В помощь радиолюбителю. Выпуск 13

Составитель: Адаменко Михаил Васильевич

«В помощь радиолюбителю»

_{Выпуск 13}

(Электроника своими руками)

Глава 1

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

1.1. Индикатор анодного напряжения [1]

Этот простой индикатор был разработан для определения наличия и примерной величины напряжения на выходных контактах лабораторного источника напряжения, применяемого для питания анодных цепей радиоламп. После корректировки значений величин некоторых элементов данное устройство может быть использовано для индикации включенного состояния любых устройств, питаемых от батарей напряжением от 9 В до 12 В (не было испытано). При этом в качестве индикатора используется светодиод с высокой излучающей способностью, который периодически генерирует интенсивные вспышки света. При входном напряжении 20 В периодичность вспышек составляет примерно 1 с (частота 1 Гц), при увеличении напряжения период световых импульсов уменьшается и при 250 В составляет около 0,2 с (частота 5 Гц). Входной ток индикатора мал-от 0,11 мА при входном напряжении 20 В до 1,53 мА при 250 В.

Принципиальная схема индикатора анодного напряжения приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема индикатора анодного напряжения

Работа предлагаемого индикатора основана на принципе накопления заряда. Конденсатор С1 заряжается от источника индицируемого напряжения малым током через резисторы R1, R2 и диод D1. Напряжение с конденсатора С1 через делитель R3, R4 подается на базу транзистора Т1. При достижении напряжения на конденсаторе С1 значения примерно 6 В транзистор Т1 обеспечивает открытие транзистора Т2. В результате конденсатор С1 разряжается через транзистор Т2 и светодиод D1. После полной разрядки конденсатора С1 оба транзистора закрываются, а конденсатор С1 снова начинает заряжаться.

Детали индикатора размещены на односторонней печатной плате. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) индикатора анодного напряжения приведены на рис. 2.

Рис. 2. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) индикатора анодного напряжения

Для того чтобы конструкция имела малые размеры, использованы элементы SMD. Печатную плату индикатора можно разместить на задней панели устройства, питающее напряжение которого предполагается измерять. Собранный без ошибок и из исправных элементов индикатор не требует налаживания.

1.2. Тестер малогабаритных элементов питания [2]

Предлагаемый тестер предназначен для быстрой проверки малогабаритных элементов питания, которые используются в детских игрушках. С его помощью ребенок самостоятельно может определить степень разрядки батарейки.

Тестируемый элемент подключается к входу преобразователя и одновременно используется в качестве источника питания прибора. При этом проверяемый аккумулятор или батарейка работает с током нагрузки примерно 200 мА. Такая схема подключения позволяет отличить новый элемент от старого, который хотя и имеет достаточное выходное напряжение, но обладает большим внутренним сопротивлением.

Максимальное напряжение, подаваемое на вход устройства, может достигать 3 В. При величинах входного напряжения, меньших 3 В, практически отсутствует возможность выхода из строя прибора вследствие ошибочного изменения полярности контактов тестируемого элемента.

Тестер предназначен для проверки обычных элементов питания, однако с его помощью можно тестировать и аккумуляторы. Особое внимание следует уделять тому, что в процессе эксплуатации NiCd и NiMH аккумуляторных элементов их выходное напряжение изменяется незначительно даже при весьма существенной потере емкости. Помимо этого, принимая во внимание меньшее напряжение, не следует удивляться тому, что при проверке полностью заряженных и кондиционных аккумуляторов будет светиться только светодиод LED2. Поэтому с помощью данного тестера можно определить лишь факт полной разрядки аккумулятора.

Для проверки элементов питания можно было бы использовать и пару проводов с обычной лампочкой, однако такое решение вряд ли бы удовлетворило уважающего себя радиолюбителя. В данной конструкции состояние аккумулятора определяется количеством светящихся LED диодов.

Предлагаемый тестер состоит из двух частей, а именно: из преобразователя напряжения и индикатора уровня напряжения. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.

Рис. 3. Тестер малогабаритных элементов питания

Для полноценного питания одного светодиода необходимо напряжение примерно 2 В. В то же время при подключении нового, полностью заряженного проверяемого элемента, напряжение на входе тестера не превышает 1,55 В. Поэтому для формирования напряжения, необходимого для нормального функционирования цепей индикации, и использован преобразователь. Функции такого преобразователя напряжения в предлагаемой конструкции выполняет простейший самовозбуждающийся генератор, уровень напряжения выходного сигнала которого зависит от напряжения питания. Эта зависимость преднамеренно увеличена использованием делителя R1, R2 в цепи базы транзистора Т1.

