С помощью описываемого здесь прибора можно измерить обратный ток коллекторного перехода IКБ0 и статический коэффициент передачи тока h2)9 маломощных транзисторов структур р-п-р и п-р-п.
Конструктивно испытатель транзисторов выполнен в виде приставки к аво-метру, так же как транзисторные вольтметры постоянного и переменного токов. Для соединения с микроамперметром авометра приставка снабжена штепсельной колодкой, которую при измерениях вставляют в гнезда «100 мкА» на передней панели авометра. При этом переключатель вида измерений авометра должен находиться в положении «V».
Питается прибор стабилизированным напряжением 9 В от нерегулируемого источника блока питания.
Прежде чем перейти к описанию принципиальной схемы испытателя, несколько слов о положенном в его основу принципе. Подавляющее большинство описанных в радиолюбительской, литературе простых испытателей транзисторов рассчитано на измерение, статического коэффициента передачи тока hjis при фиксированном токе базы (обычно-100 мкА). Это облегчает измерения [шкалу прибора в цепи коллектора проверяемого транзистора можно отградуировать непосредственно в значениях hi20 = lHRB/UcB, где Ugb - напряжение батареи (см. рис. 20,6)], однако такие испытатели имеют существенный недостаток. Дело в том, что коэффициент передачи тока h2is в значительной мере зависит от режима работы транзистора и в первую очередь от тока эмиттера 1э. Вот почему в справочниках всегда приводятся не только значения коэффициента передачи тока h2iв, но и условия, в которых он измерен (ток Iв и напряжение между коллектором и эмиттером Ukb).
Статический коэффициент передачи тока h2is маломощных транзисторов обычно измеряют при токе Ь=0,5 мА (низкочастотные маломощные транзисторы) , 1 мА (остальные низкочастотные) или 10 мА (транзисторы, предназначенные для работы в импульсном режиме). Напряжение 1Лкэ при измерении этого параметра обычно близко к 5 В. Поскольку коэффициент h2ia мало зависит от Uks, у транзисторов малой мощности (кроме высокочастотных) его можно измерять при одном и том же значении Uks.
В испытателях, измеряющих статический коэффициент передачи тока при фиксированном токе базы, коллекторные (а следовательно, и эмиттерные) токи проверяемых транзисторов даже одного типа практически всегда разные. А это значит, что сопоставить результаты измерений со справочными данными (при определенном токе эмиттера) просто невозможно.
Приборы, в которых возможна установка любого заданного тока коллектора (или эмиттера), позволяют получить сопоставимые значения параметра h2iв, однако такие испытатели неудобны в работе, так как требуют при каждом измерении устанавливать ток коллектора заново.
Этих недостатков нет у испытателя транзисторов, входящего в лабораторию. Он рассчитан на измерение статического коэффициента передачи тока h2is при нескольких фиксированных значениях стабилизированного тока эмиттера. Это позволяет оценить усилительные свойства транзистора в режиме, близком к рабочему, т. е. при токе, текущем через транзистор в устройстве, для которого он предназначен.
Упрощенная схема измерителя статического коэффициента передачи тока h2)g при стабилизированном (фиксированном) токе эмиттера изображена на рис. 44. Проверяемый транзистор VT вместе с элементами испытателя образует стабилизатор тока. Напряжение на базе транзистора стабилизировано стабилитроном VD, поэтому в его эмиттерной (коллекторной) цепи течет ток, практически не зависящий от изменения напряжения источника питания GB. Этот ток можно рассчитать по формуле 1b=(\Jvd-Use)/R2, где 1э - эмиттерный ток (в амперах), Uvd - напряжение на стабилитроне (в вольтах), Use - падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора (также в вольтах), R2 - сопротивление (в омах) резистора в эмиттерной цепи транзистора. Для получения разных токов через транзистор, в его эмиттерную цепь достаточно ввести переключатель с набором постоянных резисторов, сопротивления которых рассчитаны по приведенной формуле. Поскольку при фиксированном значении тока эмиттера ток базы обратно пропорционален статическому коэффициенту передачи тока h2is (чем он больше, тем меньше ток базы, и наоборот), шкалу прибора РА в цепи базы проверяемого транзистора можно отградуировать в значениях h2i8.
Радиолюбителю приходится иметь дело как с германиевыми, так и с кремниевыми транзисторами. У первых напряжение Uaii=0,2...0,3 В, у вторых Шб=0,6...0,7 В. Чтобы не усложнять прибор, при расчете сопротивлений резисторов, задающих эмиттерные токи, можно взять среднее значение падения напряжения на эмиттерном переходе, равное 0,4 В. В этом случае отклонение тока эмиттера при испытании любых маломощных транзисторов (и выбранном напряжении на стабилитроне Uvd = 4,7 В) не превышает ±10% от номинального, что вполне допустимо.
Принципиальная схема испытателя транзисторов изображена на рис. 45. Он предназначен для измерения обратного тока коллектора Iki;o до 100 мкА и статического коэффициента передачи тока h2ia от 10 до 100 при токе эмиттера la = 1 мА и от 20 до 200 при токах эмиттера, равных 2; 5 и 10 мА. Ориентировочно можно измерить и большие значения параметра h2iв. Если, например, считать минимальный измеряемый ток базы равным 2 мкА, что соответствует одному делению шкалы микроамперметра М24, то при эмиттерном токе 1 мА можно регистрировать значения коэффициента h2is до 500, при токах 2, 5 и 10 мА - до 1000. Следует учесть, что погрешность измерений таких значений h2ia может достигать десятков процентов.
Проверяемый транзистор VT подключают к гнездам розетки XS1. Эмиттер-ный ток, при котором необходимо измерить коэффициент h2is, выбирают переключателем SA3, включающим (секцией SA3.2) в эмиттерную цепь транзистора
один из резисторов R5 - R8. Для получения указанных пределов измерений коэффициента h2ia (20...200) при токах эмиттера, равных б и 10 мА, в третьем и четвертом положениях переключателя SA3 параллельно микроамперметру РА1 авометра подключаются соответственно резисторы R3 и R2, в результате чего ток полного отклонения его стрелки возрастает в первом случае до 250, а во втором - до 500 мкА.
Из режима измерения коэффициента Ьцэ в режим контроля обратного тока коллектора 1кбо испытатель переводят переключателем SA2. Первый из этих параметров измеряют при напряжении на коллекторе (относительно эмиттера) около 4,7 В, второй - при таком же напряжении, снимаемом со стабилитрона VD1.
Переключателем SA1 изменяют полярность включения источника питания, микроамперметра РА1 и стабилитрона VD1 при испытании транзисторов разной структуры (p-n-р или п-р-п). Резистор R4, вводимый в цепь коллекторного перехода при измерении 1кво, ограничивает ток через микроамперметр в случае, если переход оказывается пробитым. Ток 1кво и коэффициент h2is измеряют при нажатой кнопке SB1.
Конструкция и детали. Внешний вид испытателя транзисторов вместе с аво-метром показан на рис. 46, разметка его лицевой панели - на рис. 47, разметка монтажной платы и схема соединений деталей приставки - на рис. 48.
Как и в транзисторных вольтметрах, несущим элементом конструкции является корпус приставки, изготовленный из листового алюминиевого сплава АМц-П толщиной 1 мм. На лицевой панели (верхней стенке) закреплены кнопка SB1, плата с зажимами для подключения выводов транзисторов и четыре латунные стойки диаметром 4 и длиной 19 мм с резьбовыми отверстиями М2 (глубиной 6 мм) для винтов крепления монтажной платы, на боковой стенке - штепсельная колодка для соединения приставки с микроамперметром авометра.
П-образная крышка (материал тот же, что и корпуса) с пластмассовой пластиной толщиной 3...4 мм прикреплена к корпусу винтами М2х8 с потайными головками. Винты ввинчены в гайки М2, приклеенные к полочкам корпуса с внутренней стороны.
Переключатели SA1 - SA3 - движковые от транзисторного радиоприемника «Сокол». Два из них (SA1 и SA2) использованы без переделки, третий (SA3) переделан в двухполюсный на четыре положения. Для этого удалены крайние неподвижные контакты (по одному в каждом ряду), а подвижные переставлены таким образом, чтобы обеспечивалась схема коммутации, изображенная на рис. 49.
Выводы контактов переключателей вставлены в отверстия 0 2,6 мм платы с обратной стороны (по рис. 48, а) и удерживаются на ней припаянными к ним соединительными проводами (МГШВ сечением 0,14 мм2) и выводами резисторов R1-R8 (MJIT) и стабилитрона VD1. Резисторы R5 - R8 изображены за контуром платы условно, на самом деле они расположены между выводами переключателей SA3 и SA2.
Конструкция гнездовой колодки XS1 для подсоединения выводов транзисторов к испытателю показана на рис. 50. Ее корпус состоит из деталей 1 и 3, изготовленных из листового органического стекла и склеенных дихлорэтаном. Контакты 2 изготовлены из листовой бронзы (можно использовать твердую латунь) толщиной 0,3 мм. Чтобы к испытателю можно было подключать транзисторы различной конструкции и с разным расположением выводов, число контактов выбрано равным пяти, а расстояние между ними - 2,5 мм. К корпусу приставки колодка прикреплена двумя винтами М2Хб с потайными головками. Такими же винтами на боковой стенке корпуса закреплена штепсельная колодка, служащая для соединения приставки с микроамперметром авометра.
Устройство самодельной кнопки SB1 показано на рис. 51. Ее корпус состоит из деталей 2 и 5, выпиленных из органического стекла и склеенных дихлорэтаном. Контакты 1 и 3 закреплены на детали 2 заклепками 6. Сама кнопка 4 соединена с подвижным контактом 3 винтом МЗХ5. Для крепления кнопки к корпусу приставки в торцах деталей 2 и 5 предусмотрены резьбовые отверстия под винты М2. Контакты 1 и 3 изготовлены из того же материала, что и пружинящие контакты гнездовой колодки для подключения транзисторов, кнопка 4 - из полистирола (можно использовать органическое стекло, текстолит и т. д.).
Как и в ранее описанных приборах-приставках, для соединения с блоком питания лаборатории использован двухпроводный шнур, оканчивающийся штепселями диаметром 3 мм.
Все надписи выполнены на листе плотной бумаги и защищены от повреждений прозрачной накладкой из органического стекла толщиной 2 мм. Для крепления к корпусу использованы один из винтов крепления колодки для подключения транзисторов и три винта М2х5, ввинченные в резьбовые отверстия накладки.
Налаживание правильно смонтированного испытателя транзисторов сводится в основном к подбору резисторов R3 и R2. Первый подбирают таким образом, чтобы при подключении его к микроамперметру авометра верхний предел измерений повышался до 250 мкА, а второй - таким образом, чтобы он увеличивался до 500 мкА. Практически это удобно делать, собрав электрическую цепь (рис. 52) из микроамперметра авометра РА1, образцового микроамперметра РА2 с пределом измерения 300...500 мкА, батареи GB напряжением 4,5 В (3336Л или три любых гальванических элемента, соединенных последовательно), резистора-шунта R1, токоограничительного резистора R2 и выключателя SA. Установив движки резисторов R1 и R2 в крайнее левое (по схеме) положение (т. е. в положение, соответствующее их максимальному сопротивлению), замыкают электрическую цепь выключателем SA. Затем, попеременно уменьшая сопротивление обоих резисторов, добиваются того, чтобы при токе 250 мкА, отсчитанном по образцовому микроамперметру РА2, стрелка микроамперметра авометра PAl установилась точно на последнюю отметку шкалы. После этого цепь разрывают и отключают приставку от авометра. Переключив последний в режим омметра, измеряют сопротивление введенной части переменного резистора R1 и подбирают постоянный резистор (R3) точно такого же сопротивления (при необходимости его можно составить из двух параллельно или последовательно соединенных резисторов).
Аналогично, но по току в измерительной цепи, равному 500 мкА, подбирают резистор R2. Подобранные резисторы R3 и R2 устанавливают на плату.
Шкалу для измерения статического коэффициента передачи тока h2i9 (или таблицу, если нет желания или возможности разбирать микроамперметр аво-метра) рассчитывают по формуле h2ia = Iэ/1б (здесь 1э - ток эмиттера, соответствующий выбранному режиму измерений; 1б - выраженный в этих же единицах ток базы, отсчитанный по шкале микроамперметра, оба тока в милли- или микроамперах). Значения коэффициента h2i3, соответствующие разным токам базы и эмиттера, приведены в табл. 1.
Проверку транзистора начинают с измерения тока коллекторного перехода 1ябо. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение, соответствующее структуре испытываемого транзистора, SA2 - в положение «1кво» и нажимают на кнопку SB1 («Изм.»). Убедившись в исправнвсти перехода (у германиевых маломощных транзисторов ток 1кбо может достигать нескольких микроампер, у кремниевых он ничтожно мал), переключатель SA2 переводят в положение «h2is», переключателем SA3 устанавливают ток эмиттера, при котором необходимо определить коэффициент h21e, и, нажав на кнопку SB1, отсчитывают значение h2is по шкале микроамперметра (или переводят измеренный ток базы в значение коэффициента, пользуясь таблицей).
Если в авометре использован микроамперметр с параметрами, отличающимися от приведенных в описании авометра, сопротивление резисторов R2 и R3 придется рассчитать и подобрать применительно к имеющемуся прибору.
Чтобы судить о пригодности транзистора для того или иного устройства, достаточно знать два-три основных его параметра:
- Обратный ток коллектор-эмиттер при замкнутых выводах эмиттера и базы - Ікэк-ток в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении между коллектором и эмиттером.
- Обратный Ток коллектора - Ікво-ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера.
- Статический коэффициент передачи тока базы - h21э -отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы при Заданном постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и Токе эмиттера в схеме с общим эмиттером (ОЭ).
Проще всего измерить ток Ікэк схеме, упрощенно изображенной на рис. 1. Узел А1 на нем обобщает все детали, входящие в прибор. Требования к узлу просты: он не должен оказывать влияние на результаты измерений, а при коротком замыкании в испытуемом транзисторе VТ1 ограничить ток до безопасного для- стрелочного индикатора значения.
Измерение Iкбо не предусматривается приборами, но это не трудно сделать, отключив вывод эмиттера от цепи измерения.
Некоторые трудности возникают при измерении статического коэффициента передачи h21э. В простых приборах он измеряется при фиксированном токе базы измерением тока коллектора, ио точность таких приборов невысока, поскольку коэффициент передачи зависит от тока коллектора (эмиттера). Поэтому h21э следует измерять при фиксированном токе эмиттера, как и рекомендует ГОСТ.
Достаточно при этом измерять ток базы и судить по нему о величине h21э. Тогда шкалу стрелочного индикатора можно отградуировать непосредственно в значениях коэффициента передачи. Правда, она получается неравномерной, но зато на ней укладываются все необходимые значения (от 19 до 1000).
Такие приборы уже разрабатывались радиолюбителями (см., например, статью Б. Степанова, В. Фролова «Испытатель транзисторов»- Радио, 1975, № 1, с. 49-51). Однако в них довольно часто не принимали мер по фиксации напряжения коллектор-эмиттер. Подобное решение оправдывали тем, что h21э мало зависит от этого напряжения.
Однако, как показывает практика, эта зависимость все же заметна в схеме ОЭ, поэтому напряжение коллектор-эмиттер желательно фиксировать.
Рис. 1. Схема измерения обратного тока коллектор-эмиттер.
Рис. 2. Схема измерения статического коэффициента передачи тока.
Исходя из этих соображений в радиокружке КЮТ Первоуральского Новотрубного завода Евгением Ивановым и Игорем Ефремовым под руководством автора была разработана схема измерения, принцип которой иллюстрирует рис. 2. Ток эмиттера ls испытуемого транзистора стабилизирован генератором стабильного тока А1, что снимает большинство требований к источнику питания G1: его напряжение может быть нестабильным, от него потребляется практически только ток 1э- Напряжение коллектор-эмиттер транзистора фиксировано, поскольку равно сумме стабильных напряжений на стабилитроне VD1, эмиттерном переходе транзистора VT1 и стрелочном индикаторе РА1. Сильная отрицательная обратная связь между коллектором и базой транзистора через стабилитрон и стрелочный индикатор удерживает транзистор в активном режиме, для которого справедливы следующие соотношения:
где Ік, Іэ, Іб - соответственно ток коллектора, эмиттера, базы транзистора, мА.
Для построении шкалы непосредственного отсчета удобно пользоваться формулой:
Приведенные формулы справедливы только в случае весьма малого тока ІКБО, характерного для кремниевых транзисторов. Если же этот ток значителен, для более точного подсчета коэффициента передачи лучше пользоваться формулой:
А теперь познакомимся с практическими конструкциями приборов.
Испытатель маломощных транзисторов
Его принципиальная схема приведена на рис. 3. Испытуемый транзистор подключают к зажимам ХТ1 - ХТ5. Источник стабильного тока собран на транзисторах VT1 и VT2. Переключателем SA2 можно установить один из двух токов эмиттера: 1 мА или 5 мА.
Чтобы не изменять шкалу измерений h21э, во втором положении переключателя параллельно индикатору РА1 подключается резистор R1, уменьшая впятеро его чувствительность.
Рис. 3. Принципиальная схема испытателя маломощных транзисторов.
Переключателем SA1 выбирают род работы - измерение h21э или Ікэк. Во втором случае в цепь измеряемого тока включается дополнительный токоограничительный резистор R2. В остальных случаях при коротких замыканиях в испытываемых цепях ток ограничивает генератор стабильного тока.
Чтобы упростить коммутацию, в цепь измерения тока базы введен выпрямительный мост VD2 - VD5. Напряжение коллектор-эмиттер определяется суммой напряжений на последовательно включенных стабилитроне VD1, двух диодах выпрямительного моста и эмиттерном переходе испытуемого транзистора. Переключателем SA3 выбирают структуру транзистора.
Питание на прибор подается только на время измерения кнопочным выключателем SB1.
Питается прибор от источника GB1, которым может быть батарея «Крона» или аккумулятор 7Д-0Д. Периодически аккумулятор можно подзаряжать, подключая зарядное устройство к гнездам 1 и 2 разъема XS1. Возможно питание прибора от внешнего источника постоянного тока напряжением 6...
15 В (нижний предел определяется устойчивостью работы во всех режимах, верхний - номинальным напряжением конденсатора С1), подключаемого к гнездам 2. и 3 разъема XS1. Диоды VD6 и VD7 при этом выполняют роль разделительных.
Рис. 4. Преобразователь ПМ-1.
Удобно использовать для питания прибора от сети преобразователь ПМ-1 (рис. 4) от электрофицированных игрушек. Он недорог и обладает хорошей электрической изоляцией между обмотками, обеспечивающей безопасность в работе.
Преобразователь нужно лишь оснастить штырьковой частью разъема XS1.
В приборе использован стрелочный индикатор типа М261М с током полного отклонения стрелки 50 мкА и сопротивлением рамки 2600 Ом. Резисторы - МЛТ-0,25. Диоды VD2 - VD5 должны быть обязательно кремниевые, с возможно меньшим обратным током. Диоды VD6, VD7 - любые из серий Д9, Д220, с возможно меньшим прямым напряжением.
Транзисторы - любые из серий КТ312, КТ315, со статическим коэффициентом передачи не менее 60. Оксидный конденсатор - любого типа, емкостью 20...100 мкФ на номинальное напряжение не ниже 15 В. Разъем XS1-СГ-3 или СГ-5, зажимы ХТ1 - ХТ5 - любой конструкции.
Рис. б. Внешний вид испытателя маломощных транзисторов.
Рис. 6. Шкала отсчета индикатора.
Детали прибора собраны в корпусе размерами 140Х 115X65 мм (рис. 5), изготовленном из пластмассы. Лицевая стенка, на которой укреплены стрелочный индикатор, кнопочный выключатель, переключатели, зажимы и разъем, закрыта фальшпанелью из органического стекла, под которую подложена цветная бумага с надписями.
Чтобы не вскрывать стрелочный индикатор и не чертить шкалу, к прибору изготовлен трафарет (рис. 6), дублирующий шкалу отсчета. Можно просто составить, таблицу, в которой для каждого деления шкалы указать соответствующее значение статического коэффициента передачи.
Для составления такой таблицы подойдут вышеприведенные формулы.
Налаживание прибора сводится к точной установке токов 1э 1 мА и Б мА подбором резисторов R3, R4 и к подбору резистора R1, сопротивление которого должно быть в 4 раза меньше сопротивления рамки стрелочного индикатора.
Испытатель мощных транзисторов
Схема этого прибора приведена на рис. 7. Поскольку к испытателю мощных транзисторов предъявляют меньшие требования по точности показаний, возникает вопрос: какие упрощения могут быть сделаны по сравнению с предыдущей конструкцией?
Испытывают мощные транзисторы при больших токах эмиттера (в данном приборе выбраны 0,1 А и 1 А), поэтому прибор питается только от сети через понижающий трансформатор Т1 и выпрямительный мост VD6 - VD9.
Рис. 7. Принципиальная схема испытателя мощных транзисторов.
Построить генератор стабильного тока на указанные сравнительно большие токи трудно, да и нет необходимости - его роль выполняют резисторы R4 - R7, диоды выпрямительного моста, обмотка трансформатора. Правда, стабильный ток эмиттера протекает только при стабильном напряжении сети и таком же напряжении коллектор-эмиттер испытуемого транзистора.
Дело облегчается тем, что последнее напряжение выбирается малым - обычно 2 В, чтобы избежать разогрева транзистора. Это напряжение равно сумме падений напряжения на двух диодах моста VD2 - VD5 и эмиттер ном переходе испытуемого транзистора.
Ожидалось, что будет заметно сказываться на токе эмиттера разность падений напряжений на эмиттерных переходах германиевого и кремниевого транзисторов, но ожидание не подтвердилось: на практике эта разность оказалась весьма малой. Другое дело - нестабильность сетевого напряжения, она вызывает еще большую нестабильность тока эмиттера (из-за нелинейности сопротивлений полупроводниковых диодов и постоянства напряжения коллектор-эмиттер испытуемого транзистора).
Поэтому для повышения точности измерений h21э прибор следует включать в сеть через автотрансформатор (например, ЛАТР) и поддерживать им напряжение питания прибора 220 В.
Очередной вопрос - о пульсациях выпрямленного напряжения: какая амплитуда их допустима? Многочисленные опыты по сравнению показаний прибора, питающегося от источника «чистого» постоянного тока и от источника пульсирующего тока, не выявили практически никакой разницы показаний h21э при использовании стрелочного индикатора магнитоэлектрической системы.
Сглаживающее действие конденсатора О прибора проявляется только при измерении небольших токов Ікэк (примерно до 10 мА). Кремниевый диод VD1 защищает стрелочный индикатор РА1 от перегрузок. В остальном схема прибора похожа на схему предыдущего устройства.
Трансформатор Т1 может быть от преобразователя ПМ-1, ио его нетрудно изготовить самим. Понадобится магнитопровод УШ14X18. Обмотка I должна содержать 4200 витков провода ПЭВ-1 0,14, обмотка II -160 витков ПЭВ-1 0,9 с отводом от 44-го витка, считая от верхнего по схеме вывода. Подойдет другой готовый или самодельный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 6,3 В при токе нагрузки до 1 А.
Резисторы -МЛТ-0,5 (Rl, R3), МЛТ-1 (R5). МЛТ-2 (R2, R6, R7) и проволочный (R4), изготовленный из провода с высоким удельным сопротивлением. Лампа HL1 - МНЗ,5-0,28.
Стрелочный индикатор - типа М24 с током полного отклонения стрелки 5 мА.
Рис. 8. Внешний вид испытателя мощных транзисторов.
Рис. 9. Шкала отсчета индикатора.
Диоды могут быть другие, рассчитанные на выпрямленный ток до 0,7 A (VD6 - VD9) и 100 мА (остальные). Прибор смонтирован в корпусе размерами 280 X 170x130 мм (рис. 8). Детали распаяны на выводах переключателей и на монтажной плате, укрепленной на зажимах стрелочного индикатора.
Как и в предыдущем случае, к прибору изготовлен трафарет (рис. 9), дублирующий шкалу отсчета.
Налаживание прибора сводится к установке указанных токов эмиттера подбором резисторов R4 и R5. Контроль тока ведут по падению напряжения на резисторах R6, R7. Резистор R1 подбирают таким, чтобы сумма сопротивлений его и индикатора РА1 была в 9 раз больше сопротивления резистора R2.
А. Аристов.
Аристов Александр Сергеевич - руководитель радиокружка клуба юных техников Первоуральского новотрубного завода, родился в 1946 году. В двенадцать лет строил приемники, измерительные приборы, устройства автоматики. По окончании школы вел радиокружок, работая на заводе и учась в техникуме. С 1968 года полностью посвятил себя занятиям с юными радиолюбителями. Описания конструкций кружковцев руководитель рассказал в трех десятках статей, опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, на страницах сборника ВРЛ. Работы кружковцев отмечены 25 медалями «Юный участник ВДНХ», а труд руководителя - тремя бронзовыми медалями ВДНХ СССР.
Отремонтированный (методом долива дистиллированной воды и первоначальной усиленной зарядки) свинцово-кислотный аккумулятор из светодиодного фонарика отработал после этого ещё почти полгода. Дальнейшие попытки его реанимации счёл нецелесообразными и стал присматривать какой-то другой аккумулятор с учётом вольтажа, ёмкости и возможно допустимых габаритов.
При нынешнем-то изобилии казалось затруднений в подборе нового аккумулятора быть не должно. Но всё, что-то не устраивало. Самый желаемый вариант - аккумулятор от мобильного телефона, не подходил по размерам. А подходящие по габаритам имели весьма неподходящую цену.
Совершенно случайно обратил внимание на батарейный отсек для четырёх аккумуляторов (или батареек) формата ААА. Попробовал поместить его во внутрь фонарика - получилось. Да и вообще, по всем возможным и даже предполагаемым параметром оказалось, что это как раз то, что и нужно. Хочешь, ставь аккумуляторы формата ААА по 1,2 вольта, а можно и подсевшие батарейки, которые в дальнейшем можно разок, другой и подзарядить.
Схема подключения фонаря
Фонарь имел от изготовителя вот такую электрическую схему. Первоначально её не трогал, но сейчас придется её менять в соответствии с задуманным способом эксплуатации. Причём изначально доработка предполагается быть выполненной бюджетного формата и без соблюдения предлагаемых в таких случаях наворотов схемотехники. Для этого надо, определится с имеющимися в фонаре светодиодами (их вольтаж, токопотребление?). Тут два пути:
- практический (с производством замеров)
- теоретический (поиск по таблице с сопоставлением размеров, конфигурации, других отличительных особенностей). Выбрал второе.
Вообще, для этого есть полезная статья, с которой советую ознакомиться . Светодиоды фары, рабочее напряжение 2,9 - 3,3 вольта, максимально допустимое токопотребление 20 миллиампер.
Светодиоды боковой панели, рабочее напряжение, 3,0 - 3,5 вольт, максимально допустимое токопотребление 20 миллиампер.
Подключил фару через постоянный резистор сопротивлением 2 Ома и подстроечный резистор 0,5-20 Ом, которым и выставил допустимый ток на три параллельно соединённых светодиода в 60 мА.
То же самое проделал и с боковой панелью, только постоянное сопротивление здесь 33 Ом, а подстроечником выставил общий ток светодиодов в 40 мА.
Схема доработки
Электрическая схема приняла данный вид исходя из желаемого режима работы, который заключается в том, что при любом выставленном на подстроечном резисторе сопротивлении, светоотдача фары будет иметь соотношение со светоотдачей боковой панели как 3:2. То есть свет фары всегда будет сильнее на треть.
Всё уместилось. Аккумулятор помещается в корпус без усилий, но и свободы перемещения в нём у него нет. Нашлась подходящая «ниша» и для общего, фары и боковой панели, подстроечного резистора.
Доступ к нему есть и при собранном фонаре, так, что при необходимости всегда можно выполнить соответствующую регулировку.
Видео
На момент производства видеосъёмки более просторного тёмного помещения, чем ванная комната к сожалению не оказалось, но прошу принять к сведению мои заверения, что фара фонаря прекрасно работает на расстояние в 10 метров и даже более. Автор проекта - Babay iz Barnaula .
Обсудить статью ЗАМЕНА СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ В ФОНАРЯХ
За последние несколько лет ассортимент источников питания значительно расширился. Батарейки и аккумуляторы специально создаются для обеспечения производительной и долгой работы Вашего устройства.
Качество батарейки влияет на время и качество работы устройства. Если Вы используете высококачественный батареи, то фонарь будет работать значительно дольше. Использование качественных батарей также снижает риск её протекания. Поэтому Вы должны быть уверены в производителе, чей продукт вы выбираете.
Вы уже решили какой аккумулятор Вам необходим?
Производители батареек и аккумуляторов очень заботятся о Ваших нуждах и стараются удовлетворить Ваши ожидания. Мы хотим помочь Вам не растеряться при выборе батарейки. Мы решили протестировать источники питания по всем характеристикам – долговечность, плотность энергии, зарядка, разрядка, правила технического обслуживания и цена.
Никель Кадмиевые (NiCd) широко использовались в течение многих лет, на сегодняшний день они уже устарели. NiCd применялись в устройствах с высоким уровнем разряда, долгим сроком эксплуатации и невысокой стоимостью. Главный минус данного источника питания – содержание токсичных металлов, таких как кадмий. Именно по этой причине они были признаны неэкологичными. Данные аккумуляторы должны перерабатываться и утилизироваться надлежащим образом.
NiCd аккумуляторы достаточно тяжёлые и имеют «эффект памяти». Когда вы заряжаете этот аккумулятор, предварительно не разрядив его полностью, он «запоминает» предыдущий уровень заряда и максимальный уровень заряда уже будет на этом уровне. «Эффект памяти» происходит из-за кристаллизации веществ батареи. Это приводит к сокращению срока службы. Для того, чтобы этого избежать, Вы должны полностью разрядить аккумулятор и полностью зарядить его снова.
Преимущества:
- Быстрая и простая зарядка – даже если Вы до этого долго не пользовались этим аккумулятором.
- Большое количество циклов зарядки/ разрядки – NiCd гарантирует более 1000 циклов зарядки/ разрядки.
- Возможность заряжать при низких температурах.
- Долгий срок хранения — в любых условиях заряда.
- Самая низкая цена.
- Доступны различных типов и размеров.
Недостатки:
- Сравнительно низкое аккумулирование энергии.
- «Эффект памяти».
- Не экологичны.
- Быстрая скорость разряда — требует зарядки после периода хранения.
Никель-металл-гидридные (NiMH) батареи меньше зависят от «эффекта памяти» и проще в обслуживании. Тем не менее, у них есть проблемы при очень низких или высоких температурах. Несмотря на это, они не содержат тяжелые металлы, они не требуют полной переработки. Никель-магниевые аккумуляторы отличаются более высокой плотностью энергии по сравнению с NiCd. Это означает, что Вы получаете больше времени автономной работы устройства без увеличения веса батареи.
Преимущества:
- На 30- 40% больше мощности, чем у обычных NiCd.
- «Эффект памяти» меньше, чем у NiCd.
- Требует меньшее количество циклов полного заряда/разряда.
- Простое хранение.
- Экологичны.
Недостатки:
- Ограниченный срок службы.
- Ограниченный ток заряда – если заряжать батарейку на высоких токах, то это значительно сократит её срок службы.
- NiMH нагреваются во время зарядки и требуют более длительного времени зарадки, чем NiCd аккумуляторы. Современные химические добавки увеличивают саморазряд за счёт более низкой плотности энергии.
- Работа аккумулятора ухудшается из-за хранения при высоких температурах- данные аккумуляторы следует хранить в прохладном месте и при условии заряда около 40%.
- Требует соблюдения некоторых требование — батарея должна быть полностью разряжена, во избежание кристаллизации внутренних веществ.
Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы – это новый стандарт современных источников питания. Такие аккумуляторы применяются в устройствах, для которых важен лёгкий вес и высокая мощность. Аккумулятор весит на 20-35% меньше NiMH, но гарантирует такую же мощность. Они не имеют «эффекта запоминания» как два предыдущих аккумулятора. Они не содержат опасных веществ. Но нуждаются в специальной обработке, так как литий очень легко воспламеняется.
Преимущества:
- Низкий саморазряд — скорость саморазряда значительно ниже по сравнению с такими аккумуляторами, как Ni-Cad и NiMH.
- Морозостойкость – эффективная работа даже при низких температурах.
- Повышенная плотность энергии позволяет повысить емкость аккумулятора.
- Не требуется периодической полной разрядки, нет «эффекта памяти».
Недостатки:
- Необходима дополнительная защита, чтобы избежать перезаряда/ глубокого разряда.
- Незащищённые устройства небезопасны для применения во многих устройствах.
- Вещество аккумулятора способно к «старению», даже если аккумулятор не используется. Поэтому следует хранить аккумуляторы с уровнем заряда 40% в прохладном месте.
- Умеренный ток разряда.
- Дорогостоящий — цена на 40% выше цены никель- кадмиевого аккумулятора (NiCd).
Общие правила эксплуатации
Так как аккумуляторы представлены в разных размерах, формах и типах, то будет не лишним запастись несколькими видами. Правильное хранение источников питания имеет много преимуществ. Например, продлевает срок эксплуатации. Для правильного хранения аккумуляторов необходимо следовать следующим правилам:
- Храните аккумуляторы в оригинальной упаковке. Хранение аккумуляторов в их упаковке гарантирует защиту от воздействия окружающей среды и контакта с другими металлами. Также это не даст Вам перепутать новые, полностью заряженные аккумуляторы, со старыми.
- Храните аккумуляторы в прохладном и сухом месте. Температура хранения должна быть около 15 °C.
- Хранить аккумуляторы следует с уровнем заряда 40%. Это снижает риск «старения».
- Следует избегать контактов отрицательных и положительных терминалов двух батарей.
- Устанавливайте пластиковые колпачки на терминалы батарей, когда Вы ими не пользуетесь. Некоторые батареи имеют пластиковые колпачки на терминалы. Их следует использовать, чтобы предотвратить саморазряд.
- Если вы не используете устройство, то достаньте из него батарею. Если батареи остаются в электронных устройствах, то они разряжаются быстрее.
- Никогда не храните батареи в морозильной камере, так как это снижает их способность заряжаться полностью.
Для того чтобы правильно эксплуатировать определённый тип аккумулятора лучше всего воспользоваться инструкцией от производителя. Также существует некоторые общие правила эксплуатации для всех типов:
Никель-кадмиевые аккумуляторы могут храниться как заряженные, так и разряженные. Длительное хранение может вызвать саморазряд и в результате чего реагенты деактивируются. Хотя батареи могут храниться при температуре от -20 ° C до + 45 ° C, высокая температура может спровоцировать ухудшение активных химических веществ внутри батареи. Лучше всего хранить в чистом, прохладном, сухом месте. После длительного хранения может понадобиться 2-3 полных цикла заряда-разряда для возобновления полной мощности.
Никель-металл-гидридные батареи должны храниться с уровнем заряда 40%. Так как для данного типа батарей характерен саморазряд во время хранения, то их желательно заряжать перед началом использования.
Литий-ионный аккумулятор. Нормальная температура хранения варьируется от -20°C до 60°C. Но для длительного периода хранения температура в пределах -20°C — 25°C предпочтительнее. Температура 15°C считается идеальной. Уровень заряда должен быть в пределах 30-50%.
Во время хранения батареям свойственна саморазрядка и разложение химического содержания. С течением времени растворители в электролите, могут проникать через изолирующий слой, в результате чего электролиты высыхают и теряют свою эффективность.
Следуя нашим подсказкам Вы можете значительно увеличить эффективность аккумуляторов и наслаждаться их работой в течение длительного времени!
При выборе или сборке нового светодиодного фонарика обязательно нужно уделить внимание используемому светодиоду. Если единственная задача будущего фонарика – это подсветка тёмного подъезда, то с этой задачей справится практически любой яркий светодиод белого свечения. Другое дело – желание заполучить портативный осветительный прибор с параметрами под более сложную задачу. В этом случае особое значение имеет световой поток, то есть способность фонаря выдать достаточно мощный луч и осветить широкую площадь пространства.
Светодиоды каких брендов находятся на топовых позициях, и какими характеристиками обладают их светоизлучающие диоды, применяемые в фонариках?
Основные характеристики
За качество света, излучаемого фонарем, отвечает светодиод, который можно без преувеличения назвать сердцем устройства. Стабильность сердечного ритма фонаря зависит от многих параметров, основными из которых являются ток потребления, световой поток и цветовая температура. Законодателем моды принято считать компанию Cree, которая выпускает широкую линейку сверхъярких и мощных светодиодов, в том числе и для фонариков. Современные карманные фонарики проектируют на одном светодиоде мощностью 1, 2, или 3 Вт. В одноваттном исполнении значение прямого тока составляет около 350 мА с падением напряжения 2,8-2,9 В.
Ток и напряжение двухваттного светодиода составляет около 700 мА и 3,0 В соответственно, а аналогичный кристалл в 3 Вт потребляет примерно 1000 мА и 3,2 В. Приведенные электрические показатели характерны для моделей светодиодов ведущих мировых брендов.
Интенсивность излучения, которую еще называют световым потоком, зависит от производителя и семейства светодиода. Паспортное значение светового потока мощных светодиодов принято замерять на максимально допустимом рабочем токе. Компания-изготовитель фирменных фонарей вместе с типом установленного светодиода, указывает количество выдаваемых изделием люмен.
К сожалению, часто на упаковке фонарика указываются завышенные характеристики, в том числе и световой поток. Причина этого проста - любой производитель хочет реализовать как можно больше товара.
Световой поток неразрывно связан с света. Современный светоизлучающие диоды способны излучать световой поток до 200 люмен на 1 ватт и могут производиться с любой температурой свечения: от желтовато теплого до холодного белого. Фонари с тёплым белым цветом излучения (T≤3500°K) наиболее приятны для глаза, но менее яркие. Освещение с нейтральной цветовой температурой(T=4000-5500°K) более эффективно позволяет рассматривать мелкие детали. Холодно-белый луч (T≥6500°K) в мощных фонарях с большой дальностью освещения, но в течение длительной работы раздражает зрение. 
В связи с невозможностью проведения точных расчетов, продолжительность жизни светодиодов рассчитывают методом экстраполяции. При температуре 25-50 °C их срок службы кристалла может превысить 200 тыс. ч., но это не оправдано экономически. Поэтому производители допускают повышение рабочей температуры до 85°C, экономя, таким образом, на охлаждении. Превышение порога в 150°C приводит к необратимым процессам выгорания кристалла и потере яркости.
Индекс цветопередачи (CRI) – качественный показатель, характеризующий способность светодиода освещать предметы без искажения их реального цвета. Для светодиодных источников освещения, в том числе и фонариков, показатель цветопередачи в 75 CRI и выше считается хорошим.
Важным элементом светодиода является линза. Она задаёт угол рассеивания светового потока, а значит, определяет дальность луча. В технических характеристиках светодиодов обязательно указывают значение угла излучения. Для каждой модели этот параметр индивидуален и может варьироваться от 20 до 240 градусов. Мощные светодиоды для фонариков имеют угол 90-120° и, как правило, комплектуются отражателем с дополнительной линзой в корпусе.
Несмотря на резкий скачок в развитии мощных многокристальных светодиодов, мировые лидеры продолжают выпуск менее мощные светодиоды. Выпускаются они в корпусах небольшого размера, не превышающего 10 мм в ширине или диаметре. Типовое значение тока таких светоизлучающих диодов не превышает 70 мА, а световой поток – 50 лм. Мощные фонарики на их основе постепенно исчезают с прилавков магазинов, ввиду худших технических характеристик и необходимости последовательно-параллельного подключения для повышения яркости. В сравнении с одним мощным кристаллом надёжность схемы и угол рассеивания нескольких таких элементов в одном корпусе намного хуже.
Отдельно стоит отметить четырёхвыводные светодиоды в корпусе P4 «SuperFlux» или «Пиранья», которые имеют улучшенные технические характеристики. У светодиодов «Пиранья» есть два важных преимущества, благодаря которым они востребованы:
- более равномерно распределяют световой поток;
- не нуждаются в отводе тепла;
- имеют низкую себестоимость.
5 крупнейших производителей
Переносной фонарик должен быть не только эргономичным, но и оснащенным надёжным светодиодным источником с высоким рабочим ресурсом без потери яркости. Чтобы не ошибиться с выбором, предпочтение следует отдавать производителям светодиодной продукции мирового уровня.
Подразделение японской компании Nichia долгое время удерживало лидирующие позиции в производстве светодиодов всех типов. Из-за высокой стоимости продукции и усиливающейся конкуренции со стороны Китая и Тайваня сегодня встретить их светодиоды в фонарях европейского рынка удается все реже. Однако, Nichia необходима миру, как двигатель прогресса. Ведь разработки японских компаний берут за основу их китайские и тайваньские коллеги. 
Мощные светодиоды для фонариков от всемирно известной компании Cree удерживают первенство не только на американском континенте. Выгодно выделяясь меньшей себестоимостью и высоким качеством, светодиоды от Cree доступны всем желающим европейского континента. Аккумуляторный фонарь на мощном кристалле от американского бренда – это надёжный друг в походе, ночной рыбалке и пр. 
Philips Lumileds – европейский производитель светоизлучающих диодов широкого спектра. Компания достигла определённого прогресса в построении систем наружного освещения функционального и архитектурного значения. Разработчики Philips Lumileds осуществляют комплексный подход в построении светодиодных систем, учитывая их дизайн, степень защиты и удобство пользования. 
Хорошо известная в России южнокорейская корпорация Samsung своевременно профинансировала своё подразделение по поиску новых светодиодных решений и теперь имеет полный цикл производства излучающих диодов. Samsung не ограничивается выпуском LED подсветки для собственных дисплеев. Их успехи распространились и на другие сегменты рынка: светодиоды большой мощности (в том числе и для фонарей), ультраяркие элементы для вспышки, а также модули внутреннего и внешнего освещения. 
Osram Opto Semiconductors прославилась отличными характеристиками светодиодов из серии Duris, которые выгодно отличаются высокой светоотдачей и индексом цветопередачи. Немецкая компания сделала ставку на внедрение светодиодных технологий в промышленные отрасли, ориентируясь на выпуск готовых специализированных ламп и светильников. В лабораториях Osram улучшают показатели светоизлучающих диодов не только видимого спектра, но и делают открытия в ИК, УФ и лазерном направлении. 
Доклады научных работников вместе с новостями о развитии искусственного освещения свидетельствуют о продолжающейся здоровой конкуренции между крупными корпорациями. Положительные тенденции развития светодиодных технологий мы видим в постоянно обновляемом модельном ряде фонарей, удивляющих своим дальнобойным лучом, высокой степенью защиты, способностью зарядки от солнечной энергии и прочими ноу-хау.
Читайте так же