Завершення складання LCR-метра + перехід на акумуляторне живлення

Уже, мабуть, років два в мене лежить плата LCR-метра, і все було б добре, але користуватися ним у напівготовому вигляді не дуже зручно, тож вирішив доробити корпус і заодно переробити живлення.


Взагалі, корпус, дисплей, акумулятори й купа різних дрібниць для нього в мене вже лежали, але через постійну зайнятість зовсім не було на це часу. І ось потроху я починаю завершувати розпочаті проєкти, та й узагалі доробляти все те, що відкладалося останні рік-півтора.
У процесі я даватиму посилання на огляди того, що використав, а також посилання на товар, огляду якого не було. Насправді він особливо й не потрібен, просто покажу його в процесі.




LCR-метр і корпус: перший я оглядав, і він став досить популярним, а про другий знімав відео. Корпуси в мене трьох видів: чорний з AliExpress, світлий із Banggood і ще один чорний, але куплений уже офлайн. Я вирішив використати той, що з AliExpress.

Спочатку намагався вставити плату разом із роз’ємами, але зрештою відмовився від цього з двох причин:
1. Вона заважала індикатору
2. Мені просто не подобаються роз’єми BNC — ну от не люблю я їх за те, що з часом у них починає зникати контакт.

До речі, у корпусі була зламана одна внутрішня стійка біля гвинта кріплення нижньої частини. І мені дивно не лише те, навіщо вона там, а й те, як її взагалі можна зламати. Але пластмаса тверда, нагадує полістирол, з якого раніше робили корпуси різної техніки.

Випаяв роз’єми й перемикач, але практика показала, що роз’єм живлення я випаяв дарма — довелося потім припаяти його назад.


Накидав передню панель, намагаючись умістити все в задані розміри. У продавця була версія приладу в точно такому самому корпусі, але там використовувалися інша плата власне вимірювача й інша плата клавіатури. У моєму випадку я використав новішу версію, яку зараз усюди й продають. Якщо комусь треба, можу викласти файл із Front Designer, але зверніть увагу на калібрування принтера.


За пробним роздруком свердлю круглі й вирізаю прямокутні отвори, приміряю. Тут я використав пластикові стійки, але під стійки індикатора довелося підкласти шайби — хотів, щоб він був урівень із передньою панеллю.
Зазвичай у панелі роблять виріз лише для самого екрана, але мені такий варіант не подобається, бо тоді дисплей сильно втоплений, а я зазвичай виводжу його повністю.


Далі підбирав місце для плати. Було два варіанти розташування: перший здався мені незручним, а другий, хоч і скорочував довжину проводів до клавіатури й особливо до дисплея, вимагав укоротити саму плату та прокласти довгі проводи до вимикача.


Зрештою зупинився, мабуть, на класичному варіанті розташування. До речі, у такому вигляді роз’єм для підключення щупів розташований точно біля середини плати, тож паяти проводи дуже зручно.


Дисплей і клавіатура підключалися екранованим восьмижильним кабелем. Для клавіатури екранування не важливе, а от проводам до дисплея воно не завадить, адже прилад вимірювальний, і наведення від кабелю мені зовсім не потрібні.
Щоправда, довелося добряче все ущільнити й порушити одне з правил — використати екран як сигнальну та силову землю, адже 9 ліній — це мінімум, потрібний для підключення дисплея:
1. живлення
2. земля
3. 4 лінії даних
4. 3 лінії керування

Резистор регулювання контрастності довелося перенести на плату дисплея. У підсумку вийшло 8 проводів + екран, яким підключена земля.


За задумом прилад мав живитися від акумулятора, і зроблено це не тому, що я збираюся кудись його возити. Причин дві:
1. користуюся ним рідко, а розетки часто зайняті, тож акумуляторне живлення буде дуже доречним
2. прилад досить чутливий до живлення, а особливо до завад від нього, тому акумулятори — найкраще рішення з погляду чистоти живлення.

Але акумулятори треба чимось заряджати, і тут я однозначно хотів, щоб у приладу залишилося живлення від 12 вольт, тому що:
1. спеціальний зарядний пристрій вічно десь губиться, а вбудовувати його я взагалі не бачив сенсу.
2. блоки живлення на іншу напругу треба шукати, а 12 вольт завжди під рукою.

Уся складність була в тому, що акумуляторна збірка має діапазон 9–12.6 В, тому використовувати ані підвищувальний, ані знижувальний перетворювач незручно: перший створить проблеми, коли акумулятори розряджені, а другий не зможе повністю їх зарядити.

Рішення — застосовуємо SEPIC. Із того, що валялося вдома, було два: маленький на базі 34063 і великий заводського виготовлення.
Перший запрацював, але якось криво, та й струм був лише близько 200-240мА, тому взяв другий. Тим паче він може заряджати більшим струмом, та й із ним реально забезпечити діапазон вхідної напруги приблизно 5-15В, що ще більше розширює вибір блоків живлення.



Трохи про доопрацювання. Спочатку хотів перетворювач на базі контролера 34063, бо він сам уміє працювати в режимі CC — треба лише підібрати резистори обмеження струму. Але низький ККД і мала потужність змусили застосувати інший перетворювач, про який я вже розповідав.
Доопрацювання полягало в установленні примітивної схеми обмеження струму, яка додає режим CC.
На схемі перетворювача (вона була в огляді) я додав усі елементи, які використовував, їх виділено синім кольором. Крім того, на платі було перерізано одну доріжку між вихідним конденсатором і вихідним майданчиком.

1. Резистор 1Ом задає струм, напруга на ньому відкриває транзистор, із колектора якого напруга надходить на вхід FB ШІМ-контролера плати. За вказаних номіналів струм заряджання — близько 600мА.
2. Регульований стабілітрон TL431 відповідає за індикацію розряджання акумулятора. Налаштовано на 10 вольт, або 3.3 вольта на комірку, тобто після ввімкнення індикації залишається ще достатньо часу, щоб закінчити роботу, а потім поставити пристрій на заряджання.
3. Світлодіод зі спільним катодом. Довелося додатково застосувати два стабілітрони на 3.6 вольта (можна ставити в діапазоні 3.3-4.7). Без них світлодіод CC (зелений) не світитиме, оскільки напруга на колекторі транзистора буде лише близько 0.5В, а зі стабілітроном становитиме 0.5+напруга стабілітрона. Мінус такого рішення в тому, що струм обмежуватиметься лише тоді, коли на виході буде близько 4-5 вольт, але в мене збірка 3S, тому це не критично.
У колі індикації розряджання стабілітрон потрібен тому, що навіть коли TL431 відкрита (напруга в нормі), на ній буде 2.5В, і світлодіод світитиме, коли не треба. Насправді вистачило б навіть 1-2 діодів, увімкнених послідовно зі світлодіодом, але стабілітрон був під рукою.

Схема примітивна, але працює стабільно й без проблем: під час заряджання світиться зелений світлодіод, а коли акумулятор зарядиться — гасне. Коли акумулятор розряджається, світиться червоний.
Схема дає змогу заряджати прилад навіть під час роботи й фактично працює як найпростіше джерело безперебійного живлення, але через те, що пульсації можуть впливати на роботу приладу, краще так не робити. Також, звісно, можна просто живити прилад від зовнішнього блока живлення.


Так, монтаж, звісно, так собі, особливо вузол контролю напруги, але якось не хотілося травити плату. Вирішив, що й так згодиться, та в будь-якому разі все надійно :)


Для живлення використав китайські майже безіменні акумулятори, які пролежали в мене вже п’ять років: китайские почти безымянные аккумуляторы, про них я теж колись робив огляд.
Звісно, можна сказати, що акумулятори — мотлох, реальна ємність близько 2000мАч. Але я був дуже здивований, коли під час заряджання після 5 років лежання вони взяли лише близько 1Ач, а віддали 2Ач. Тобто саморозряд за 5 років становив лише 50%, що для нонейма більш ніж чудово. Ємності мені вистачало, фірмових у мене зазвичай по 2 або 4 штуки, та й не було сенсу в акумуляторах великої ємності чи з великим струмом віддачі. Хоча я думав поставити ці, ємністю під 3500мАч, але навіщо, якщо приладу навіть таких вистачить на весь робочий день...

Два прогони показали, що найбільшу ємність мають акумулятори 1, 3 і 4, але я використав 1, 2 і 3, бо здалося, що в акумулятора 4 великий саморозряд на початковому етапі, тобто після вимкнення заряджання.


Власне, можна сказати, що складання приладу завершено. Дисплей VATN підійшов дуже добре: чіткі білі символи на чорному тлі. Як я писав в огляді, де показував, як доопрацювати його для заміни звичайного 2004, це, звісно, не OLED, але набагато краще за звичайні. Рекомендую.


Передня панель — зі звичайного самоклейного паперу, зверху наклеїв звичайний широкий скотч. Так я робив багато панелей для своїх пристроїв і можу сказати, що вигляд цілком нормальний. Ось той блок, який я зробив понад 5 років тому, досі має цілком пристойний вигляд. Тільки раніше я використовував звичайний папір, закріплюючи його по краях тим самим скотчем, яким захищав передню поверхню. Із самоклейкою помітно зручніше, але будьте уважні під час друку: я так випадково надрукував панелі зворотним боком і помітив це, лише коли вирізав :(


Трохи про роз’єм для під’єднання щупів.
Мені не подобалося мати чотири роз’єми, тому вирішив замінити їх на один багатоконтактний. І тут будьте уважні.
Я використав 8-контактний роз’єм: 4 сигнали + 4 землі. Мінімально потрібно 6 контактів — 4 сигнали й 2 землі.
Річ у тім, що земля спільна лише для перших трьох роз’ємів, у четвертого вона хоч і з’єднана електрично з першою, але має іншу трасу й з’єднується в окремому місці.
Крім того, на контактні майданчики, розташовані ближче до компонентів (виділені синім), виведено лише землю четвертого роз’єму. У трьох перших є п’ятачок, але він ні з чим не з’єднаний — мабуть, просто забули з’єднати із землею. Я під’єднував до контактів, виділених червоним.


Оскільки роз’єм один, довелося ще трохи помудрувати з контактами, які використовуються. Як бачите, під’єднання зроблено не "навмання", а контакт входу (Hc) оточений земляними контактами інших сигналів. Так я хоч трохи зменшив вплив інших сигнальних контактів. На другому зображенні червоним позначено сигнал, чорним — землю.
Креслення з боку передньої панелі, тобто зовнішніх контактів.


До речі, щодо роз’єму: взяв найзвичайнісінький ("авіаційний" роз’єм діаметром 16 мм на 8 контактів. купував на Ali, але загальна якість роз’єму так собі. Контакти панельної частини паяються не дуже добре, а кабельна частина могла б фіксуватися трохи надійніше. Загалом — на чотири з мінусом.
Продаються комплектами, тож тепер у мене є одна вільна панельна частина. Можна навіть зробити ще якийсь прилад під ці щупи.


На мій погляд, користуватися одним багатоконтактним роз’ємом набагато простіше й зручніше, ніж чотирма BNC. Та й, як я писав, надійність контакту в BNC мені зовсім не подобається.


Чотири штатні кабелі спочатку категорично не хотіли входити в роз’єм, упиралися, ізоляція зрізалася, тож довелося трохи розточити його надфілем, хоча, мабуть, радше не розточити, а заокруглити гострі краї.
В іншому все вийшло нормально. Єдине — про всяк випадок обмотав сигнальний кабель скотчем, щоб його обплетення не з’єдналося з обплетенням інших кабелів.
Крім того, думаю, чи варто під’єднати до землі ще й корпус роз’єму. За ідеєю, під’єднується земля четвертого роз’єму, на платі вона позначена символом заземлення.


Тепер у мене є два зручні кабелі й вісім штекерів BNC, які ніде використати, а викинути шкода...


Демонстрація роботи із закороченими щупами та резистором 1 мОм.


Чи можна сказати, що на цьому все? Ні, бо є ідея зробити всередині корпусу відсік для зберігання щупів. Корпус дуже високий для цієї плати, і фактично приблизно половина висоти простоює. Хочу зробити ззаду виріз, дверцята у вигляді шторки, а всередині облаштувати відсік так, щоб дроти не потрапляли куди не треба й не пошкодили нутрощі.
Тоді дроти завжди будуть під рукою й не займатимуть місця в шафі, та й загубити їх буде складніше.

Ну а щодо самого приладу, то можна сказати, що все: він працює. Залишилося, мабуть, про всяк випадок провести повне калібрування, хоча він і так уже працює.