Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем Кашкаров Андрей
Рис. 2.20. Внешний вид платы ЭПРА (электронного балласта) из обычной энергосберегающей лампы с цоколем Е27
При разборе перегоревшей энергосберегающей лампы хотел бы предостеречь об опасности разбивания (нарушения целостности) стекла колбы: внутри стеклянной трубки – ртуть, которая имеет свойство накапливаться в организме и вредит ему (опасна для человека). Но если стекло не повреждено – опасности нет.
Долговременность работы (и, косвенно, надежность лампы) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха. К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).
Очевидно также, что применение таких ламп на улице, для освещения придомовой территории и подсобных помещений, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в условиях суровых зим, поэтому сегодня для уличного освещения применяют экономичные светодиодные, а также «не энергосберегающие» ртутные и натриевые лампы. Бесспорным плюсом можно считать лишь то, что энергосберегающие лампы пожаробезопасны относительно ламп накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.
В качестве электронных ключей (усилителей тока) в балластах небольшой мощности (до 15 Вт) применяются мощные биполярные транзисторы (они видны на рисунке 2.20 в центре печатной платы и сразу справа от высокочастотного трансформатора) с минимальным уровнем потерь мощности (до 0,5 Вт на транзистор). Это транзисторы BUL45D2, BUL38D, BUL39D, MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009. Мощные биполярные транзисторы типа MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 (последние – фирмы Motorola) выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE могут присутствовать в маркировке транзистора символы ST, PHE, KSE, HA и другие.
Типичная неисправность ЭПРА заключается в том, что если эксплуатировать такой светильник даже с лампой небольшой мощности (8 Вт) для подсветки аквариума в режиме 12 часов в сутки, то он выходит из строя через полгода-год эксплуатации. А между тем и ЭПРА, и сами энергосберегающие лампы могли бы служить дольше…
2.4.1. Восстановление перегоревших энергосберегающих ламп
Как правило, большинство перегоревших энергосберегающих ламп «больше не зажигаются» из-за перегорания одной или обеих разогревающих нитей (накала) – контакты на торцах стеклянной трубки; такую неисправность можно выявить обычной «прозвонкой» с помощью тестера. Но на практике они перегорают не одновременно.
С большой вероятностью можно утверждать, что часто перегорает одна из спиралей (нитей) накала.
Установив обрыв тестером, на плате электронного балласта – ЭПРА надо замкнуть контакты, идущие к неисправной спирали (поскольку в электрической схеме нити накала энергосберегающей лампы соединены последовательно), и лампу, и балласт, подав питание, можно использовать дальше в течение довольно длительного времени, что также экономит семейный бюджет.
2.4.2. Устранение других неисправностей
Недостатком ЭПРА является наличие сквозных токов через силовые транзисторы. Во время работы транзистор периодически открывается одновременно с началом закрывания второго открытого транзистора в момент насыщения трансформатора. Поскольку открывание транзистора происходит быстрее, чем его закрывание, в переходный момент времени (длительностью примерно 1 мкс) оба транзистора, включенные в разные плечи моста ЭПРА, оказываются открытыми. Ограничительные резисторы в эмиттерных цепях транзисторов MJE13003 (и аналогичных) защищают их, но, как показала практика, не всегда. Устанавливать же вместо транзисторов MJE13003 другие возможные аналоги с малым сопротивлением насыщения, более мощные, к примеру MJE13007, нецелесообразно, так как такая замена скажется на надежности устройства в еще худшую сторону.
Я сталкивался и с другими типичными неисправностями ЭПРА:
1. Выход из строя одного (или обоих) ключевых транзисторов типа MJE13003. Пробой транзисторов влечет за собой пробой двух из четырех элементов выпрямителя, реализованного на диодах типа 1N4007.
2. Пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора, установленного в схеме для фильтрации питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в данном случае порядка 200 В, емкость в диапазоне 2–6 мкФ.
Китайский производитель (VITO, Ferron и другие) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь о температурном режиме и надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве ЭПРА в качестве высоковольтного фильтра питания (установлен параллельно), поэтому должен быть высокотемпературным (105 °C).
При цене светильника в 200 рублей (вместе с ЭЛ, отдельно она стоит от 20 до 50 руб.) проще заменить его полностью, купив такой же новый, нежели выкраивать время для поездки в магазин радиотоваров, покупать оксидный конденсатор соответствующего номинала за 50 рублей, ехать домой, тратить время на ремонт.
Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе, 250–400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает».
Что можно рекомендовать?
Транзисторы MJE13003 рассчитаны на максимальное напряжение Umax=400 В, максимальный постоянный ток коллектора Zmax k=1,5 А, максимальный импульсный ток коллектора =3 А, напряжение насыщения коллектор-эммитер инкэ=5 В. Ток, потребляемой энергосберегающей лампой мощностью 8 Вт, составляет 180 мА. Поэтому очевидно, что транзисторы данного типа выходят из строя не от теплового пробоя, а в момент зажигания лампы, при импульсном броске тока.
Гораздо лучшей заменой в данном случае, обеспечивающей запас надежности ЭПРА, или электронного балласта, является замена данных транзисторов на (как ни странно) отечественные аналоги КТ8175А, КТ8181А, КТ8182А, КТ8108А, КТ8136А, КТ859АМ1. Особенно рекомендую замены КТ8108А, КТ8136А, так как эти мощные биполярные транзисторы заметно превосходят устанавливаемые в ЭПРА производителем MJE13003 по всем важнейшим электрическим характеристикам (см. выше).
Вышедшие после пробоя транзисторов диоды выпрямителя типа 1N4007 можно заменить такими же или аналогичными по электрическим характеристикам, например, отечественными диодами КД105В, КД105Г.
Что сделать, чтобы восстановить «перегоревшую» энергосберегающую лампу? Как уже было отмечено выше, важной и полезной отличительной чертой энергосберегающих ламп относительно «старых» ламп накаливания считается то, что первые будут работать и при обрыве нити подогрева (накала). Главное, что необходимо для зажигания газа внутри лампы, – это относительно высокое напряжение – 200–300 В.