Критическим элементом преобразователя является транзистор Т1, который должен иметь низкое напряжение насыщения. В противном случае эффективность тестера резко снижается. В качестве трансформатора используется обычный дроссель типа 09Р с индуктивностью 330 мкГ, на который наматывается вторичная обмотка, содержащая примерно 30 витков провода ПЭЛ диаметром 0,2 мм. Для изготовления этой катушки подойдет любой лакированный провод диаметром от 0,1 до 0,25 мм. После этого на дроссель следует надеть отрезок трубки из изоляционного материала — и трансформатор готов.

Вторым каскадом тестера является индикатор уровня напряжения. При незначительном напряжении на входе тестера транзисторы Т2 и Т3 открыты напряжениями смещения, которые формируются на резисторах R3 и R4 протекаемым через них током, а транзисторы Т4 и Т5 закрыты.

При увеличении напряжения, подаваемого на вход тестера, в первую очередь начнет светиться светодиод LED1. Дальнейшее изменение входного напряжения приведет к повышению тока, протекающего через светодиод LED1, до того момента, когда падение напряжения на резисторе R5 обеспечит открытие транзистора Т5 (при токе, равном примерно 16 мА). При этом транзистор Т2 закроется, а напряжение на светодиоде LED2 будет увеличиваться до тех пор, пока он не начнет светиться. Если входное напряжение тестера и далее будет увеличиваться, то при токе примерно в 20 мА откроется и транзистор Т4. При этом транзистор Т3 закроется, а светодиод LED3 начнет светиться. Увеличение напряжения на входе тестера выше значения 1,5 В на работу выходных каскадов практически не влияет, поскольку компенсируется преобразователем. При этом уровень выходного напряжения преобразователя, при котором светодиод LED3 начнет светиться, можно регулировать подбором сопротивления резистора R1.

Для изготовления тестера можно использовать практически любую печатную плату с размерами, соответствующими выбранному корпусу.

Печатная плата тестера элементов питания приведена на рис. 4.

Рис. 4. Печатная плата тестера элементов питания

Чтобы конструкция имела малые размеры, использованы элементы SMD. С этой же целью трансформатор расположен, горизонтально. В предлагаемой конструкции можно использовать обычные зеленые светодиоды (LED1-LED3) на напряжение 2 В и ток 20 мА. Диод D1 — диод Шоттки типа BD433. Конденсаторы С1 и СЗ — на номинальное напряжение не менее 10 В.

Расположение элементов на печатной плате тестера элементов питания приведено на рис. 5.

Рис. 5. Расположение элементов на плате тестера элементов питания

Для налаживания тестера потребуется регулируемый источник напряжения, а также любой универсальный измерительный прибор, например, простейший мультиметр. Тестер подключается к источнику питания, выходное напряжение которого необходимо постепенно увеличивать от 0 до 1,6 В.

Собранный из исправных деталей и без ошибок, тестер не нуждается в дополнительном налаживании и практически сразу может быть использован для проверки работоспособности малогабаритных элементов питания.

При возникновении проблем в первую очередь рекомендуется проверить качество пайки контактов обмотки n2 трансформатора. Сразу угадать правильную полярность подключения выводов трансформатора вряд ли удастся. Поэтому в том случае, если генератор не будет возбуждаться, но тестер будет потреблять ток, сначала следует поменять местами выводы обмотки n2 трансформатора. Если это не поможет, то рекомендуется провести покаскадную проверку прибора с помощью регулируемого источника питания и обычного мультиметра.

Проверку следует начать с индикатора уровня напряжения. На вход индикатора (выводы конденсатора С1) подключается источник питания. При увеличении напряжения до значения примерно 3 В должен начать светиться светодиод LED1, при напряжении около 5,5 В загорается светодиод LED2. Последующее возрастание напряжения до величины 8 В должно привести к загоранию светодиода LED3. При этом потребляемый индикатором ток до момента начала свечения светодиода LED3 не должен превышать 20 мА. Если индикатор не работает так, как было указано, то неисправность следует искать в нем.

Если индикатор исправен, то можно приступать к проверке преобразователя напряжения. Увеличение напряжения на входе от 0 В до 1,6 В должно привести к постепенному возрастанию напряжения на конденсаторе С1 до значения около 8 В. Если генератор не возбуждается, сначала следует перепаять выводы катушки L2, а затем проверить транзистор Т1 и диод D1.

Возможна ситуация, когда генератор возбуждается, но при входном напряжении 1,5 В преобразователь не обеспечивает включение всех светодиодов. В этом случае можно попробовать в незначительных пределах изменить величину сопротивления резистора R1. Если это не поможет, рекомендуется увеличить сопротивление резистора R5. Однако не следует забывать о том, что чрезмерное увеличение сопротивления резистора R5 приводит к включению всех светодиодов даже при малом токе.

