Слабым местом некоторых портативных цифровых мультиметров является, как известно, девятивольтная батарея питания типоразмера 6F22, которой при частом пользовании прибором хватает ненадолго. Это вынуждает радиолюбителей искать альтернативные источники питания прибора. На сегодняшний день разработаны и описаны в литературе много конструкций, представляющих собой повышающие преобразователи напряжения с питанием от Li-Ion аккумуляторов [1-3]. Описанные в этих статьях устройства представляют интерес для повторения, хотя и не лишены недостатков. Так, у преобразователя [1] довольно низкий кПд, что обусловлено наличием параметрического стабилизатора. Преобразователь, представленный в [2], также (и по той же причине) не отличается высоким КПД и, кроме того, не имеет таймера.
Предлагаемый вариант преобразователя (его схема показана на рис. 1) также питается от литий-ионного аккумулятора и свободен от названных недостатков. Выполнен он по схеме повышающего импульсного стабилизатора. В основе устройства - мультивибратор на транзисторах разной структуры, аналогичный применённому в [2], но со стабилизацией выходного напряжения. Это позволяет повысить нагрузочную способность преобразователя и его КПД, а также придаёт ему ещё одно полезное свойство - возможность контроля степени разрядки аккумулятора. Мультивибратор собран на транзисторах VT1, VT3. При закрывании последнего на его коллекторе появляются импульсы, они выпрямляются диодом VD1, конденсатор С3 сглаживает выпрямленное напряжение.
Рис. 1. Схема преобразователя
Стабилизация выходного напряжения преобразователя осуществляется следующим образом. Как только оно превысит некоторое значение, открывается стабилитрон VD2, на базу транзистора VT1 подаётся положительное напряжение и он начинает закрываться. Это ведёт к снижению частоты преобразователя, а в итоге и выходного напряжения. Если же выходное напряжение становится ниже некоторого значения, транзистор, наоборот, открывается и оно увеличивается. При этом КПД преобразователя выше, чем с последующим линейным стабилизатором.
Следует отметить, что стабилитрон VD2 работает в режиме малых токов, поэтому его напряжение стабилизации может быть меньше, чем указано в технических характеристиках. Изменить выходное напряжение преобразователя можно подборкой стабилитрона, а также резистора R4. Нетрудно заметить, что выходное напряжение преобразователя стабилизируется относительно плюсового вывода аккумулятора, поэтому зависит от степени зарядки последнего. В моём случае при напряжении аккумулятора 4,2 В оно равно 9 В, а при напряжении 3,1 В - около 7 В, при котором у большинства мультиметров высвечивается символ разрядки батареи. Это позволяет своевременно заряжать аккумулятор.
На тот случай, если прибор забудут выключить, преобразователь оснащён таймером на транзисторе VT2. Управляется он кнопками SB1 ("Вкл." - "Включить") и SB2 ("Выкл." - "Выключить"). Несмотря на простоту, таймер имеет довольно крутые фронты переключения. Работает он следующим образом. В исходном состоянии конденсатор С2 заряжен почти до напряжения аккумулятора, а напряжение на затворе транзистора VT2 равно нулю, и он закрыт. При замыкании контактов кнопки SB1 конденсатор быстро разряжается через резистор R6 и на затвор VT2 подаётся открывающее напряжение с выхода преобразователя. Преобразователь запускается, и его выходное напряжение увеличивается, ещё сильнее открывая транзистор VT2. После отпускания кнопки конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R5. По мере зарядки конденсатора напряжение на резисторе R5, а следовательно, и на затворе транзистора VT2 понижается. В какой-то момент оно снижается настолько, что транзистор начинает закрываться. При этом напряжение на выходе преобразователя уменьшается, что, в свою очередь, вызывает ещё большее закрывание транзистора. Через времязадающий конденсатор замыкается цепь ПОС, ускоряющая переключение транзистора. При указанном на схеме транзисторе и номиналах резистора R5 и конденсатора С2 время выдержки таймера - около 12 мин при выходном напряжении преобразователя 7 В (на аккумуляторе соответственно 3,1 В). При выходном напряжении 9 В это время - около 15 мин. С другими транзисторами время работы прибора может отличаться.
