. Рассчитана на выведение выключателя SA1 через боковую стенку батарейного отсека мультиметра DT83x, ставится непосредственно в него, на термоклей или что-то подобное. Правда, я лоханулся с отзеркаливанием и у меня оно попало на сторону с гнездами :) Пришлось выводить в другом месте, где уже была дырка от предыдущей доработки.
Детали.
VT1 — любой PNP, наш КТ3107 сойдет. А вот к VT2 дополнительное требование — он должен иметь малое напряжение насыщения и приличный ток коллектора. Я пробовал с указанным на схеме SS8050, который часто попадается в китайских девайсах. Возможно, подойдут SS9013, КТ503, КТ645Б, КТ646Б, КТ817Б1/Б2/Г2 (последние два здоровые), FMMT617.
VD1 — любой стабилитрон на 8.2В, я использовал КС182. VD2 — любой быстрый диод на ток не менее 50 мА — прекрасно подойдут наши КД521, КД522, маломощные диоды шоттки.
Дроссель также можно намотать на практически любом примерно похожем по размерам колечке, количество витков вторички определяется местом (у меня влезло 100, больше 150 тоже не стоит). Вообще, ферритовое колечко — далеко не лучший вариант для такого преобразователя, но работает и их у меня было дофига. Можно намотать на небольшой гантельке, число витков скорее всего можно сократить — левая половина должна иметь индуктивность 50-100 мкГн. В правой половине должно быть в 2-3 раза больше витков, чем в левой. Можно попробовать вообще отказаться от правой половины (тогда анод VD2 подсоединяется к коллектору VT2) и поставить готовый дроссель, но может не выдать требуемого напряжения.
Также есть одна грабля. При выключении преобразователя напряжение на выходе падает довольно медленно, поэтому при включении менее чем через минуту-другую после выключения микросхема АЦП может не сброситься и заглючить. Правда, я такого ни разу не наблюдал, но инструкция от мультиметра рекомендует при переключении пределов через положение OFF задержаться на нем — именно для этого.
Готовая конструкция:
Слева заметен страшный колхоз :) Это неспроста — примерно лет так 10-11 назад этот мультиметр спалили) Годик-два назад я счел себя достаточно крутым, чтобы его починить (а главное — переборол лень и нагуглил схему и инфу о работе, хе-хе), купил новую микру АЦП (родная сгорела, и она была капелькой). В общем, менять микру-капельку (причем без альтернативной разводки под QFP или DIP) развлечение то еще, экономически выгоднее купить новый мультметр :)
Ну а красная стрелочка указывает, где примерно стоит выключатель на боковой стенке.
02.10.2016
Батарейка из мышки до сих пор стоит. Зараза.
После анализа многих популярных схем и готовых устройств выбран лучший вариант.
Многие мультиметры питаются от батарейки крона напряжением 9В. Часто бывает, что крона садится в самый неподходящий момент. Крона не так широко распространена, как обычные пальчиковые батарейки напряжением 1,5 В, поэтому заменить ее нечем, особенно если это происходит, как говорят, в полевых условиях. А вот если бы мультиметр можно было запитать от одной пальчиковой батарейки, то проблемы нет. Ведь пальчиковая батарейка найдется под рукой практически всегда. Она стоит в каждом пульте дистанционного управления, многих бытовых и медицинских приборах и т.д. Ее можно вынуть на время проведения измерений, а затем вставить назад.
Коротко о самих кронах. В основном распространены солевые кроны и щелочные. Номинальный ток разряда у солевых 15…20мА, у щелочных вдвое больший.
Основные характеристики батареек крона:
Некоторые умельцы практикуют подзаряд не совсем севшей кроны и утверждают, что срок эксплуатации увеличивается втрое. Производитель не рекомендует заряжать батарейки крона. На самой кроне есть надпись о запрете заряда и возможности разрыва батарейки при заряде.
Выпускаются и аккумуляторы в корпусах кроны. Их емкость бывает разной, от 300мА/час и выше. Номинальное напряжение у них 7,4В (полный заряд 8,4В, полный разряд 6В). Их цена около 5$ и выше.
Широко распространены схемы преобразователей от напряжения 1,5 В, в напряжение 9В. Они есть уже готовые, на микросхемах и в виде схем для самостоятельной сборки. Этих схем настолько много, что сложно выбрать наиболее подходящую. К тому же, в описаниях таких схем отсутствуют правдивые данные практических испытаний по КПД, току нагрузки и т.д. Я собрал и испытал много схем и остановился, на мой взгляд, на самом оптимальном варианте.
Ток потребляемый мультиметром небольшой. Например, мультиметр DT9208A потребляет около 3мА, в режиме прозвонки до 5 мА, а мультиметр АVD830D 1,7мА, в режиме прозвонки до 7мА.
Преобразователь для питания мультиметра был выполнен по следующей схеме:
Это двухтактный преобразователь. Ток базы транзисторов является током нагрузки. Пока нагрузка не подключена, на базах нет отпирающего отрицательного потенциала и транзисторы надежно закрыты. Ток потребления от батарейки равен 0. При подключении нагрузки транзисторы отпираются, и схема начинает работать. На схеме в качестве нагрузки показан прибор (мультиметр). Как только на мультиметре будет нажата штатная кнопка включения, преобразователь заработает и выдаст 9В для питания мультиметра. Это главное достоинство этой схемы. Все остальные схемы требуют отключения батарейки от преобразователя, иначе даже при выключенном мультиметре преобразователь работает, и батарейка разряжается.
Транзисторы должны иметь напряжение UБЭО больше удвоенного выходного напряжения. Ток база-эмиттер должен быть больше максимального тока нагрузки. Напряжение UКЭ насыщения наименьшее. От его величины зависит минимальное напряжение батарейки от которого будет работать схема.
Ниже показаны значения для транзисторов КТ209 и КТ361 приведенные здесь:
Как видим, у транзисторов КТ361 наибольшее напряжение UБЭО всего 4В. Т.е. на таких транзисторах собирать схему с выходным напряжением 9В нельзя, они выйдут из строя. А вот КТ209 с буквой Ж и ниже подходят, у них напряжение UБЭО 20 В, что больше удвоенного 9 В. Максимальный ток нагрузки (Iэ) до 30мА, нам до 10 мА хватит с запасом. UКЭ нас всего 0,4В, что позволит работать даже на разряженной батарейке. У буквы К наилучшее усиление (80…160). Т.е. транзистор КТ209К наилучший вариант.
Емкость конденсатора С2 на выходе схемы равна 1 мкФ. Как правило, конденсаторы фильтра стоят в схемах приборов после выключателя и дополнительно к С2 уменьшают пульсации. Если поставить С2 большей емкости, то при малых токах нагрузки (менее 2 мА), преобразователь может не запуститься. В этом случае дополнительный конденсатор фильтра можно установить в прибор после его штатного выключателя, если его там нет.
Трансформатор T1 намотан на кольцевом магнитопроводе 2000НМ размером К7х4х2мм.
Обмотки 3 и 4 содержат по 36 витков провода Ø0,16мм, а 1, 2 по 4 витка провода Ø0,25мм. Обмотки удобно мотать в 2 провода. Сначала мотаем 36 витков. Затем соединяем как показано на рисунке. Важно не соединить начало и конец одной обмотки, т.е. не замкнуть ее. Для наглядности на рисунке провода разного цвета.
Следующие обмотки по 4 витка мотаем таким же образом поверх намотанных. Соединяем аналогично. Намотанные, не соединенные между собой обмотки, имеют индуктивность:
36 витковые по 1520 мкГ каждая
4 витковые – по 62 мкГн каждая
Намотанный трансформатор показан ниже.
Немного о работе преобразователя.
Как было сказано выше, ток холостого хода равен 0. При подключении нагрузки (более 2 мА), преобразователь начинает работать. Ниже показаны импульсы на коллекторах транзисторов.
Период около 6 мкс. Это соответствует частоте более 100 кГц. Скважность (отношение периода к длительности импульса), равна 2. Это позволяет получать мощность намного больше, чем на схемах обычных блокинг-генераторов, у них длительность импульса малая, скважность большая. Ниже для примера показана схема и осциллограмма блокинг-генератора:
Как видно, здесь длительность импульса значительно меньше периода и существенно увеличить ее невозможно. А значит и полезная мощность в нагрузке будет значительно ниже, чем у предыдущей двухтактной схемы.
Конструктивно схему преобразователя на КТ209К, ввиду ее простоты, можно выполнить на макетной плате размером 49х15мм. С одной стороны, расположены детали, с другой батарейка или аккумулятор. Клеммы аккумулятора можно изготовить из пружинистых контактов любого старого пульта. Для подключения к мультиметру используем клеммы от севшей кроны.
Если кто пожелает изготовить печатную плату, то можно выполнить ее по этому образцу:
Данная конструкция без проблем помещается в отсек для кроны мультиметра.
Прибор надежно включается штатной кнопкой и стабильно работает. Пульсации на клеммах кроны ниже 0,15В. В схеме прибора, после коммутирующего транзистора, на штатном конденсаторе 10 мкФ, пульсации ниже 0,02 В. Другими словами, устанавливая преобразователь вместо кроны в этом мультиметре открываем только батарейный отсек.
Ну и напоследок о КПД двухтактной схемы преобразователя на КТ209К.
Для сравнения ниже приведены результаты испытаний преобразователя на микросхеме которые подробно приведены здесь:
Как видим, наша схема на КТ209К не хуже. А если учесть, что она не требует дополнительного выключателя батарейки (или аккумулятора), то схема на КТ209К явно лучше.
При токе потребления около 3 мА от солевой кроны мультиметр непрерывно проработает 250:3 = 83 часа.
От аккумулятора 1,2 В емкостью 1500 мА/час с преобразователем на КТ209К мультиметр проработает 1500:35 = 43 часа. После этого аккумулятор можно зарядить и работать дальше. Если использовать батарейку на 1,5В, то ее нужно просто заменить, что, как было сказано выше, не является проблемой.
Материал статьи продублирован на видео:
В моем мультиметре AM-1006 фирмы "Актаком" за один год истощились три батареи типоразмера 6F22, сходные по размерам и параметрам с отечественной "Кроной”. Среди них была одна фирмы Duracell, славящаяся своей ёмкостью и долговечностью. И вот, когда очередная батарея "села", а новой под рукой не было, мне попалась на глаза статья о питании мультиметра от двух аккумуляторов типоразмера АА. В наличии у меня был Li-Ion аккумулятор от мобильного телефона ,,Сони-Эриксон-Т-290м" и я стал его прикладывать к моему мультиметру. К счастью, аккумулятор удачно вписался в нишу под крышкой в верхней части корпуса прибора (рис. 1).
Для надёжного крепления потребовалось просверлить всего два отверстия диаметром 3 мм для его удержания в этой нише аналогично тому, как это сделано в мобильном телефоне.
Поскольку аккумулятор практически идеально размещался в мультиметре, осталось собрать стабилизированный преобразователь с выходным напряжением 8. 9 В и габаритными размерами, позволяющими разместить его в батарейном отсеке. Схема преобразователя показана на рис. 2
Схема преобразователя
Он собран на двух транзисторах по схеме несимметричного мультивибратора. В качестве нагрузки транзистора VT2 применён дроссель L1. Импульсы напряжения на коллекторе этого транзистора амплитудой 15 В и частотой следования 250 кГц выпрямляет диод VD1, а выпрямленное напряжение, сглаживаемое конденсатором СЗ. затем поступает на параметрический стабилизатор R5VD2. Напряжение 8,2 В поступает на колодку Х1 (снятой с вышедшей из строя батареи типоразмера 6F22). Преобразователь обеспечивает ток, потребляемый мультиметром (до 4 мА). Для выключения питания преобразователя пришлось в левом нижнем углу мультиметра (рис. 3) установить выключатель SA1 (любой малогабаритный движковый).
Места для него там достаточно. Наличие этого выключателя избавило от использования галетного переключателя мультиметра при его включении или выключении.
В авторском варианте плата была изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Она вырезана по размерам батареи 6F22, а фольга с помощью резака разделена на прямоугольные площадки, к которым припаяны выводы деталей. Для повторения радиолюбителями разработана печатная плата, чертёж которой показан на рис. 4.
Применены резисторы МЯТ, С2-23, оксидный конденсатор —-импортный, остальные — керамические импортные, дроссель — ДПМ-0,1, стабилитрон — любой маломощный с напряжением стабилизации 6,5. 9 В. так как мультиметр сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 6 В. Пары вилка/гнездо ХР1, XS1 и ХР2, XS2 могут быть любыми, но чтобы исключить возможность неправильного подключения полярности, они должны быть разного диаметра.