Глава 2

ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

2.1. Простое зарядное устройство для аккумуляторов [3]

В последние годы в продаже можно найти большое количество зарядных устройств, в основу которых положены различные принципы, в том числе и запатентованные изобретения. В то же время зарядные устройства для аккумуляторов, выполненные по так называемой классической схеме, по-прежнему имеют немалое число своих постоянных приверженцев.

На рис. 6 приведена принципиальная схема универсального зарядного устройства, при работе с которым можно устанавливать как зарядный ток, так и величину выходного напряжения. К данному зарядному устройству можно подключить любое количество заряжаемых элементов с максимальным суммарным напряжением 18 В.

Рис. 6. Принципиальная схема универсального зарядного устройства

Из схемы видно, что в данном случае речь идет о классическом последовательном регуляторе на мощных транзисторах Т1 и Т2. В предлагаемой конструкции использованы транзисторы типа 2N3055, однако их можно заменить любыми другими n-р-n мощными транзисторами, которые будут в распоряжении радиолюбителя.

После сетевого трансформатора переменное напряжение выпрямляется диодами D1 и D2, после чего поступает на микросхему IC1, которая является монолитным регулятором напряжения с регулируемым выходом. При этом нужное значение выходного напряжения устанавливается с помощью подстроечного потенциометра Р1.

Зарядный ток через последовательный регулятор (транзисторы Т1 и Т2) подается на выходные контакты, протекает через заряжаемую аккумуляторную батарею и далее на корпус через выполняющий роль датчика резистор R8, величина сопротивления которого составляет 0,1 Ом. На этом резисторе при токе зарядки величиной 1 А формируется падение напряжения величиной 100 мВ. Это напряжение в компараторе IC2 типа LM339 сравнивается с напряжением, снимаемым с движка подстроечного потенциометра Р2, который через резистор R6 подключен к выходу стабилизатора IC3. Поскольку с помощью подстроечного потенциометра Р2 величина напряжения может регулироваться начиная от нулевого значения, то и ток зарядки аккумуляторной батареи, соответственно, может быть выбран почти от нуля.

К выходу компаратора подключена база транзистора Т3. Если ток зарядки превысит выбранное значение, то увеличится и напряжение на резисторе R8. При этом произойдет переключение компаратора, что приведет к открытию транзистора Т3. В результате понизится напряжение на выходе регулятора IC1 и, как следствие, на базах мощных транзисторов Т1 и Т2. Изменение напряжения на базах транзисторов Т1 и Т2 приведет к снижению тока зарядки аккумуляторной батареи до выбранного значения.

Транзистор типа 2N3904 можно заменить, например, транзисторами типа ВС337 или ВС635.

2.2. Универсальное зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-МН аккумуляторов [4]

Предлагаемое универсальное зарядное устройство обеспечивает как ускоренную зарядку никель-кадмиевых (Ni-Cd) и никель-металлгидридных (Ni-MH) аккумуляторных батарей повышенным током, так и их зарядку в так называемом обычном режиме с меньшим током зарядки. При этом в первом случае окончание зарядки происходит при падении напряжения на аккумуляторе. Благодаря использованию микросхемы MC33340D данное зарядное устройство позволяет контролировать падение напряжения с чувствительностью 4 мВ. Помимо этого, с помощью перемычек можно заранее установить определенное время зарядки. При необходимости контролируется не только напряжение на аккумуляторе в режиме ускоренной зарядки, но и напряжение источника питания устройства. Зарядка прекращается и в случае повышения температуры аккумулятора выше установленного лимита. Питание зарядного устройства осуществляется от источника постоянного напряжения 5-18 В с максимальным током 1,5 А.

Данное универсальное зарядное устройство для NiCd и NiMH аккумуляторов представляет собой регулятор, выполненный на микросхеме типа MC33340D. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема универсального зарядного устройства для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов

Сразу после подключения питающего напряжения универсальное зарядное устройство начинает работать в режиме ускоренной зарядки.

В том случае, если аккумулятор не подключен или неисправен, напряжение на выводе 1 (V_SEN) микросхемы IC2 (MC33340D) будет либо меньше величины 1 В, либо больше, чем 2 В. При этом зарядное устройство автоматически переключится в обычный режим. В обычный режим работы данное зарядное устройство переключится и в том случае, если в течение 177 с на клеммах заряжаемого аккумулятора будет зафиксировано падение напряжения определенной величины, что свидетельствует об окончании процесса зарядки. Помимо этого переключение в обычный режим может осуществляться по окончании выбранного времени зарядки, или же при повышении температуры аккумулятора сверх допустимой нормы.

Время зарядки аккумуляторной батареи выбирается с помощью установки или удаления перемычек Т1-Т3. Зависимость времени зарядки от установки перемычек приведена в табл. 1.

При выборе режима зарядки с отключением при повышении температуры аккумулятора сверх допустимой нормы для измерения температуры аккумуляторной батареи к выводу 6 (Т2) микросхемы IC2 следует подключить терморезистор величиной 10 кОм. При этом к выводам 7 (Т1) и 5 (Т3) микросхемы IC2 должны быть подключены резисторы R7 и R8, с помощью которых устанавливается диапазон допустимых температур аккумулятора. Величина сопротивления резистора R7 определяет максимальную допустимую температуру, а величина сопротивления резистора R8 определяет минимальную допустимую температуру аккумуляторной батареи.

Если в процессе зарядки аккумулятора его температура будет находиться в выбранном диапазоне, то аккумулятор будет заряжаться в ускоренном режиме. В этом случае напряжение на выводах 7 (Т1), 6 (Т2) и 5 (ТЗ) микросхемы IC2 будет в пределах от 0 В до величины (V_сс — 0,7) В, где V_сс — напряжение питания микросхемы IC2 (вывод 8). Если же температура аккумулятора во время зарядки изменится и выйдет из выбранного диапазона, то изменится напряжение на выводе 7 (Т1) или 5 (Т3) микросхемы IC2, и зарядное устройство переключится в обычный режим.

Поскольку ток, протекающий через выводы 7 (Т1), 6 (Т2) и 5 (Т3) микросхемы IC2 составляет примерно 30 мкА, рассчитать значения величин сопротивлений резисторов R7 и R8 довольно просто. Так, например, если сопротивление термистора R10 при минимальной выбранной температуре составляет 8,2 кОм, то и величина сопротивления резистора R8 должна быть 8,2 кОм. Если сопротивление термистора R10 при максимальной выбранной температуре составляет 15 кОм, то и величина сопротивления резистора R7 должна быть 15 кОм.

Таким образом, при выборе режима зарядки с отключением при повышении температуры аккумулятора предлагаемая схема обеспечивает ускоренную зарядку аккумуляторной батареи только в том случае, если ее температура не выходит за установленные границы. Если в процессе зарядки температура аккумулятора станет меньше минимального предела, то зарядное устройство переключится в обычный режим, и аккумулятор будет заряжаться малым током дежурного режима до тех пор, пока его температура не войдет в норму.

Если же температура аккумулятора станет больше максимального предела, то зарядное устройство также переключится в обычный режим, но не выйдет из него до отключения аккумулятора.

В том случае, если выбран режим, при котором окончание зарядки определяется истечением определенного промежутка времени, резисторы R7, R8 и терморезистор R10 не устанавливаются, а время зарядки выбирается с помощью установки перемычек Т1-Т3 в соответствии с табл. 1. Этот вариант зарядки используется как запасной, то есть в том случае, если по каким-либо причинам нельзя провести окончание зарядки с помощью контроля падения напряжения на аккумуляторе.

Микросхема IC1 (LM317) в предлагаемой конструкции используется в качестве источника постоянного тока. Такая схема включения должна обеспечить постоянное напряжение величиной 1,2 В между выводами ADJ и OUT данной микросхемы. Поскольку между указанными выводами включен резистор R3, через который протекает ток зарядки, этот ток всегда будет иметь величину, при которой падение напряжения на резисторе R3 равно 1,2 В.

Для корректного распознавания момента окончания зарядки аккумулятора при падении напряжения на его контактах необходимо обеспечить наличие на выводе 1 (V_sen) микросхемы IC2 напряжения, соответствующего напряжению одного элемента аккумуляторной батареи. Для этого используется делитель напряжения, выполненный на резисторах R1 и R2. Так, например, если выбрать величину сопротивления резистора R1 равной 10 кОм, величину сопротивления резистора R2 следует рассчитать по следующей формуле:

R2 = R1 x (V_akk/V_sen - 1)

где:

V_akk - общее номинальное напряжение аккумуляторной батареи;

V_sen - напряжение на выводе 1 микросхемы IC2, которое должно составлять 1,2 В.

При этом общее напряжение аккумуляторной батареи рассчитывается по формуле:

V_akk = N x U_i

где:

N — количество элементов в аккумуляторной батарее;

U_i — напряжение одного элемента, которое обычно составляет 1,2 В.