Таймер имеет одну особенность: при резком снижении выходного напряжения преобразователя, вызванном перегрузкой или коротким замыканием, таймер может выключиться. Однако возможно это только в одном случае, а именно - при измерении коэффициента передачи тока транзисторов, если в тестовую панель вставлен транзистор с пробитым участком коллектор-эмиттер или не той структуры. Следует отметить, что этот недостаток проявляется только тогда, когда время выдержки таймера уже подходит к концу.
Все детали преобразователя, кроме кнопок и резисторов R1 и R6, установлены на печатной плате из фольгиро-ванного с одной стороны стеклотекстолита (рис. 2). Для снижения уровня помех она заключена в экран, изготовленный из лужёной жести толщиной 0,5 мм (можно использовать корпус негодной батареи 6F22). Экран соединён с минусовым выводом аккумулятора. Кнопки SB1 и SB2 смонтированы на отдельной печатной плате (рис. 3), которую размещают в удобном месте прибора.
Рис. 2. Печатная плата преобразователя
Рис. 3. Кнопки SB1 и SB2
Немного о деталях. В преобразователе применены резисторы МЛТ, все конденсаторы - импортные. Полевой транзистор можно заменить и другим, например КП501А, но лучше использовать мощный переключательный (например, IRLML004 или NTD3055), правда, для этого придётся изменить конфигурацию соответствующих проводников печатной платы. Чем меньше пороговое напряжение на затворе и сопротивление сток-исток в открытом состоянии, тем лучше. Биполярный транзистор КТ209Б (VT1) заменим любым из серии КТ3107, а КТ3102ЕМ (VT3) - транзистором 2SC945.
Вместо стабилитрона КС156А (VD2) можно применить импортный, например BZV55C5V6, или стабилитрон с иным напряжением стабилизации, например, 5,1 или 6,2 В, но в этом случае придётся подобрать и резистор R4. Диод Шотки SR160 (VD1) заменим на BAT48.
Дроссель L1 содержит 150 витков провода ПЭВ-2 0,18, намотанного на кольцевой магнитопровод типоразмера К10х6х3 от ЭПРА неисправной КЛЛ, после намотки пропитан лаком ХВ-784. В некоторых КЛЛ на входе сетевого выпрямителя установлены подходящие дроссели - можно попробовать применить один из них.
Налаживать преобразователь рекомендую при питании от лабораторного источника с ограничением тока на уровне 100...150 мА, поскольку подобные генераторы склонны к "засыпанию", особенно при запуске под нагрузкой. При исправных деталях и безошибочном монтаже налаживание устройства сводится к подбору, если требуется, резистора R4 для установки выходного напряжения 7 В при максимальном токе нагрузки и напряжении питания, равном 3,1...3,2 В. Лучше всего во время налаживания вместо резисторов R3 и R4 включить подстроечный сопротивлением 10...15 кОм. Следует найти такое положение его движка, при котором напряжение преобразователя не сильно падает при любом режиме работы прибора, а сам он устойчиво запускается при полной нагрузке и любом напряжении (от 3 до 4,2 В) аккумулятора. Затем, измерив сопротивление между движком и выводами резистивного элемента подстроечного резистора, следует установить на плате постоянные резисторы ближайших номиналов. Можно попробовать увеличить КПД преобразователя, подбирая дроссель L1 и частоту генератора. Реально достижимый КПД может быть более 70 %.
Налаживая преобразователь, следует иметь в виду, что при случайном обрыве или отсоединении цепи стабилитрона VD2 напряжение на выходе преобразователя может повыситься более чем до 25 В, что приведёт к выходу из строя транзистора VT2 и мультиметра! Чтобы этого не произошло, следует параллельно выходу преобразователя включить стабилитрон с напряжением стабилизации 12...14 В (на схеме не показан). После налаживания плата покрыта двумя слоями лака ХВ-784. Помимо защиты устройства от влаги, этот лак ещё и приклеивает к ней оксидные конденсаторы и дроссель. Следует помнить, что этот лак электропроводен, поэтому включать покрытый им преобразователь можно только после его высыхания (при комнатной температуре это займёт один час). Внешний вид готовой платы показан на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид готовой платы
Немного об установке преобразователя в мультиметр M890G. Дело в том, что в этом приборе, в отличие от М830В и ему подобных, уже есть встроенный таймер. Однако для нормального функционирования предлагаемого преобразователя он не нужен, поэтому все его детали, а также выключатель питания необходимо удалить. Сделать это нетрудно, поскольку все они смонтированы довольно плотно вокруг выключателя. Какие именно элементы нужно удалить, можно увидеть, если сравнить показанный на рис. 5 фрагмент доработанной печатной платы мультиметра и соответствующую часть платы имеющегося прибора. Следует отметить, что в других модификациях этого мультиметра таймер может быть собран по другой схеме, как, например, в [3], где, по-видимому, применён другой компаратор (не совпадает нумерация выводов), а также использованы микросхемы в корпусах для поверхностного монтажа.