При зарядке аккумулятора вилки ХР1 и ХР2 отсоединяют от преобразователя и подключают к зарядному устройству. Применённый мною аккумулятор содержит контроллер зарядки/разрядки и его можно заряжать, подключив к ЗУ или блоку питания с выходным напряжением 5 В. Большинство аккумуляторов сотовых телефонов содержат такие контроллеры. А если аккумулятор без него, придётся изготовить зарядное устройство [2]. Контакты колодки XI припаивают к двум жёстким Г-образным держателям из проволоки от металлической скрепки. Преобразователь размещают в батарейном отсеке мультиметра (рис. 5).
На сегодняшний день мультиметр это незаменимый прибор для проведения различных тестов. Устройство работает на девяти вольтовых аккумуляторов. Но не каждый пользователь знает, какие батарейки в нем используются.
Какая батарейка в мультиметре?
Чаще всего в подобном измерительном устройстве используется батарея Крона. Данный аккумулятор идет на 9 вольт. Если нужен мультиметр на пальчиковых батарейках АА или батареях ААА, то можно спаять небольшое устройство, как показано на видео.
Схема преобразователя
Модели тестера dt 830b так же имеет батарею на девять вольт. Можете прочесть тематическую статью как проверить батарейку крона мультиметром. Это даст полное представление об аккумуляторе.
Как вставить батарейку в мультиметр?
Что бы установить батарею в тестер необходимо снять верхнюю крышку. Для этого обычно нужно открутить два болта небольшой крестообразной отверткой.
После снятия крышки перед нами будет находиться плата и источник питания устройства.
Что бы поменять батарею, необходимо аккуратно снять старую. И на ее место поставить новый аккумулятор. Желательно что бы надписи на новой батареи совпадали с надписями на старой.
Присоединяем новый источник энергии.
В момент постановки следите за полярностью.
- Откручиваете шурупы.
- Снимаете крышку.
- Отсоединяете аккумулятор от клеймов.
- Берете новый элемент питания.
- Сверяете надписи элементов питания, но главное что бы было 9 вольт.
- Присоединяете свежий аккумулятор согласно полярности.
- Включаете тестер.
- Проверяете работоспособность.
- Затем его отключаете.
- Ставите крышку на место.
- Закручиваете шурупы.
- Пользуетесь устройством!
Таким образом, теперь вы знаете, какие батарейки используются в мультиметре!
Сейчас каждый радиолюбитель, даже начинающий, имеет в своём арсенали цифровой измерительный прибор. И практически все они питаются от таких гальванических элементов, как "Крона 9В". А при активном использовании покупать её приходится очень часто, что рано или поздно навевает на мысль о переводе питания на аккумуляторное. Про различные варианты преобразователей 1,5 - 9 В мы уже писали. Сегодня мы рассмотрим более продвинутый: литиевый аккумулятор и инвертор на TP4056. Литий не имеет такого саморазряда как никель-кадмий, да и плотность запасаемой энергии выше. К тому же у многих есть дома полусевшие АКБ от смартфонов, которые в малопотребляемых тестерах будут ещё очень долго работать.
В общем применение ЗУ на TP4056 для заряда аккумулятора в тестере, совместно с заменой питания на пониженное с повышающим преобразователем - вот основа нашего проекта. Платку преобразователя на указанной микросхеме можно и свою спаять, но можно и купить на АлиЭкспресс готовые, стоят они там совсем мало.
Возможно кто-то решит что слишком хороший преобразователь тут используется, можно взять чего поменьше. Согласен, но этот поставлен временно, у меня уже заказаны попроще и подешевле, а пока они придут буду тестировать этот, а поменять потом платку дело одной минуты.
Переходник тоже временно, потом буду менять плату и заодно проверять свои повышающие самоделки, так проще по-быстрому соединять.
Вообще давно эта идея была, аккумуляторов литиевых от мобильных телефонов хватает, а тут в корпусе места для них хватает с запасом, вот и приспособил. Это пока пробный вариант тестера - на нём буду испытывать другие платы, в том числе и самодельные, это если отдельно микросхемы прикуплю. О результатах экспериментов сообщу позже - на этом сегодня всё. Автор проекта - Igoran.
Форум по обсуждению материала УСТАНОВКА ЛИТИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА В МУЛЬТИМЕТР
Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.
Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.
Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.
Читайте также: