Питание "запасного домашнего" мультиметра серии М-83х

Мультиметр, безусловно, является основным измерительным прибором радиолюбителя. Наиболее доступными, а значит, и наиболее популярными являются мультиметры серии М-83х и аналогичные. Они обеспечивают достаточную точность измерений, но имеют различные недостатки. О ненадёжности переключателя уже сказано немало, ещё одной проблемой этих мультиметров является источник питания — гальваническая или аккумуляторная батарея типоразмера 6F22, которая или дорога, или не очень надёжна, если дешёвая. Мультиметры серии М-83х можно отнести к "домашним", поскольку они имеют не совсем надёжную конструкцию, плохую герметичность и при падении легко выходят из строя. Поэтому в "поле" лучше брать мультиметры других типов, более приспособленные для этого.

В домашних условиях мультиметр, конечно, можно питать от сетевого источника, благо он всегда доступен. Но делать это нежелательно из-за того, что такое питание может сильно влиять на результаты измерений. Обусловлено это тем, что появляются дополнительные наводки и помехи, от которых трудно избавиться. Поэтому питать мультиметр следует всё-таки от автономного источника.

Кроме того, в лаборатории радиолюбителя зачастую имеется не один, а два или более мультиметров, которые числятся как "запасные". Некоторые большую часть времени лежат без движения, и только иногда и на короткое время возникает необходимость их применения. Держать в таких приборах батареи питания не всегда целесообразно, поскольку они всё равно теряют энергию. А если в мультиметре нет батареи питания, в домашней лаборатории он будет бесполезен.

Выходом из такой ситуации может быть питание мультиметра от накопителя энергии, который можно быстро зарядить и который обеспечит его работу в течение нескольких минут или десятков минут. В качестве такого накопителя можно использовать конденсаторы большой ёмкости — ионисторы. Поскольку ток, потребляемый мультиметром, невелик, их зарядки может хватить на несколько минут или десятков минут непрерывной работы. Зарядить ионисторы можно сравнительно быстро от источников питания напряжением 5 В, которые имеются на рабочем столе радиолюбителя. Это и лабораторные блоки питания с USB-гнездом, различные аккумуляторы (Power bank) и т. д. Такое питание на первый взгляд может показаться странным и неудобным, но, с другой стороны, при этом не требуется замена источника питания, к тому же зарядить ионисторы можно быстро, а источник питания в лаборатории всегда под рукой, и не только в лаборатории.

Схема источника питания для "запасного домашнего" мультиметра показана на рис. 1. В исходном состоянии ионисторы разряжены и подключены последовательно. После подачи напряжения 5 В сработает реле, подключит ионисторы параллельно и начнётся их зарядка через диод VD1. После отключения напряжения 5 В зарядившиеся до напряжения около 4,8 В ионисторы будут включены последовательно, так сформируется питающее напряжение 9,6 В для питания мультиметра. По мере разрядки ионисторов напряжение на них будет уменьшаться и когда достигнет около 7 В, на ЖКИ мультиметра появится надпись "ВАТ" и дальнейшие измерения проводить не рекомендуется.

В режиме измерения напряжения или тока продолжительность непрерывной работы мультиметра достигает 12... 15 мин. После этого следует зарядить ионисторы. Зарядки в течение 10 с хватает на одну минуту работы, а зарядки в течение одной минуты — на пять минут работы. Для полной зарядки требуется большее время. Через сутки после полной зарядки продолжительность работы составила Эмин.

В устройстве применены малогабаритное поляризованное реле и ионисторы с внутренним сопротивлением около 10 Ом, поэтому опасаться короткого замыкания источника напряжения с USB-гнездом не следует. Если полярность внешнего напряжения перепутать, диод не пропустит это напряжение на ионисторы.

Все элементы размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1 мм, её чертёж показан на рис. 2. Применены ионисторы серии SG или SD фирмы Panasonic [1] на номинальное напряжение не менее 5,5 В с аксиальными выводами, но, конечно, можно применить и другие, только следует учесть, что для ионисторов с малым внутренним сопротивлением, например серии HW, потребуется установка одного или нескольких токоограничивающих резисторов сопротивлением около 55 Ом и мощностью 2 Вт. Реле EA2-5NJ [2] можно заменить любым малогабаритным с номинальным напряжением обмотки 5 В и двумя контактами на переключение с допустимым током не менее 1 А. Диод может быть любой выпрямительный Шоттки с допустимым током не менее 1 А. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.

В принципе, заряжать ионисторы можно сколь угодно долго, поскольку их перезарядки не произойдёт. Продолжительной будет только первая зарядка или зарядка после длительного периода бездействия, когда ионисторы полностью разряжены. Но при зарядке потребляемый ток, независимо от степени зарядки ионисторов, идёт не только через них, но и через реле. Чтобы после зарядки ток через реле не протекал, а это важно при использовании, например Power bank, диод можно заменить транзистором, как это показано на схеме рис. 4.

Здесь применён транзистор с допустимым током базы 1 А. Зарядный ток ионисторов протекает через базу, что вызывает открывание транзистора и срабатывание реле. По мере зарядки базовый ток плавно уменьшается, и в определённый момент коллекторный ток транзистора станет меньше тока удержания реле, и его контакты вернутся в исходное состояние.

Чертёж печатной платы этого варианта устройства показан на рис. 5. Здесь можно применить транзистор средней мощности структуры р-п-р с допустимым током базы 1 А и более. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 6. Плату размещают в батарейном отсеке (рис. 7) и для подключения к мультиметру снабжают колодкой от "Кроны".

Как сказано выше, для зарядки ионисторов удобно использовать источник питания напряжением 5 В, снабжённый USB-гнездом. Поэтому потребуется изготовить кабель-переходник для подключения к плате устройства, а в мультиметре установить гнездо. Для гнезда и кабеля использованы вилки и гнёзда от разъёмов серий PLD и PLS. Схема кабеля показана на рис.-8. Здесь использованы трёхконтактная вилка и гнездо для того, чтобы при любом варианте подключения полярность напряжения была правильной. Для изготовления кабеля можно применить USB-кабель от неисправной компьютерной мыши, возможный внешний вид кабеля показан на рис. 9, а держать его можно в коробке с принадлежностями мультиметра. Гнездо удобно разместить на крышке корпуса мультиметра, сделав для этого прямоугольное отверстие (рис. 10). Следует учесть, что кабель от мыши имеет сравнительно большое сопротивление, что может сказаться на продолжительности зарядки ионисторов.

Продолжительность работы можно увеличить, применив ионисторы с большей ёмкостью или включив по два параллельно. Тогда продолжительность работы, а также зарядки увеличится вдвое. По сравнению устройств с транзистором и диодом, продолжительность работы оказалась больше во втором случае. Обусловлено это тем, что с диодом ионисторы заряжаются до большего напряжения, чем с транзистором.

Чертежи печатных плат в формате Sprint Layout размещены по адресу http://ftp.radio.rU/pub/2021/11/pit.zip