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给万用表装个升压电路免了层叠电池

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以前发的那帖时间有点长了,现在只能我自己打开了,重发一帖。


IP属地:广东1楼2022-12-14 09:31回复
      MF30万用表的X10k档需要15v层叠电池,但市场上9v的层叠电池要多少有多少,15v的却不好买,甚至有些卖电池的都说没听说过有15v层叠电池。既然买不到15v电池,就另想办法,这是MF30万用表电路(我的万用表表头内阻小一点,部分零件数值略有不同,用红字标了一部分)

      想了两套方案,一套是改用9v电池,改动小,但X10k就得变成X6k或X7k,另一套方案是使用1.5v(实际现在用的1.25v充电电池)用一个升压电路来代替15v电池(实际升压到12.5~17v都可以用,主要是稳压)。经过再三思考,最后决定使用第二套方案,理由:1、要玩就玩难度大一点的,2、以后连9v电池也不需要了,3、原来的X10k档不会变成X6k或X7k档,还是X10k。一开始在怎么样稳压这点上觉得有点麻烦,因为我自己想的稳压电路要实现12.5v~17v稳压又不想把电路做得太复杂,就必须用一个12v~16v之间的稳压二极管,而我手上没有现成的,专门跑去买一个稳压二极管也麻烦,替代方案是用两个小功率NPN三极管的be结反向代替(一般小功率NPN三极管的be结反向击穿电压为5.7~7v,在电流不大的情况下可代替稳压管),电路还是觉得稍复杂。后来在网上看到一个山寨稳压电源的电路(这个电路图还有点小错误,C1上还应该并联一个阻值较大的电阻),真的不得不佩服那些搞山寨的,能以这么简单的电路实现5v稳压输出。

    就参考这个山寨电源,用约6v的稳压二极管(3DG201的be结反向代替)设计电路(最初的接线有点问题,后来修改了,修改前忘了截图保存,也懒得重画了,下图是最后的图),上图中D5、C1以及C1上并联一个电阻主要是保护三极管Q1使其免遭振铃电压损坏,我的低压电路就免了。

    电路板使用节能灯电路板加工,零件布局如下

    材料准备(因为功率小,只需提供不小于12.5v 60μA的输出即可,可以使用节能灯的磁环作磁芯)

    裁电路板、绕线圈

    焊接好零件

    背面,测试前未剪脚

    后面的调试大费周折。该电路的线圈匝数是考虑了节能灯中磁环上的线圈匝数与电流,估算了一个比较合理的匝数;我手上的小功率三极管3DG201有两批产品,一批的放大倍数大约100倍,另一批大约65倍,选择了高的;因为电流小,二极管都用3DG201的bc结代替(3DG201是额定电流只有几mA的三极管,结电容小,在电流小、频率高的场合用3DG210的bc结比普通二极管更好);稳压二极管用3DG201的be结反向。从理论上,我那电路应该没有问题,但实测电压只有约10v,此时流过万用表的电流只有20μA,试着改变电阻大小、改变电容大小、改变线圈匝数,万用表测量最高电压也不过11v,只有完全空载时电压可以上升(先不接万用表只接电源,稍等后突然接入万用表可以看到最高电压15v,然后电压会逐渐下降到11v才稳定),断开稳压控制也是如此,甚至用两个磁环并一起重新绕一个线圈也没用,只有三极管没换了。这时想到以前一个闪光灯的三极管烧了,换了个三极管后很难充满电,于是把怀疑目标放到三极管上。两批3DG201各拿一个来测一下小电流下的饱和压降(三极管集电极接一个较大的电阻使集电极电流小于基极电流与放大倍数的乘积后集电极与发射极之间的电压),我用的那个大约0.3v,与以前看的资料上介绍的基本一致,应该还行,另一批的则只有约0.13v,低得让我吃惊,不过这一批的放大倍数都只有65倍左右,再仔细观察两批三极管,发现饱和压降约0.3v的外观很粗糙,而0.13v那批就显得比较精致(下图中间是饱和压降0.13v的,两边是饱和压降0.3v的),看来能够把外观做得精致的厂家就是不一样,里面的东西质量也好。

    把三极管换成饱和压降0.13v的,输出电压明显上升,调整电容、电阻、线圈匝数,终于在接入一个电阻和万用表的情况下满足了13v(为了提高输出电流,在允许范围内适当降低了电压)和60μA的输出,但在输入端再串联一个小电阻模拟充电电池电量不是很足的情况,就不能再满足电流和电压要求了,无论怎么调整都不行。又想了个主意,把这个升压电路的输出电压串接到电池上,这样输出电压需求可以再降低约1.1v,但还是不能满足要求。这时想到查一下3DG201的参数,一查,额定电流只有1mA,但我的记忆中以前的晶体管收音机中3DG201的电流都是超过1mA的,有的电路还用来驱动额定电流20mA的发光二极管,于是又专门测了一下,发现至少在6mA下放大倍数和饱和压降没有异常,没理由输出电流那么小,但事实就摆在眼前,确实不行,几乎无计可施了。就在我犯难的时候,我看到了零件堆中有一个文字已经全被磨光了的三极管,忘了哪里来的,测了一下放大倍数,200多倍,从没见过这么高的,我怀疑测错了,重测,与那两批的对比测,确实是放大倍数高得惊人,再测饱和压降,0.12v,比那个还略低一点。换上这个三极管,终于在外电压降到1.1v的情况下仍能满足13v和100μA以上的输出,又调整了一下各零件数值,减小了空载电流,提高了满载输出能力。然后就是接到万用表上试了,把万用表的换档电路稍作修改,把这个电路接入。


