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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Um conversor de baixa potência para alimentar uma carga de 9 volts a partir de uma bateria de íons de lítio de 3,7 volts. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas Alguns dispositivos modernos de baixa potência consomem uma corrente muito pequena (alguns miliamperes), mas para sua potência exigem uma fonte muito exótica - uma bateria de 9 V, que, além disso, dura no máximo 30 ... 100 horas de operação do dispositivo . Parece especialmente estranho agora, quando as baterias de íons de lítio de vários dispositivos móveis são quase mais baratas do que as próprias baterias - baterias. Portanto, é natural que um verdadeiro radioamador tente adaptar as baterias para alimentar seu aparelho, e não procure periodicamente por baterias "antigas". Se considerarmos um multímetro convencional (e popular) como uma carga de baixa potência. M830, alimentado por um elemento do tipo "Korund", então para criar uma tensão de 9 V, são necessárias pelo menos 2-3 baterias conectadas em série, o que não nos convém, elas simplesmente não cabem dentro da caixa do aparelho. Portanto, a única saída é usar uma bateria e um conversor boost. Seleção da base do elemento A solução mais simples é usar um temporizador do tipo 555 (ou sua versão 7555 CMOS) em um conversor de pulso (conversores capacitivos não são adequados, temos muita diferença entre as tensões de entrada e saída). Um "plus" adicional deste microcircuito, ele possui uma saída de coletor aberto, além disso, uma tensão suficientemente alta capaz de suportar tensões de até +18 V em qualquer tensão de alimentação operacional. Graças a isso, é possível montar um conversor de literalmente uma dúzia de peças baratas e comuns (Fig. 1.6).
O pino 3 do chip é uma saída normal de dois estados, é usado neste circuito para manter a geração. O pino 7 é uma saída de coletor aberto que pode suportar aumento de tensão, portanto, pode ser conectado diretamente à bobina, sem um seguidor de transistor. A entrada de tensão de referência (pino 5) é usada para regular a tensão de saída. Princípio de funcionamento do aparelho Imediatamente após a aplicação da tensão de alimentação, o capacitor C3 é descarregado, a corrente através do diodo zener VD1 não flui, a tensão na entrada REF do microcircuito é 2/3 da tensão de alimentação e o ciclo de trabalho da saída pulsos é 2 (ou seja, a duração do pulso é igual à duração da pausa), o capacitor C3 carrega na velocidade máxima . O diodo VD2 é necessário para que o capacitor descarregado C3 não afete o circuito (não reduza a tensão no pino 5), resistor R2 "apenas no caso", para proteção. À medida que esse capacitor carrega, o diodo zener VD1 começa a se abrir ligeiramente e a tensão no pino 5 do microcircuito aumenta. A partir disso, a duração do pulso diminui, a duração da pausa aumenta, até que ocorra o equilíbrio dinâmico e a tensão de saída se estabilize em um determinado nível. O valor da tensão de saída depende apenas da tensão de estabilização do diodo zener VD1 e pode ser de até 15 ... 18 V em uma tensão mais alta, o microcircuito pode falhar. Sobre detalhes A bobina L1 é enrolada em um anel de ferrite. K7x5x2 (diâmetro externo - 7 mm, interno - 5 mm, espessura - 2 mm), aproximadamente 50 ... 