На рисунке 2.21 представлена электрическая схема ЭПРА (электронного балласта) светильника для энергосберегающей лампы (11 Вт), которой можно заменить неисправный ЭПРА (если вы не сумели его восстановить приведенным выше простым способом); такой схемы также достаточно для подсветки в салоне автомобиля и в сумерки на природе. Устройство пригодится везде, где отсутствует сетевое напряжение 220 В.
Рис. 2.21. Электрическая схема преобразователя
Схема проста в повторении и содержит минимум деталей.
Принцип работы устройства. Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов, реализованного на популярном таймере КР1006ВИ1. Микросхема включена по стандартной схеме автогенератора; частота импульсов – около 30 кГц.
На выход микросхемы D1 нагружен мощный полевой транзистор, работающий в ключевом режиме и повышающий трансформатор. Транзистор открывается с каждым положительным фронтом импульсов с выхода микросхемы D1. В качестве Т1 используется промышленно изготовленный трансформатор HDBKEE2201A. Вместо указанного на схеме типа Т1 можно применить другой, с аналогичными электрическими характеристиками. Первичная обмотка должна меть сопротивление постоянному току 110–300 Ом, а вторичная обмотка– соответственно 12–15 Ом. Соотношение сопротивления обмоток 1:20. Можно подбирать трансформатор для этой схемы по другому пути.
О деталях и налаживании. Среди трансформаторов на рабочее напряжение 220 В нужно выбрать ток, который на вторичной понижающей обмотке без нагрузки выдаст переменное напряжение 6–8 В.
Потребляемый от источника питания ток не превышает 200 мА. Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,5, конденсаторы С1 – типа К50-29, С2, С3 – типа КМ, С4 – марки КБП-Ф или К73-11.
Схема в настройке не нуждается, и при исправных элементах и правильном монтаже устройство начинает работать сразу. В процессе эксплуатации трансформатор Т1 будет издавать тихий свист и может нагреваться до температуры 30–40 °C.
Паять полевой транзистор VT1 следует, соблюдая меры предосторожности; пайка каждого вывода – не более 2 с; паяльник необходимо заземлить.
Элементы схемы монтируются на макетной плате. Напряжение питания схемы (11–14 В) подключается через разъем типа РП10-5 или аналогичный.
2.5. Бесконтактный сигнализатор для двери типа «купе»
Для контроля открывания двери шкафа-купе, установленного в квартире, я использовал несложную электрическую схему устройства, позволяющего контролировать состояние охраняемого объекта на расстоянии до 1 м посредством отраженного инфракрасного (далее – ИК) луча (схема представлена на рисунке 2.22).
2.5.1. Принцип действия устройства
Принцип действия устройства прост. Когда световой поток, излучаемый светодиодом HL1, отражается от объекта и попадает на фотоприемник, электронный узел, реализованный на 2 микросхемах – компараторе КР1401СА1 и таймере КР1006ВИ1, вырабатывает управляющий сигнал. Он открывает транзистор VT1, включенный в режиме усилителя тока; параллельно шунтирующему резистору R9 подключается устройство сигнализации (на схеме не показано, поскольку им может быть почти любое устройство сигнализации).
Рис. 2.22. Электрическая схема устройства
Мощность зависит от электрических характеристик транзистора VT1; к примеру, слаботочное электромагнитное реле, звуковой капсюль с встроенным генератором НЧ.
Источник ИК-излучения – диоды HL1, HL2, соединены параллельно для усиления светового потока, и ИК-приемник – 2 параллельно соединенных фотодиода ФД263-01 (последние смонтированы в одной плоскости, рядом друг с другом на расстоянии 4–5 см).
Фоточувствительные (рабочие) поверхности расположены в одном направлении и на одной линии. Напротив них на подвижной двери (дверь открывается горизонтально, как купе) на расстоянии до 1 м от стены с ИК-датчиками надежно закрепляется плоский участок зеркальной поверхности (обрезанное бытовое зеркало размерами 10x10 см).
ИК-диоды HL1, HL2 подключены к источнику питания и включены постоянно. Совмещение зеркала и плоскости приемника-передатчика происходит не всегда, а только в момент перемещения двери в горизонтальной плоскости, когда ее смещают при открывании-закрывании; таким образом, зеркальная поверхность в определенный момент отражает (возвращает) посланный ИК-пере-датчиком луч.
Важно понимать, что только в момент перемещения (открывания-закрывания) двери охраняемого объекта зеркало отражает луч излучателя и возвращает его.
Два фотоприемника (фотодиода) подключены параллельно также для обеспечения высокой чувствительности узла к световому потоку.
Рабочие поверхности диодов ФД263 прикрыты изолированными от света трубками, чтобы защитить чувствительные поверхности от воздействия естественного света и электрического освещения (в зоне действия устройства). Чувствительность узла в широких пределах регулируется переменным резистором R4.
При отсутствии отраженного светового потока (обычное состояние – дверь купе или открыта, или закрыта) сопротивление фотодиодов VD1 и VD2 велико, и напряжение на неинвертирующем входе (вывод 6 компаратора D1) имеет низкий потенциал.
Одновременно с этим на выходе компаратора (вывод 1 D1) будет присутствовать высокий уровень напряжения.
Таймер D2 находится в состоянии ожидания: на выходе (вывод 3 D2) напряжение близко к нулю. Транзистор VT1 закрыт; его переход эмиттер – коллектор имеет большое сопротивление, и напряжение питания не поступает на (предполагаемое на схеме рис. 2.22) устройство сигнализации.
Когда дверь-купе в движении, фотодиоды в определенный момент времени принимают отраженный световой сигнал. Длительность этого момента не принципиальна, так как для запуска таймера, реализованного на микросхеме КР1006ВИ1, достаточно импульса длительностью даже в 1 мс.
На входе 6 компаратора D1 разность потенциалов увеличивается (сопротивление фотодиодов резко уменьшается), а на выходе компаратора (вывод 1) на время действия момента прохождения отраженного ИК-излу-чения устанавливается напряжение низкого уровня. Этот отрицательный фронт импульса через конденсатор С1 (отсекающий постоянную составляющую напряжения) попадает на вход запуска таймера (вывод 2). Таймер D2 запускается и вырабатывает выходной импульс положительной полярности и определенной длительности на выводе 3 D2. Этот импульс, в свою очередь, транзистор VT1, включенный как усилитель тока – токовый ключ, и в электрической цепи, подключенной параллельно резистору R9 электронной сигнализации, течет ток. Звучит сирена или включается реле.