    IP属地:广东2楼2022-12-14 09:46
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      X10k档试用,没问题

      把这个电路零件接脚太长的部分剪掉,正式装入万用表内。但试完X10k档后换挡到0.5mA档时发现指针突然偏转了,然后逐渐回到0位,检查里面电路也没什么异常触碰,再仔细一看,原来只注意了电阻档可以用,但接入有问题,会影响到电流档和电压档,又仔细看、慢慢想,终于想到了解决方法,找块薄铜片焊上去,再改变接线(电路见上面第三张图)

      又仔细检查了一遍,没发现问题,再试试各档,都没发现问题

      终于成功了。


      IP属地:广东3楼2022-12-14 09:50
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        这个电路板和磁环是25w节能灯的,磁环上的初级是5匝,节能灯上标的电流是180mA,按这个接近磁饱和考虑,同时考虑效率不是很高和适当留有余地,我最初选择了初级30匝,辅助次级40匝,再按40匝输出约6.7v(整流后6v,为稳压二极管电压)、次级输出约13.5v考虑,把次级设为80匝。因调试过程中不断增减,匝数都没再数了,最后测三组线圈的电压比,14:21:33正好都是整数,所以反推出匝数分别是28、42、66。以前测的3DG201的be结反向击穿电压约6v,这次用的要高一点,而且改电路后,我只要求电池电量不是很足(1.1v)时万用表调0旋钮旋到最右边时正好指针满偏,输出为12.5-1.1=11.4v,所以最后次级减了些。
        后来,为了让电池更耐用一点,把那个120kΩ偏置电阻换成了510kΩ,输出电压微微下降,把次级增加了一匝,使用正常。
        再后来,把输出端的二极管换成了肖特基二极管,输出电压上升了一点,又把次级拆了2匝。
        再后来,注意到肖特基二极管在微电流下如果电流变化,压降浮动明显,为了减小电压浮动范围,就要人为增加一点空载电流,所以在输出滤波电容上又并联了一个510k电阻。最后电路如下


        IP属地:广东5楼2022-12-14 10:10
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          后来买了个ISDS205B虚拟示波器,试用中测了一下这个电路,发现波形与预想的差得比较大。图中暗红色曲线为三极管基极电压曲线,蓝色曲线为三极管集电极电压曲线,该电路在负载较轻时是不连续工作的,绿色框内为不工作的间歇期(部分间歇期在图外),两绿色框之间为工作期,有负载时,间歇期变短,工作期变长,工作期的波形个数也会增加(下图是空载图形,两表笔接触时波形增加一个,前几个波形也变宽)。深蓝色框内的部分是我意料之外的,应该就是这段波形的存在,使得前两个三极管的工作能力远低于我的预料而不能满足我的要求。

          关于图中蓝框内波形的分析:
          因为本电路设计时没有经验,考虑欠周,为了提高输出电压设计上初级使用了大于50%的占空比,导致波形与预期相差较大,难以提高输出电流。
          占空比大于50%,典型的电路应该是早期非液晶电视机的行扫描电路。电视机行扫描电路的工作原理是,先让行管导通,变压器初级等效于电感,电流从0逐渐上升;然后关闭行管,初级电流只能流向一个容量较小的逆程电容,短时间将逆程电容充到比较高的电压,同时次级感应出高压;等充电完毕,逆程电容的电再通过初级释放,初级在较短时间内出现较大的反向电流;等逆程电容放电完毕,次级有较大的反向电流,然后通过阻尼二极管提供电流通道,此时即使给场管基极加正向电压,场管可导通,但因为行输出变压器的电流为反向,所以电流是通过并在行管上的阻尼二极管从负极流向正极的,并在正向电压下电流逐渐下降到0,至此完成一个周期。然后行管正向导通电流从0开始进入下一个周期。
          这个升压电路虽然没有接逆程电容,但线圈和其它零件的分布电容起到了逆程电容的作用,于是电路工作时就出现了前两个蓝框中的逆程波形,后一个蓝框则多框了一点,把逆程后的几个振铃框进去了。
          为了避免出现逆程波形,初级的占空比不要大于50%,具体来说就是 初级匝数:次级匝数≯ 初级电压:次级电压,比如这个电路,次级67匝,输出电压最小11.4v,为了避免后面形成逆程电流,11.4v67匝反到初级就不能大于1.1v,所以初级不能大于6.5匝,只能用6匝。也可以按初级8匝1.1v,次级11.4v,大于82.9匝,取83匝,辅助次级52匝。如果修改匝数,辅助次级到三极管基极的C1、R2也可能要适当调整。


          IP属地:广东6楼2022-12-14 10:33
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            古董三极管1.5电池输入静态电流测了吗


            IP属地:甘肃来自Android客户端7楼2022-12-14 13:11
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              这个跟以前的充电器里的单管自激开关电源一样,只是改成了升压的是不是?


              IP属地:福建来自Android客户端8楼2022-12-14 15:05
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