100 voltas com um fio com diâmetro de 0,1 mm. Você pode pegar um anel maior, então o número de voltas pode ser reduzido, ou você pode pegar um indutor industrial com uma indutância de centenas de microhenries (µH). O microcircuito 555 pode ser substituído pelo analógico doméstico K1006VI1 ou pela versão CMOS 7555 - tem menor consumo de corrente (a bateria vai "durar" um pouco mais) e uma faixa de tensão operacional mais ampla, mas tem uma saída mais fraca (se o multímetro requer mais de 10 mA, pode não fornecer tal corrente, especialmente em uma tensão de alimentação tão baixa) e ela, como todas as estruturas CMOS, "não gosta" do aumento da tensão em sua saída. Recursos do dispositivo O dispositivo começa a funcionar imediatamente após a montagem, toda a configuração consiste em definir a tensão de saída selecionando o diodo zener VD1, enquanto um resistor de 3 kΩ (simulador de carga) deve ser conectado à saída em paralelo com o capacitor C3,1 (simulador de carga), mas não um multímetro! É proibido ligar o conversor com um diodo zener não soldado, então a tensão de saída será ilimitada e o circuito pode se "matar". Você também pode aumentar a frequência de operação reduzindo a resistência do resistor R1 ou do capacitor C1 (se ele operar em uma frequência de áudio, um guincho de alta frequência será ouvido). Se o comprimento dos fios da bateria for inferior a 10 ... 20 cm, um capacitor de fonte de alimentação de filtragem é opcional ou você pode colocar um capacitor com capacidade de 1 uF ou mais entre os pinos 8 e 0,1 do microcircuito. Desvantagens identificadas Em primeiro lugar, o dispositivo contém dois osciladores (um oscilador mestre do chip ADC - conversor analógico-digital do dispositivo, o segundo gerador do conversor) operando nas mesmas frequências, ou seja, eles afetarão um ao outro (batida de frequência ) e a precisão da medição se deteriorará seriamente. Em segundo lugar, a frequência do gerador do conversor muda constantemente dependendo da corrente de carga e da tensão da bateria (porque existe um resistor no POS - circuito de feedback positivo, e não um gerador de corrente), tornando impossível prever e corrigir sua influência . Especificamente para um multímetro, um oscilador comum para o ADC e um conversor com uma frequência de operação fixa seria o ideal. A segunda versão do conversor O circuito de tal conversor é um pouco mais complicado e é mostrado na Fig. 1.7.
Um gerador é montado no elemento DD1.1, através do capacitor C2 ele sincroniza o conversor e através de C5 - o chip ADC. Os multímetros mais baratos são baseados no ADC de dupla integração ICL7106 ou seus análogos (40 pinos, 3,5 caracteres no display), para cronometrar este microcircuito, basta remover o capacitor entre os pinos 38 e 40 (dessoldar sua perna do pino 38 e solde no pino 11DD1.1). Graças ao feedback através de um resistor entre os pinos 39 e 40, o microcircuito pode ser cronometrado mesmo com sinais muito fracos com uma amplitude de uma fração de volt, então sinais de 3 volts da saída DD1.1 são suficientes para sua operação normal . A propósito, desta forma é possível aumentar a velocidade de medição em 5 ... 10 vezes - simplesmente aumentando a frequência do clock. A precisão da medição praticamente não sofre com isso, piora em no máximo 3 ... 5 unidades do dígito menos significativo. Não é necessário estabilizar a frequência de operação para tal ADC, portanto, um oscilador RC convencional é suficiente para uma precisão de medição normal. Nos elementos DD1.2 e DD1.3, é montado um multivibrador de espera, cuja duração de pulso, usando o transistor VT2, pode variar de quase 0 a 50%. No estado inicial, em sua saída (pino 6) existe uma "unidade lógica" (alto nível de tensão), e o capacitor C3 é carregado através do diodo VD1. Após a chegada de um pulso negativo de disparo, a "ponta" do multivibrador, um "zero lógico" (baixo nível de tensão) aparece em sua saída, bloqueando o multivibrador através do pino 2 de DD1.2 e abrindo o transistor VT1 através do inversor em DD1.4 .3 Nesse estado, o circuito ficará até então até que o capacitor C5 seja descarregado - após o que o "zero" no pino 1.3 de DD2 "inclinará" o multivibrador de volta ao estado de espera (nesse momento C1 terá tempo para carregar e também haverá "1.1" no pino 1 de DD1), o transistor VT1 fechará e a bobina L4 será descarregada para o capacitor CXNUMX. Após a chegada do próximo pulso, todos os processos acima serão repetidos novamente. Assim, a quantidade de energia armazenada na bobina L1 depende apenas do tempo de descarga do capacitor C3, ou seja, da força de abertura do transistor VT2, o que o ajuda a descarregar. Quanto maior a tensão de saída, mais forte o transistor abre; assim, a tensão de saída é estabilizada em um determinado nível, dependendo da tensão de estabilização do diodo zener VD3. Para carregar a bateria, um conversor simples é usado em um estabilizador linear ajustável DA1. Você só precisa carregar a bateria, mesmo com o uso frequente do multímetro, apenas algumas vezes por ano, por isso não faz sentido colocar um regulador de comutação mais complexo e caro aqui. O estabilizador é ajustado para uma tensão de saída de 4,4 ... 4,7 V, que é reduzida em 5 V pelo diodo VD0,5.0,7 para valores padrão para uma bateria de íon de lítio carregada (3,9 ... 4,1 V) . Este diodo é necessário para que a bateria não seja descarregada através do DA1 offline. Para carregar a bateria, é necessário aplicar uma tensão de 1 ... 6 V na entrada XS12 e esquecê-la por 3 ... 10 horas. Com uma alta tensão de entrada (mais de 9 V), o chip DA1 fica muito quente, então você precisa fornecer um dissipador de calor ou diminuir a tensão de entrada. Como DA1, você pode usar estabilizadores de 5 volts KR142EN5A, EN5V, 7805 - mas, para amortecer o "excesso" de tensão, o VD5 deve ser composto de dois diodos conectados em série. Os transistores neste circuito podem ser usados em quase todas as estruturas npn, KT315B estão aqui apenas porque o autor acumulou muitos deles. KT3102, 9014, VS547, VS817, etc. funcionarão normalmente. Os diodos KD521 podem ser substituídos por KD522 ou 1N4148, VD1 e VD2 devem ser BAV70 ou BAW56 ideais de alta frequência. VD5 qualquer diodo (não Schottky) de potência média (KD226, 1N4001). O diodo VD4 é opcional, só que o autor tinha diodos zener de baixa tensão e a tensão de saída não atingiu o mínimo de 8,5 V, e cada diodo adicional em conexão direta adiciona 0,7 V à tensão de saída. A bobina é a mesma como no circuito anterior (100...200 µH). O esquema para finalizar a chave do multímetro é mostrado na fig. 1.8.
O terminal positivo da bateria é conectado ao anel central do multímetro, mas conectamos este anel ao "+" da bateria. O próximo anel é o segundo contato do interruptor e está conectado aos elementos do circuito do multímetro em 3-4 faixas. Essas trilhas do lado oposto da placa devem ser quebradas e conectadas entre si, assim como com a saída de +9 V do conversor. O anel é conectado ao barramento de força do conversor de +3 V. Assim, o multímetro é conectado à saída do conversor e, com a chave do multímetro, ligamos e desligamos a energia do conversor. Temos que enfrentar essas dificuldades devido ao fato de que o conversor consome alguma corrente (3 ... 5 mA) mesmo com a carga desligada, e a bateria descarregará com essa corrente em cerca de uma semana. Aqui desligamos o próprio conversor e a bateria dura vários meses. Um dispositivo montado corretamente a partir de peças que podem ser reparadas não precisa ser configurado, às vezes você só precisa ajustar a tensão com os resistores R7, R8 (carregador) e um diodo zener VD3 (conversor).
A placa tem as dimensões de uma bateria padrão e é instalada no compartimento apropriado. A bateria é colocada sob o interruptor, geralmente há espaço suficiente, você deve primeiro envolvê-la com várias camadas de fita isolante ou pelo menos fita isolante. Para conectar o conector do carregador na caixa do multímetro, é necessário fazer um furo. A pinagem para diferentes conectores XS1 às vezes é diferente, então você pode precisar modificar um pouco a placa. Para que a bateria e a placa conversora não fiquem "penduradas" dentro do multímetro, elas precisam ser pressionadas com algo dentro da caixa. Autores: Koshkarov A.P., Koldunov A.S.
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