Рис. 5. Фрагмент доработанной печатной платы мультиметра
Далее следует заняться кнопками управления питанием. Чтобы не сверлить отверстия в корпусе мультиметра, можно использовать имеющееся в нём овальное отверстие и пластмассовую кнопку штатного выключателя питания 5 (рис. 6). Сначала следует доработать саму кнопку: поскольку она внутри полая, необходимо из листового полистирола толщиной примерно 1 мм вырезать крышку 3 и круглым надфилем сделать в её средней части выемку на глубину примерно 0,5...0,6 мм. Затем с помощью паяльника вплавить в кнопку стальную ось 4 (диаметром 1...1,5 и длиной около 10 мм), после чего приклеить крышку 3. В качестве клея лучше всего использовать дихлорэтан. После того как клеевой шов затвердеет (это произойдёт примерно через сутки), ось 4 следует аккуратно вытянуть и немного рассверлить отверстие с таким расчётом, чтобы вновь вставленная на место ось вращалась свободно, но без люфта. Доработанную кнопку 5 с осью 4 устанавливают в корпус мультиметра, слегка вплавив её концы в его верхнюю стенку 6. Дополнительно их фиксируют узкими полосками того же листового полистирола, приклеенными дихлорэтаном к верхней стенке с внутренней стороны.
Рис. 6. Доработка кнопок
Дождавшись полного затвердевания клеевых швов и убедившись в том, что кнопка 5 свободно поворачивается в овальном отверстии верхней стенки корпуса мультиметра, устанавливают на место печатную плату 1 с кнопочными выключателями 2 (SB1) и 7 (SB2). Этот узел приклеивают к плате мультиметра 8 с таким расчётом, чтобы при нажатии на одну из сторон кнопка 5 нажимала на шток кнопочного выключателя SB1, а при нажатии на другую - на шток выключателя SB2 (разумеется, при установленной в корпус плате). В качестве клея можно использовать тот же лак ХВ-784. Возможно, для уменьшения хода кнопки 5, необходимого для срабатывания выключателей SB1 и SB2, под плату 1 придётся положить прокладку. Излишне длинные штоки выключателей укорачивают оплавлени-ем паяльником. Выключатель такой конструкции можно смонтировать и в мультиметре М-830.
Поскольку выводы 5-7 компаратора таймера не использовались и под них на плате мультиметра есть только контактные площадки, на их месте расположена штыревая часть разъёма для подключения преобразователя. На место вывода 8 компаратора припаян выход "+8 В" преобразователя, а на место вывода 7 - его выход "-8 В". Вход включения преобразователя - затвор транзистора VT2 - припаян на место вывода 5, а "-G1" - вывода 6 компаратора. С соответствующими цепями на платах выводы разъёма соединены проводами во фторопластовой изоляции (рис. 7).
Рис. 7. Плата и выводы разъёма
Далее в корпусе мультиметра закрепляют аккумулятор, разъём для подключения зарядного устройства и преобразователь в экране.
Литература
1. Чернов С. Питание цифрового мультиметра от литий-ионного аккумулятора. - Радио, 2015, №1, с. 52, 53.
2. Степанов А. Li-ion аккумулятор в мультиметре. - Радио, 2016, № 2, с.54.
3. Переделка мультиметра M890G под питание от аккумулятора. - URL: http://9zip. ru/mobile/multimeter_accumulator. htm (12.04.2016).
Автор: Е. Герасимов, ст. Выселки Краснодарского края