Долгое время пользовался мультиметром DT9202A, в очередной раз села "крона", а покупать новую было в лом. Решил купить новый мультиметр. В качестве замены выбрал Fluke 15B+. Ну а старый мультиметр бросил в коробку с хламом. Пролежал он там пару лет, пока я в очередной раз не наткнулся на него.

Вроде бы и выкинуть жалко, и пользоваться нельзя, и на запчасти разобрать рука не поднимается, ведь мультиметр исправно служил мне в течении нескольких лет. Было решено сделать ему новую систему питания. Хотелось подойти к делу основательно, а не гнать вот такую халтуру:

Хотелось запитать мультиметр от Li-ion аккумулятора, но возник ряд проблем:

• Напряжение питания мультиметра 9 вольт, нужен повышающий преобразователь;
• Штатная система автоотключения перестанет работать, нужно городить свою;
• Необходимо защитить аккумулятор от переразряда;
• Нужно чтобы на борту был контроллер зарядки аккумулятора с индикацией.

Кроме того, хотелось собрать конструкцию из дешевых и доступных деталей, и главное - без использования микроконтроллеров. Решать такую простейшую задачу на микроконтроллере как-то скучно и не интересно. Да и радиолюбители-новички будут не против "прокачать" свои мультиметры, используя радиодетали с помойки;-)

После нескольких вечеров, проведённых с паяльником и макетной платой, родился такой вот монстр:

Основные характеристики:

• Выходное напряжение 9 В
• Напряжение питания 3,6...4,2 В
• Напряжение срабатывания защиты от разряда 3,6 В
• Ток заряда аккумулятора 250 мА
• Таймер автоотключения 5 мин

А так выглядит устройство в сборе:

На одной стороне платы расположены SMD компоненты, а на другой стороне находится аккумулятор от старого мобильника. Изначально я хотел поставить аккумулятор Nokia BL-5C, но он оказался на 2 мм длиннее отсека и не влез по размерам.

Пришлось ставить мелкий аккумулятор Nokia BL-4B. Закрепил его при помощи двустороннего скотча.

Для внедрения новой системы питания в мультиметр, необходимо:

1. Превратить штатный выключатель в тактовую кнопку, удалив фиксирующий элемент;
2. Продолбить необходимые отверстия, разместить плату в корпусе;
3. Соединить плату питания с платой мультиметра.

Итак, приступим.

1. Модификация кнопки

Так как штатная кнопка включения имеет фиксацию, пришлось немного доработать её. Для этого нужно вскрыть корпус кнопки, удалить оттуда фиксирующий элемент, и собрать всё как было;-)

Теперь кнопка не фиксируется при нажатии, и работает как обычная тактовая кнопка.

2. Сверление отверстий, размещение платы в корпусе

Плата питания содержит контроллер зарядки аккумулятора. Подзарядка осуществляется через разъём USB-B, который был весьма уютно размещён в корпусе мультиметра.

В батарейном отсеке пришлось уменьшить высоту стенок, чтобы они не мешали плате.

В верхней части корпуса были вырезаны отверстия для разъёма USB и для светодиода, отображающего процесс зарядки.

Во время зарядки светодиод горит, по окончании зарядки - гаснет.

Плата фиксируется в корпусе мультиметра без единого болта. Продавить USB гнездо мешает ступенька в корпусе. Достать гнездо наружу мешает форма платы, повторяющая внутреннюю часть корпуса. Шевелить плату влево-вправо мешают стенки батарейного отсека. Наклонить плату вверх мешает аккумулятор, наклон вниз блокирует стенка батарейного отсека. Плата сидит внутри крепко, как влитая.

3. Подключение платы питания к мультиметру

Ниже представлена штатная схема автоотключения мультиметра. Отрубает питание примерно через 10 минут работы.

При использования мультиметра совместно с моей платой питания, штатную схему нужно немного модернизировать:

Так как на моей плате для питания мультиметра использован DC-DC преобразователь, таймер автоотключения должен обесточивать питание до преобразователя. Родной таймер автоотключения стоит в самом мультиметре, то есть после преобразователя. При срабатывании автоотключения, родная схема обесточит мультиметр, а преобразователь продолжит работать, разряжая аккумулятор. Поэтому такой вариант не годится. Пришлось сделать свою систему автоотключения, а штатную обойти, подав питание непосредственно на измерительную часть схемы (цепь V+). Также необходимо демонтировать штатную колодку "кроны" и конденсатор C19.

Ставим перемычку на резистор R53.

Подключаем плату питания к мультиметру при помощи трёх проводов:

• MULTIMETER_9V
• MULTIMETER_ON

Внедрение новой системы питания прошло безболезненно. Даже не пришлось резать ни одной дорожки на плате мультиметра. Устройство не требует настройки и начинает работать сразу после сборки.

Описание работы схемы.

На операционном усилителе DA2.1 собран узел защиты от разряда аккумулятора. Напряжение отключения задаётся номиналами делителя R4R7. В качестве источника опорного напряжения используется микросхема линейного стабилизатора DA1 (LM1117). Стабилизатор нагружен резистором R3, так как не умеет работать без нагрузки.

На операционном усилителе DA2.2 собран таймер автоотключения. При включении питания заряжается конденсатор C3, затем он постепенно разряжается через резистор R10. Время срабатывания таймера задаётся номиналами C3R10. При срабатывании таймера открывается транзистор VT3, заставляя сработать схему защиты от разряда.

Операционный усилитель DA2 (LM358) работает как компаратор, поэтому может быть заменён на микросхему компаратора LM393.

На микросхеме DA4 (MC34063) собран импульсный повышающий преобразователь, который выдаёт напряжение 9 вольт для питания мультиметра.

На микросхеме DA3 (TP4056) собран узел автоматической зарядки аккумулятора. Во время зарядки светодиод HL1 светится, по окончании зарядки - гаснет.

На схеме есть кнопка отключения, но я её не использовал, т.к. хватает таймера. Питание отключается автоматически по таймеру, время задаётся номиналами C3R10. Желающие могут для отключения питания задействовать кнопку "HOLD", всёравно толку от неё никакого.

В конце статьи можно скачать Excel файл со всеми необходимыми расчётами.

Напоследок прилагаю видео работы мультиметра с новой системой питания.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
DA1	Линейный регулятор	LM1117-N	1	LM1117-1.2		В блокнот
DA2	Операционный усилитель	LM358	1	SOIC-8		В блокнот
DA3	Контроллер заряда	TP4056	1	SOIC-8		В блокнот
DA4	DC/DC импульсный конвертер	MC34063A	1	SOIC-8		В блокнот
VT1	MOSFET-транзистор	IRF9358	1	SOIC-8		В блокнот
VT2, VT3	Биполярный транзистор	BC847	2	SOT-23		В блокнот
VD1, VD2	Диод Шоттки	MBR0540T1G	2	SOD-123		В блокнот
R1, R6, R7	Резистор	10 кОм	3	0805		В блокнот
R2, R8	Резистор	100 Ом	2	0805		В блокнот
R3	Резистор	300 Ом	1	0805		В блокнот
R4	Резистор	20 кОм	1	0805		В блокнот
R5	Резистор	51 кОм	1	0805		В блокнот
R9	Резистор	30 кОм	1	0805		В блокнот
R10	Резистор	3.3 МОм	1	0805		В блокнот
R11	Резистор	5.1 кОм	1	0805		В блокнот
R12, R19	Резистор	1 кОм	2	0805		В блокнот
R13	Резистор	180 Ом	1	0805		В блокнот
R14, R15	Резистор	1 Ом	2	0805		В блокнот
R16	Резистор	0 Ом	1	0805		В блокнот
R17	Резистор	56 кОм	1	0805		В блокнот
R18	Резистор

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.

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.

Принципиальная схема простого импульсного DC-DC преобразователя напряжения для питания цифрового мультиметра на +9V от элемента Li-Ion (3.7V), например от одной банки 18650. Мультиметр, - очень популярный у радиолюбителей прибор, это современный аналог «АВО-метра».

И если «АВО-метр»без функции изменения сопротивления вообще мог работать без источника питания, то мультиметру источник питания необходим. В подавляющем большинстве мультиметров используется гальваническая батарея 6F22 напряжением 9V (аналог советской «Кроны»).

За исключением очень компактных приборов типа DT-182, питающихся от 12-воль-товой батареи как для брелков автосигнализаций. Но у меня приборчик «крупный» -DT9206A, питающийся от «Кроны», с чем возникали некоторые проблемы.

Поэтому он был переделан на питание от литиевого дискового элемента напряжением ЗV. В принципе, можно было набрать батарею из трех литиевых элементов, и сначала как раз это и планировалось, но потом решено было ограничиться одним, плюс повышающий преобразователь напряжения.

Принципиальная схема

Схема повышающего преобразователя показана на рисунке. Это несимметричный мультивибратор, который генерирует импульсы частотой в несколько десятков килогерц. Частота генерации зависит от резистора R1 и конденсатора С2. Нагрузкой мультивибратора служит дроссель L1.

Рис. 1. Принципиальная схема DC-DC преобразователя напряжения для питания мультиметра +9V от +3.7V Li-Ion.

Переменное напряжение с него поступает на однополупериодный выпрямитель на диоде VD1. Если убрать цепь VD3-VD2, то выходное напряжение будет нестабильным, меняющимся от нагрузки в пределах от 15-20V до 6-7V. Цепь из стабилитрона VD3 и диода VD2 стабилизирует выходное напряжение на уровне около 9V.

Детали

Дроссель L1 - готовый ДМ-0,2-200 индуктивность от 150 до 300 мкГн. Схему мультиметра DT-9206A нужно немного переделать, нужно обрезать дорожки к выключателю, замкнуть их перемычкой, а выключатель монтажными проводниками подключить к литиевому элементу.

Мартин Н. А. РК-07-17.