Длительность выходного импульса зависит от сопротивления переменного резистора R5 и может варьироваться от нуля до нескольких минут при постоянной емкости конденсатора С2 (его емкость – 1 мкФ).
Время задержки выключения можно продлить, увеличив емкость конденсатора С2 до 100 мкФ. Более этого значения увеличивать емкость не следует, так как на практике узел теряет стабильность во временных интервалах.
По окончании времени действия таймера микросхема D2 переходит в исходный режим ожидания и снова запустит таймер при поступлении отрицательного фронта импульса на вход запуска – вывод 2 D2.
2.5.2. О налаживании
При правильном монтаже и исправных элементах устройство начинает работать сразу после сборки. Перед первым включением узла установите движки переменных резисторов в среднее положение. Незначительная настройка заключается в установке чувствительности (изменение порога срабатывания) компаратора D1. Это достигается изменением сопротивления переменного резистора R4. Данный процесс регулировки выполняется при закрепленных в корпусе устройства ИК-датчиках, установке устройства на стену помещения и отражательного зеркала – в месте соответственно его установки – на подвижной двери купе.
Чувствительность устройства необходимо увеличить перемещением движка переменного резистора R4.
Определенные трудности на практике могут возникнуть, только если при появлении отраженного сигнала (при перемещении двери-купе) сигнализация не включается или включается нестабильно. Это говорит об удаленности двери с участком зеркала от фотодатчиков (распылении ИК-излучения в пространстве).
При ложных срабатываниях, вызванных включением электрического освещения в месте установки датчиков или при воздействии прямых солнечных лучей, чувствительность прибора придется уменьшить.
Ложные срабатывания могут иметь место, если в помещениях не предусмотрены шторы на окнах. Однако данные предупреждения актуальны только при очень ярком постороннем свете. В интерьерах обычной городской квартиры с окнами, зашторенными на 1/4, в которых устройство испытано в марте 2013 года, устройство показало хорошую работоспособность.
Переменным резистором R5 регулируется длительность звучания сигнализации (установка времени действия таймера). При необходимости установки максимальной длительности в несколько минут этот резистор заменяется постоянным – сопротивлением 91-150 кОм.
2.5.3. О деталях
Электролитические (оксидные) конденсаторы типа К50-29, К50-35 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 16 В. Конденсатор С1 любой неполярный; с его емкостью можно экспериментировать в пределах 0,1–1 мкФ.
Переменные резисторы типа СП5-1ВБ – с линейной характеристикой.
Все постоянные резисторы, кроме R1, типа МЛТ-0,125.
R1 мощностью выше 0,5 Вт. Вместо транзистора VT1 применяются приборы КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом.
Если в качестве устройства сигнализации предполагается относительно мощная нагрузка, то между эмиттером VT1 и общим проводом включают электромагнитное реле, рассчитанное на напряжение питания устройства. Контакты реле в этом случае будут коммутировать более мощную нагрузку.
Напряжение питания схемы стабилизированное в диапазоне 10–13 В (в более широких диапазонах не испытано).
В качестве сигнализации резонно применять любые подходящие электронные устройства – с током потребления до 0,5 А. Это ограничение обусловлено электрическими параметрами транзистора VT1. В авторском варианте данный транзистор применяется без теплоотвода.
Все неиспользуемые выводы компаратора D1 в целях стабильной и помехоустойчивой работы соединяются с общим проводом.
Вместо микросхемы КР1401СА1 можно применить приборы К1401СА1, КР1101СА2, КБ1401СА1-4 без изменений в монтаже.
Зеркала для отражения сигнала взяты от детского набора.
Устройство нашло применение для сигнализации открывания двери шкафа-купе и имеет теперь большой смысл. Раньше в шкаф «беспардонно» заходило стадо хозяйских котов (состоящее из двух хитрых представителей свого рода), научившись «откормленными» мордами и лапами отодвигать двери шкафа, насыщенного одеждой. Делая так, коты преследовали определенный умысел: обильно покушав, они достигали затемненного и «теплого» места на полке шкафа, выбрасывая с нее белье и устраиваясь своими кошачьими телами с некоторым участием совести. Теперь звуковая сигнализация отпугивает их или хотя бы обозначает «тревогу», чтобы я или кто-нибудь из домашних вовремя выгнал котов, и обезопасил одежду в шкафу.
2.6. Устройство для фильтрации питьевой или аквариумной воды
В аквариумы необходимо периодически подавать воздух и осуществлять фильтрацию воды. На моей практике только самые живучие из семейства карповых – караси смогли жить три года в аквариуме, установленном в деревенском доме без фильтрации воды и принудительной подачи воздуха; они только «похудели». Все остальные, особенно декоративные теплолюбивые рыбы, привыкли жить в комфортных условиях, организованных пусть даже и в неволе. Однако нет необходимости в постоянной работе фильтров. Это устройство предназначено для автоматического управления фильтром-компрессором в аквариумах.
Полный цикл работы устройства составляет 3 световых дня.
Рассмотрим работу электрической схемы (рис. 2.23).
Рис. 2.23. Электрическая схема устройства
Солнечный свет попадает на фотодиоды VD1-VD3, обращенные к окну и защищенные от воздействия электрического света, исходящего из помещения. Формирователь импульсов на микросхеме D3 выдает на выходе (вывод 3) напряжение высокого логического уровня.
Этот положительный импульс длительностью один световой день поступает на вход схемы делителя на 3, реализованной на микросхеме D2. Таким образом, компрессор-фильтр (нагрузка) находится в активном (включенном) состоянии один световой день из трех. Это позволяет полностью автоматизировать функцию фильтрации и подачи воздуха в аквариум и экономить ресурс фильтра-компрессора.
На миросхеме D1 собран электронный узел автоматического обнуления делителя импульсов. При подаче питания на схему на выходе D1 формируется импульс сброса с большой длительностью и крутым фронтом (сигнал логической «1»), который после заряда оксидного конденсатора С1 перейдет в состояние «0».
На логической микросхеме D1 К176ЛП1 реализован триггер Шмитта. Пороги включения и отключения триггера соответственно +6 и +3 В.
Как только произойдет обнуление, счетчик на микросхеме D2 начнет считать импульсы, поступающие на входы С. Триггеры микросхемы К561ТМ2 переключаются по положительному перепаду на тактовом входе С.
В первый момент времени на выходе элемента D2.2 низкий логический уровень. Второй пришедший импульс перебрасывает выход триггера (вывод 12 D2) с «нулевого» логического состояния в «единицу».
После того как счетчик внутри микросхемы D2 досчитает до 3, на ее выходе (микросхемы D2) снова установится низкий логический уровень, и все повторяется снова циклически (см. диаграмму внизу рис. 2.23).
Выход делителя подключен к усилителю тока, реализованному на транзисторном ключе VT1. Этот ключ – усилитель тока управляет реле К1, которое срабатывает от приложенного напряжения 10–12 В. Реле коммутирует нагрузку – компрессор-фильтр в цепи осветительной сети 220 В.
О настройке, деталях и особенностях устройства.
Устройство, реализованное на цифровых микросхемах и популярном таймере, не требует настройки.
Переменный резистор R2 регулирует оптическую чувствительность.
Применение 3 фотодиодов, подключенных параллельно, обеспечивает стабильную работу устройства в любых (городских или сельских) условиях.
Вместо фотодиодов типа ФД8К можно применить один фоторезистор ФСК-1 или СФЗ-3. Со стороны жилого помещения необходимо оптически изолировать фотодатчики от искусственного освещения.
Глава 3
Электронные устройства-помощники из готовых конструкций
В главе приведены практические рекомендации простого ремонта и усовершенствования, некоторые готовых конструкций.
3.1. Как быстро восстановить аналоговые мультиметры 7001, 7002 и YX-360TRD после их типичной неисправности
Небольшие по размеру, компактные стрелочные (аналоговые) мультиметры, несмотря на распространенность цифровых мультиметров с 7-сегментным жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), до сих пор пользуются популярностью у радиолюбителей. Причем, набравшись смелости, можно сказать, что приверженцев радиотехнических измерений с помощью стрелочных тестеров становится все больше. Причины ясны и лежат, что называется, на поверхности явления: стрелочный прибор лучше подходит для визуального наблюдения изменения параметров, к примеру, меняющегося уровня напряжения, в то время как цифровой (в зависимости от модели и производителя) не может оперативно представлять относительно точно динамику изменения напряжения в цифрах на дисплее. Разумеется, есть очень качественные и профессиональные цифровые мультиметры или даже осциллографы в компактном исполнении, с помощью которых эта задача динамического контроля параметров вполне решаема. Но в книге речь пойдет не о них, а о доступных обычных радиолюбителю (по цене) мультиметров «бюджетного» диапазоне – до 1000 рублей.
Среди таких приборов сегодня, на мой взгляд, особой популярностью пользуются несколько: это стрелочные тестеры 7001 и 7002 и прибор YX-360TRD (все эти модели показаны на рисунках 3.1 и 3.2).
Рис. 3.1. Внешний вид мультиметра YX-360TRD
Рис. 3.2. Внешний вид аналоговых мультиметров 7001 и 7002
Все они обеспечивают сопоставимо один и тот же набор функций измерения параметров – постоянного и переменного тока, постоянного и переменного напряжения, сопротивлений электрическому току, имеют нейтральное положение переключателя «off», препятствующее самопроизвольному разряду элементов питания. Причем устройства YX-360TRD и 7001 имеют такую особенность: у щупов нет разъемов, то есть они постоянно подключены в корпусе прибора к измерительной схеме. 7001 и 7002 имеют один элемент питания типа АА, а YX-360TRD – два элемента, включенные последовательно; эквивалентное напряжение – 3 В.
Такая конструкция имеет как положительные, так и отрицательные качества (особенности). Также из различий можно отметить то, что тестер YX-360TRD рассчитан также и на измерение емкости в диапазоне 0– 10 мкФ (проверку конденсаторов), а аналоговые тестеры 7001 и 7002 имеют свою особенность в сравнении с YX-360TRD – они могут быстро индицировать по специальной шкале уровень заряда аккумулятора (1,2 В и 9 В) или «годность» элемента (батареи напряжением 1,5 В и 9 В – нижняя шкала на рисунке 3.2), что также является удобной функцией, когда надо быстро отбраковать вышедшие из строя элементы или установить на новый зарядной цикл аккумуляторы, нуждающиеся в оном. На рисунке 3.3 представлен вид с открытым корпусом тестера YX-360TRD. На рисунке 3.4 тот же вид для устройства 7001.
Рис. 3.3. Вид с открытым корпусом тестера YX-360TRD
Рис. 3.4. Вид с открытым корпусом тестера 7001
По целому ряду характеристик это непритязательные, портативные инструменты для использования дома, на производстве, в автомобиле и везде, где есть электричество (есть что измерить).
Отличительная особенность этих приборов – малый вес, безопасность от сотрясения (модели 7001 и YX-360TRD «спрятаны» в особый, дополнительный корпус, предохраняющий от возможных ударов, падений) и компактные размеры, благодаря которым их и окрестили карманными.
Вышеперечисленные приборы-помощники радиолюбителя разработаны однотипно; отличия между ними незначительные, поэтому, возможно, и причина выхода из строя одна и та же. Об этом – главном – направлении моей статьи и пойдет речь далее.
Такие простые устройства не содержат схемы защиты от перегрузок, и если пользователь по неосторожности замерит напряжение осветительной сети 220 В 50 Гц в режиме измерения постоянного напряжения с пределом 50 В, то тестер выходит из строя. То же касается и спровоцированной невнимательностью неисправности, когда большой уровень переменного напряжения замеряют в режиме контроля сопротивления постоянному току.
Рассмотрим предлагаемый мною вариант устранения неисправности мультиметров 7001 и 7002, которые (после простого ремонта) до сих пор работают надежно и без сбоев.
Итак, на «незатейливых» печатных платах имеется «набор» дискретных элементов и переключатель режимов работы. Но главное – все рассматриваемые аналоговые тестеры снабжены абсолютно бесполезным предохранителем, рассчитанным на ток 0,15 А. Бесполезным потому, что при перегрузках (о них речь шла выше) предохранитель сгорает позднее, чем один из дискретных элементов или вообще сам стрелочный прибор (проверено на практике).
Но поскольку самая распространенная в моей практике (и по отзывам специалистов – вообще) неисправность – выход тестера из строя при измерении переменных напряжений в режимах измерения постоянных напряжений, тока или сопротивления электрическому току, то практикой установлена и главная деталь, подверженная ^восстанавливающейся неисправности – полупроводниковый диод с обозначением на плате 7001 «2АР10» или совсем без обозначения, если речь идет о плате тестера YX-360TRD и его разновидностей (которых тоже хватает).
На рисунке 3.5 представлен вид на диод в аналоговых тестерах 7001 и 7002, подлежащий замене.
Рис. 3.5. Вид на диод в аналоговых тестерах, подлежащий замене
И в том, и в другом случае полупроводниковый диод на плате тестеров можно заменить на КД521-КД522 с любым буквенным индексом. После такой замены некорректности показаний тестера я не заметил, с учетом того, что со «штатным» диодом класс допуска отклонений показаний таких моделей невелик, поскольку предназначены они в первую очередь для удовлетворения простых надобностей в измерениях (не сравнишь даже с Ц4317, некогда популярным среди моих коллег). С учетом рекомендаций данной статьи практикующему радиолюбителю больше нет необходимости тратить время (которое сегодня ценнее всего) на анализ ситуации и поиск неисправностей, поскольку системная неисправность описанного модельного ряда тестеров (и метод ее устранения) выявлена практикой.
Из-за невысокой стоимости я приобрел (в разное время) все описываемые аналоговые тестеры и сегодня могу не только сравнивать их параметры и практическую эффективность, в том числе точность, на примере одних и тех же измерений, но и рекомендовать способ локализации простой неисправности тестера, без устранения которой прибор становится попросту бесполезен. И даже при стоимости 400–700 рублей жалко было хранить его без пользы.
Фантазия активно практикующего радиолюбителя может подсказать и другие варианты усовершенствований популярных стрелочных тестеров. В отличие от столь же дешевых, но цифровых «собратьев» модельного ряда М830 или 838, питающихся от батареи 6F22 типа «Крона», рассмотренные стрелочные служат намного дольше по времени (не прекращают работу от одного источника питания до его замены).
В схемах, где питание мультиметров организовано от батареи типа «Крона» (ее хватает ненадолго: 72–80 часов в непрерывном режиме индикации), при снижении энергоемкости элемента питания 6F22 показания заметно искажаются. В то время как рассмотренные 7001, 7002 и аналогичные работают по году и более даже в режиме активных (частых) измерений.
3.2. Источники питания и разъемы для рабочего уголка универсального назначения
Многие автолюбители рано или поздно сталкиваются с тем, что количество девайсов, подключаемых в машине, растет как снежный ком и приводит к громоздкой конструкции из разных переходников и разветвителей. Неудобно, некрасиво, пожароопасно.
Со временем многие приходят к выводу, что идеальный вариант – это готовый преобразователь 125 В с несколькими клеммами, чтобы его можно было спрятать под торпедой, а провода развести куда нужно. И начинают искать варианты, как это сделать, разной степени трудоемкости, стоимости и мощности.
Действительно, кому же нужна «штука», которая втыкается в прикуриватель? И не нужна «штука» с несколькими USB портами; в большинстве случаев – для рабочей лаборатории, рабочего стола как места для экспериментов, ремонта электронной техники – наиболее удобны клеммы, чтобы можно было провода подключить напрямую – без дополнительных разъемов.
Самым оптимальным для меня оказался DC/DC преобразователь PW0530K с клеммой (рис. 3.6.).
Рис. 3.6. Внешний вид моего «уголка», отведенного под источники питания различной мощности, напряжения и предназначения
Данный импульсный источник питания снабжен светодиодным индикатором работы и имеет защиту от перегрузок по току.
Причем можно выбрать преобразователь нужной мощности, так как в широком доступе продаются изделия мощностью от 15 до 350 Вт. С теми же преимуществами удобен и другой имеющийся у меня в наличии преобразователь – DC/DC Mean Well SD-50A-5 (серия SD) и многие другие аналогичные.
Плюсы такого решения очевидны: готовое заводское изделие проверенного бренда (а не самоделка, спаянная на коленке), цена, широкий выбор по мощности, комплекс встроенных защит (от короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения, защита от перегрева у моделей SD-350), а также встроенный фильтр помех (что весьма актуально для устройств предназначенных к использованию в автомобильной сети) – все это делает работу радиомастера наиболее удобной и эффективной.
«Обставив» такими источниками питания рабочий стол, можно работать с устройствами универсального назначения, питающимися от широкого диапазона напряжений (постоянного тока). Причем это не только мнение автора по наболевшей проблеме, но и довольно массовая позиция радиолюбителей, высказанная на форумах.
Один из альтернативных вариантов – применение импульсного источника питания Mean Well SD-50A-5 – в радиолюбительских разработках также позволяет реализовать принцип «приобрел и подключил».
Устройство рассчитано на переменное входное напряжение в диапазоне 85-265 В. Выходное напряжение – 5 В с возможностью регулировки. Максимально возможный выходной ток (до срабатывания внутренней защиты) – 3,2 А. КПД источника питания – 74 %.
В моей мастерской этот источник питания работает второй год, что позволяет сказать о нем как о надежном устройстве, обладающем к тому же малыми (79x51x28 мм – длина, ширина высота) размерами корпуса, минимальным числом внешних пассивных элементов «обвязки» и, что немаловажно, возможностью регулировки напряжения в широком диапазоне значений.
Так, на передней панели имеется доступ к движку подстроечного резистора с обозначением на корпусе ADJ. Регулировка выходного напряжения осуществляется в диапазоне 2,0–6,5 В, что весьма удобно для домашней лаборатории, в которой проводятся испытания самодельных конструкций с питанием 3,3; 3,7; 5 и 6 В.
Для наглядности скажу, что именно с помощью такого источника очень удобно проверять, настраивать и ремонтировать сотовые телефоны (номинальное напряжение аккумлятора 3,7 В) и сигнализации на основе GSM-модулей, к примеру, превышение напряжения питания которой свыше 5 В может привести к невосстанавливаемой потере довольно дорогостоящего устройства.
Что касается разъемных соединений вообще, то это отдельная, но не менее важная тема в современных реалиях. Дело в том, что редкий промышленный разъем, который сегодня можно приобрести в готовом виде, безусловно, удовлетворит требованиям радиолюбителя и тем более – мастера.
3.2.1. Недостатки и предложения по выбору/ улучшению разъемных соединений в электрической цепи
Из недостатков отмечу небольшую длину проводки от основного разъема до разъемов-наконечников (длина 20–25 см вряд ли кого вполне устроит), слабое качество самих «китайских» разъемов, не выдерживающих активной эксплуатации (механические части ломаются даже до ста циклов соединений/разъединений контактных групп), невысокая вариативность различных по назначению разъемов в промышленных «жгутах с разъемами» (наверное, это логично и сделано для того, чтобы люди чаще тратили деньги на разные разъемы), качество самих проводов (или слишком малое сечение, не позволяющее использовать удлинители-разъемы при больших токах в нагрузке, или недостатки в качестве провода, связанные с тем, что при температуре уже 0 °C его невозможно применять – провод твердеет и ломается при сгибе (нескольких сгибах в одном месте). Тем более по выше обозначенной причине такой удлинитель с разъемами совершенно не эффективен на улице в мороз (к примеру, для питания «планшета» в автомобиле – пролежав там ночь на холоде, он ломается при сгибе).
В принципе, все то же самое касается удлинителей-разъемов для сетевых и автомобильных адаптеров (в том числе с разъемами типа USB, microUSB) для сотовых телефонов, других устройств и компьютерной периферии.
Все эти факторы свидетельствуют о том, что если нельзя купить готовый, удовлетворяющий конкретного специалиста, разъем, то, очевидно, его можно и нужно изготовить самостоятельно.
Для этой цели потребуется всего ничего: качественный провод из ваших запасов сечением не менее 1 мм2 в жиле и сами разъемы; то и другое можно сегодня приобрести в свободном доступе за небольшие деньги.
На рисунке 3.7 представлен самодельный вариант. Который можно изготовить самостоятельно.
Рис. 3.7. Мои разъемы универсального предназначения
Потребовалась часть от старого китайского разветвителя (к очередному их бесполезному – потому что проработал не более месяца – источнику питания) адаптера, подпаять к ней «магнитофонный» разъем DIN5 и разъем для прикуривателя, а также разъем-переходник клеммник RCA. Разъем RCA, как правило, применяется для передачи аудио– и видеосигналов. Особенность такого разъема в том, что он имеет клеммную колодку, которая позволяет быстро и легко производить монтаж и демонтаж (см. рис. 3.7).
Также разновидность разъема RCA jack, или композит (phono connector, или CINCH/AV connector – в просторечии «тюльпан», «колокольчик», AV-разъем), – суть стандарт разъема, широко применяемый в аудио-и видеотехнике.
По сведениям из заслуживающих доверия открытых источников (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0 % E0 % E7%FA%B8%EC_DIN) разъем DIN, изначально стандартизован Немецким институтом стандартизации (Deutsches Institut fur Normung, DIN), немецкой организацией национальных стандартов.
Существуют стандарты DIN на многие типы разъемов, поэтому термин «разъем DIN», не означает какой-либо конкретный тип разъема, до тех пор, пока не будет указан номер стандарта (к примеру, «разъем DIN 41524»).
В контексте бытовой техники термин «разъем DIN» обычно означает единицу из семейства круглых разъемов, изначально стандартизованных DIN для аналоговых звуковых сигналов. Некоторые из этих разъемов позднее использовались для аналогового видео и для цифровых интерфейсов, таких как MIDI или разъем PS/2 для клавиатуры и мыши ПК.
Оригинальные стандарты DIN на эти разъемы уже трудно найти в печати. Они были заменены равнозначным международным стандартом IEC 60130-9.
Что касается разъемов для прикуривателя, то хотя и они не безупречны, и не могут претендовать на «звание» достаточно надежных электрических соединений, не стоит забывать, что сама конструкция изначально не предусматривала длительной и надежной коммутации относительно больших токов (более 2–3 А).
Сегодня мощность современных подключаемых к разъемам и различным источникам питания электронных устройств такова, что при напряжении 12–15 В ток в электрической цепи достигает 30–40 и более ампер (взять хотя бы «автомобильный чайник» или автохолодильник). Надежность фиксации вилки устройства-потребителя в гнезде прикуривателя может быть обеспечена увеличенным числом прижимных лапок, но сегодня в мире еще не существует единообразного стандарта на такое соединение.
На практике в нештатных вилках присутствуют только подпружиненный центральный контакт и две прижимные лапки массы. В гнезде же площадка центрального контакта может быть расположена глубоко, а может и близко. Пазы для прижимных лапок (даже при их наличии) могут быть расположены не там, где они располагаются на вилке. http://ru.wikipedia.org/wiki/ % CF% F0 % E8 % EA% F3 % F0 % E8 % E2 % E0 % F2 % E5%EB%FC
Сечение самих контактов недостаточно для коммутации больших токов. Из-за вибраций и толчков надежный контакт вилки и гнезда прикуривателя невозможен.
Бывает, что ненадежное соединение искрит, не исключена вероятность короткого замыкания. Я уже не говорю о том, что предлагаемые в магазинах (торговых точках) с ориентацией на разный кошелек потребителя отдельные элементы-разъемы (штекеры и гнезда) имеют и разное качество изготовления. Один начнет нагреваться уже при токе 2 А, другой при токе более 10 А плавится.
По сути, безотказная работа разъема прикуривателя может гарантироваться лишь при пользовании им по прямому назначению – для разогрева спирали вставки (для прикуривания).
Поскольку в автомобильной технике применяются одновременно большое число подключаемых устройств: навигаторы, видеорегистраторы, зарядные устройства для малогабаритных аккумуляторов, телевизоры, рации подчас большой мощности, вопрос о практическом применении различных тройников и разветвителей стоит довольно остро.
Есть еще один достойный внимания (среди прочих) тип источников питания, которые можно активно применять в радиолюбительской практике, – это автомобильные преобразователи (инферторы).
3.2.2. Особенности работы с автомобильными инверторами
Автомобильные инверторы (преобразователи энергии) – полезные устройства, позволяющие подзаряжать аккумуляторы ноутбуков, мобильных телефонов, фотоаппаратов и видеокамер, пользоваться бытовыми приборами и электроинструментами там, где отсутствует возможность подключения к осветительной сети 220 В, – в полевых условиях, на даче, на автомобильной стоянке, в походе, в лесу.
Главное условие для их нормальной работы – чтобы рядом был автомобильный аккумулятор. Инверторы преобразовывают постоянное напряжение 12 В (в диапазоне 11–15 В) или 24 В в большегрузных автомобилях в переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц посредством встроенного импульсного генератора тока, создающего модифицированную гармоническую волну. КПД преобразования инверторов почти 90 %.
Подключение нагрузки к инвертору ведет к естественной разрядке автомобильного аккумулятора, поэтому важно, чтобы инвертор имел функцию автоматического отключения при достижении на входе (клеммах АКБ автомобиля) минимально допустимой величины напряжения 10,5±5В. Поддержание в рабочем состоянии инвертора и АКБ автомобиля длительное время напрямую зависит эксплуатации этой связки устройств, практика которой во многом зависит от периодической подзарядки АКБ автомобиля.
Срабатывание защиты. Как правило, защитная функция автоматического отключения предусмотрена во всех современных инверторах. Если инвертор подает предупреждающий звуковой сигнал, когда АКБ нормально заряжена, то или он перегружен (мощность потребителя высока), или из-за неисправностей проводки между входом инвертора и клеммами АКБ существует большая разница потенциалов (падения напряжения). Также инвертор автоматически отключится при превышении температуры внутреннего радиатора (более 65 °C) и не включится при попытке включить его в обратной полярности (питание на вход) – сработает защита от коротких замыканий.
Предупреждающий звуковой сигнал может появиться при подключении или отключении инвертора от источника питания, а также тогда, когда при подключенном инверторе автомобиль переводят в стартерный режим – напряжение в бортовой сети падает. Эти случаи не являются опасными и признаками неисправности инвертора.
Некоторые полезные рекомендации. Суммарная мощность потребителей на выходе работающего инвертора не должна превышать величину нагрузки, допустимой для данного типа инвертора.
Инверторы с допустимой мощностью потребителя до 200 Вт подключаются с помощью соответствующего разъема к гнезду прикуривателя автомобиля, более мощные модели (свыше 220 Вт) – непосредственно к клеммам АКБ автомобиля с помощью поставляемого в комплекте кабеля большого сечения с аккумуляторными зажимами на конце.
Внимание, важно! Мощность, указанная на упаковке инвертора, весьма относительна, поэтому при покупке лучше выбрать инвертор с большим запасом мощности. Например, купив инвертор с выходной мощностью 350 Вт (рис. 3.8), я был уверен, что его вполне хватит не только для питания ноутбука, но и (при необходимости) на освещение лампочкой накаливания 220 В/60 Вт (как уверял продавец-консультант).
Ни в том, ни в другом случае мои надежды не оправдались. Как при включенном (холостые обороты), так и при выключенном двигателе автомобиля (напряжение на входе инвертора соответственно 12,5 В и 11,8 В) инвертор обозначенную выше нагрузку «не тянул». Срабатывает внутренняя защита, отключающая инвертор. Для приведенной выше нагрузки потребовалось применить инвертор с выходной мощностью (заявленной китайским производителем) аж 450 Вт. То есть для уверенной эксплуатации ноутбука требуется инвертор с заявленной мощностью не менее 450 Вт.
Рис. 3.8. Инвертор Povemate Nod 12/2-350
Разберемся, почему так происходит. На холостых оборотах двигателя (примерно 750 об./мин) мощность автомобильного генератора составит 300–550 Вт (сила тока 20–40 А). При средних оборотах двигателя (20003000 об./мин) выходная мощность примерно 5601400 Вт, что соответствует при номинальном напряжении 12–14 В силе тока 40-100 А.
Только для обеспечения работы двигателя требуется до 60 Вт (ток 4 А) на классическую систему зажигания (до 200 Вт, 14 А – на инжекторах, впрысковых моторах – на электрический бензонасос, форсунки и блок управления). На нужды остальных потребителей «зарезервировано» на холостом ходу 140–280 Вт (максимум 20 А).
Вот этим «резервом» и может питаться инвертор.
При увеличении оборотов двигателя до 2000 (и выше) мощность генератора быстро возрастает, но так питать инвертор, постоянно газуя (с перерасходом топлива), не выход из положения.
Если мощность инвертора (например, из-за мощности нагрузки) превысит мощность генератора, разница в энергии покрывается за счет собственных «запасов» аккумулятора, а они не вечны.
В крайнем случае потребитель может некоторое время использовать двигатель автомобиля для подпитки аккумулятора на холостом ходу, а «в идеале» для подпитки не должен включать двигатель вообще.
При длительном (более 2 ч) подключении инвертора (и устройства нагрузки) к аккумулятору (при неработающем двигателе) последний заметно разряжается. В этом случае потребуется примерно раз в 2 ч производить принудительный запуск двигателя и дать ему поработать на холостом ходу 10–15 мин. При этом (как после любого сильного разряда) заряд АКБ будет осуществляться от генератора автомобиля током 30–40 А, что систематически делать нежелательно для сохранения АКБ.
Для примера в таблицах 3.1 и 3.2 представлены расчетные значения времени разряда АКБ в зависимости от мощности потребителя энергии (на примере полностью заряженной среднестатической АКБ СТ-55, номинальной емкостью 55 А/ч).
Лучше сначала подключить инвертор к аккумулятору авто, а уже затем подключать к нему нагрузку.
Таблица 3.1
Расчетное время разряда АКБ до предельно допустимой величины (10,5 В) при подключении к розетке прикуривателя потребителя с мощностью 170 Вт
Таблица 3.2
Расчетное время разряда АКБ до предельно допустимой величины (10,5 В) при подключении непосредственно к клеммам АКБ потребителя с мощностью 200–550 Вт
На автомобильные аудио-, видеосистемы инвертор может оказывать помехоактивное воздействие.
Для его локализации (если аудио-, видеотехника питается от бортовой сети 12 В) потребуется установить дополнительный фильтр – ограничитель помех по ВЧ.
Случаи из практики. Недавно в моей иномарке произошел такой случай: из-за вибрации нарушился контакт между гибким проводником и выводом пьезоэлектрического капсюля, и, поскольку это случилось в важней системе жизнеобеспечения автомобиля, инцидент сразу повлек мое некомфортное состояние.
Поскольку до места, где можно было бы подключить паяльник к сети 220 В, было очень далеко, а неисправность требовала немедленного устранения, пришлось привлечь на помощь смекалку. Пришлось соединить контакты (в скрутке вывод капсюля и соединительный проводник) и нагреть место соединения пламенем зажигалки в течение 1 мин. Если возможности для скрутки нет, надо плотно приложить контакты друг к другу и затем нагреть пламенем.
Самая большая температура огня – на самой высокой точке пламени. После нагрева еще в течение 2–3 мин в месте соединения контакты надо держать прижатыми (лучше прижать пассатижами).
Практика показала, что такое соединение не поддается разрыву (не хуже, чем при помощи олова и канифоли). Во всяком случае в полевых условиях лучше этого метода нет. Разве что возите с собой в машине паяльник (канифоль, паяльную кислоту и припой) и рассмотренный выше инвертор.
К примеру, преобразователем мощностью 450 Вт (стоимость до 1000 руб.) можно (при выключенном двигателе автомашины) питать ноутбук, и ограниченное время использовать его в качестве источника питания для паяльника.
Нагрузка для инвертора должна быть активной (постоянного характера, не реактивной, с индуктивностями или импульсным трансформатором на входе).
Внимание, важно! Поэтому по логике предназначения разных разъемов, исходя из собственного опыта рекомендую шире использовать в радиолюбительской и профессиональной практике гибриды собственного изготовления из промышленных образцов в части разъемов, и особенно клеммные колодки, которые, на мой взгляд, в соответствии со своей разновидностью форм и предназначений пока являются наиболее надежными устройствами для коммутации электрических соединений.
3.3. Настройка-регулировка шумоподавителя портативной радиостанции TLKR-T3
У довольно популярной портативной радиостанции Motorola TLKR T3 при всех ее достоинствах (вес 73 г – без элементов питания, реальная надежная связь на открытой местности 2 км, работа на небольшой мощности 0,5 Вт в «разрешенном» диапазоне 446 МГц, ценовой диапазон – до 1 тыс. рублей за комплект и др.) есть один существенный недостаток. Редкая рация «доживает» до 1 года активной эксплуатации. Причем неисправность всегда часто проявляется одна и та же – отсутствие приема на одной из радиостанций комплекта.
Поскольку Motorola TLKR T3 не имеет регулируемого шумоподавителя, этот существенный недостаток полезного устройства становится препятствием для ее использования по назначению. Но недостаток можно быстро устранить, вернув устройство в нормальный режим, о чем и пойдет речь далее. А заодно рассмотрим и еще несколько возможных вариантов усовершенствования этой модели. Motorola TLKR T3 до сих пор активно продается. Она способна работать до 20 часов без смены элементов питания.
Дополнительный интерес к данному модельному ряду вызывает и тот факт, что сегодня комплект раций Т3, бывший в употрбелении или залежавшийся на складах, если повезет, можно купить всего за 600–700 рублей.
Motorola выпускает довольно много станций для «местной» радиосвязи. И по многим признакам под маркой Т3 выпускалось несколько разных конструкций (с изменениями в печатной плате, не нарушающими принцип работы устройств). В инструкции имеется запись, что производитель вправе менять конструкцию без предупреждения потребителей.
Модель TLKR T3 отличается от собратьев особо оригинальным корпусом «с завитушками» (рис. 3.9); за эти «ухи» рацию удобно подвесить на карабин (на пояс или рюкзак), что уже неоднократно отмечали туристы как удобную функцию для переноски (см. сравнительную таблицу).
Рис. 3.9. Внешний вид оригинального корпуса Motorola TLKR T3
В «ухо» внутри корпуса встроена сама антенна рации. Таким образом, в модели Т3 нет ничего, что могло бы цеплять пусть и небольшим, но все же выступающим штырем антенны (как в моделях Т4, Т6, Т8). Такое «антенное» решение вовсе не препятствует устойчивой связи модели Т3, работающей на частоте 446 МГц и шагом 12,5 кГц (с максимальной мощностью 0,5 Вт) на расстояние 2 км в открытой сельской местности, что подтверждаю реальными испытаниями, проведенными мною в Верховажском районе Вологодской области летом 2013 года.
Итак, автоматический (нерегулируемый) шумоподавитель в некоторых случаях слабого приема можно счесть недостатком, но и исправить его несложно.
Для этого надо разобрать станцию, открутив по два самореза со стороны покатых закруглений – «ушей» (на корпусе устройства они закрыты пластиковыми заглушками) и один саморез в батарейном отсеке. После этого корпус Motorola TLKR-T3 раскрываем на две части и получаем доступ к печатной плате и непосредственно к органам управления (см. рис. 3.10).
Рис. 3.10. Портативная радиостанция Motorola TLKR-T3 с раскрытым корпусом
На печатной плате Motorola TLKR-T3 надпись Uniden. Переворачиваем печатную плату на другую сторону и имеем вид, представленный на рисунке 3.11.
Рис. 3.11. Вид на печатную плату со стороны расположения основных элементов
На плате виден подстроечный резистор с обозначением (на плате) RT03. Его и будем крутить. При повороте движка резистора по часовой стрелке чувствительность шумоподавителя уменьшается, и он «пропускает» фоновую радиопомеху (в динамической головке слышен акустический шум).
Эта информация, по моей задумке, пригодится всем, кто не имеет электрической схемы данной модели (в открытых источниках она не представлена) или времени на ее изучение.
Читать бесплатно другие книги:
