Вы часто выбрасываете недопитую банку лимонада или наполовину недоеденную колбасу? Конечно же никто так расточительно поступать не будет. Тогда почему отправляете на свалку элементы питания, в которых ещё осталось примерно 20-40 % энергии, ведь хороший Duracell стоит немалых денег? Конечно, для какого-нибудь цифрового градусника с токопотреблением 200 мА и минимально необходимым напряжением 1,3 вольта такие батарейки уже не подходят, но в них ещё достаточно Джоулей для питания чего-то более маломощного, например мультиметра, электронных весов или светодиодов в фонарике.
🔋 Сейчас вы узнаете о простейшей схеме, которая позволит практически полностью «высосать» остатки заряда из батареек типа АА, ААА и других похожих. Подходит устройство как для дешевых солевых, так и щелочных (алкалайновых).
Вот две проверенные схемы простого преобразователя напряжения DC-DC для питания маломощного потребителя от одного элемента 1,5 В. Такие схемы позволяют использовать почти «посаженные» батарейки, давая им «вторую жизнь».
Отличия схем:
- Левая схема — с PNP-транзистором, полярность питания обратная.
- Правая схема — с NPN-транзистором, классическая схема с положительной шиной вверху.
Компоненты схем:
- Tr1 — простой самодельный трансформатор с двумя обмотками по 10 витков, провод диаметром 0,3–0,5 мм.
- T1 — транзистор.
- R1 — резистор 50–100 Ом (задаёт ток базы).
- D1 — диод IN4007 (выпрямление).
- C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 16 В (сглаживание).
- LED1 — светодиод.
- S1 — выключатель.
- Bat1 — батарейка на 1,5 В.
Вот таблица с подходящими сюда типами транзисторов:
| Модель | Тип | Макс. напр. Vce (В) | Макс. ток Ic (А) | Коэфф. усил. hFE |
|---|---|---|---|---|
| KT361 | PNP | 45 | 0.1–0.2 | 50–250 |
| BC557 | PNP | 45 | 0.1 | 110–800 |
| 2N3906 | PNP | 40 | 0.2 | 100–300 |
| KT315 | NPN | 45 | 0.1–0.2 | 50–250 |
| BC547 | NPN | 45 | 0.1 | 110–800 |
| 2N2222 | NPN | 40 | 0.6 | 100–300 |
| 2N4401 | NPN | 40 | 0.6 | 40–300 |
| 2N3055 | NPN | 60 | 15 | 20–70 |
| TIP31 | NPN | 40 | 3 | 10–50 |
| TIP41 | NPN | 60 | 6 | 25–75 |
| MPSA42 | PNP | 300 | 0.5 | 100–1000 |
| MPSA92 | PNP | 300 | 0.5 | 100–1000 |
| S9013 | NPN | 45 | 0.8 | 40–320 |
| S9014 | NPN | 45 | 0.8 | 40–320 |
| 2N5088 | NPN | 30 | 0.1 | 100–300 |
Принцип работы схемы
- Начальный запуск: При замыкании ключа S1, ток начинает течь через R1 в базу транзистора, открывая его. Через транзистор начинает протекать ток коллектора, проходя одну из обмоток трансформатора.
- Индуктивная накачка: Ток вызывает рост магнитного поля в трансформаторе, индуцируя напряжение во второй обмотке. За счёт обратной связи трансформатор усиливает сигнал, пока транзистор не закроется (самоосциллирующий режим).
- Преобразование: На выходе (вторичной обмотке) возникают короткие импульсы высокого напряжения. Диод D1 пропускает только положительные импульсы, заряжая конденсатор C1. Конденсатор накапливает энергию и питает светодиод LED1.
Применение:
- Использование почти разряженных элементов питания.
- Учебные и демонстрационные проекты.
- Мини-светильники, маячки.
С такой схемы — простого самодельного повышающего преобразователя на трансформаторе с 1 элементом питания (1–1,5 В) — можно получить пиковое напряжение до 20 В, но полезное напряжение на выходе (на C1) будет около 3–5 В и ток: 5–20 мА, в зависимости от качества намотки трансформатора, транзистора, сопротивления R1 и параметров батарейки.
| Параметр | Примерное значение |
|---|---|
| Напряжение питания | 1–1.5 В |
| Выходное напряжение (сглаженное) | 3.0 – 5.5 В |
| Максимальный ток на светодиод | ~10–20 мА |
| КПД схемы | ~30–60% |
Факторы влияющие на выходные параметры
- Чем меньше сопротивление R1 → тем выше ток базы → выше ток коллектора → выше напряжение.
- Хороший ферритовый сердечник (например, от старого БП) улучшит трансформацию.
- Ёмкость C1 влияет на уровень сглаживания и пульсации.
Если убрать светодиод и поставить нагрузку 500 Ом вместо него (напряжение снимать с конденсатора C1), схема будет по-прежнему работать как повышающий преобразователь, но с постоянной нагрузкой.
- Если схема не справляется с нагрузкой, напряжение может упасть до 2–3 В, и ток соответственно тоже снизится.
- Значение сильно зависит от качества трансформатора, питания, типа транзистора, и точной настройки R1.
- Если сопротивление будет меньше (например, 100 Ом), ток вырастет, но схема может «просесть» по напряжению.
Подходящие ферритовые кольца
| Кольцо | Материал | D (мм) | d (мм) | h (мм) | Магн. пр. (µ) | Применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FT-37-43 | Феррит 43 (NiZn) | 9.4 | 5.1 | 3.3 | ~850 | Широкополосные трансформаторы, ВЧ |
| FT-50-43 | Феррит 43 | 12.7 | 7.1 | 4.9 | ~850 | Повышающий трансформатор 1–10 В |
| FT-50-61 | Феррит 61 | 12.7 | 7.1 | 4.9 | ~125 | Для более высоких частот (~MHz) |
| T50-2 | Порошковое железо (Type 2) | 12.7 | 7.1 | 5 | ~10 | Низкочастотный импульсный трансформатор |
| К10х6х4 | Российское кольцо Ф2000НМ | 10 | 6 | 4 | ~2000–3000 | Импульсные преобразователи 50–100 кГц |
В данном случае использовалось советское кольцо диаметром 20 мм марки М2000НМ (было под рукой и мотать проще). Провода от витой пары ПК. Начало одного соединяем с концом другого и на батарейку.
Оптимальное число витков
Для ферритового кольца (d ~10 мм, проницаемость µ ≈ 800–2000) и частоты ~50–100 кГц:
- 10 + 10 витков — самое универсальное решение.
- 6 витков → для большей мощности и меньшего напряжения.
- 15 витков → для более высокого напряжения, но с меньшим током.
| Что нужно? | Что делать с витками |
|---|---|
| Больше напряжения | Увеличить витки вторичной |
| Больше тока | Уменьшить витки вторичной |
| Больше частота | Уменьшить витки в целом |
| Меньше нагрев | Толще провод + оптимум витков (обычно 10) |
Ток потребления самого инвертора минимум 6 мА при 0,3 вольта. При 1 вольте около 12 мА.
Как получить 9 В
В принципе, этот преобразователь способен увеличить напряжение иногда до 9 В и выше, особенно с очень малой нагрузкой.
- Без нагрузки — легко: При низком токе (например, <1 мА) на C1 может накопиться 7–12 В, особенно если ёмкость большая и LED1 убран.
- С малой нагрузкой (высокое сопротивление): При нагрузке от 1–5 мА схема может вытянуть до 9 В.
- При более высоком токе (10–20 мА): Напряжение может просесть до 4–6 В, зависит от правильно подобранного резистора R1 (обычно 50–100 Ом) и витков обмотки.
От этой схемы можно даже цифровой мультиметр M830 (или его клон) питать, но с рядом оговорок. У M830 потребляемый ток: 1–2 мА (в режиме измерения постоянного напряжения), хотя на диодах и малых омах более 5 мА.
🔋 Схема может выдать 9 В если убрать светодиод и подключить конденсатор 47–100 мкФ на 16 В, на выходе реально получить 7–10 В. Если нагрузка ≈ 1 мА (как у мультиметра), схема может обеспечить питание, хотя будет нестабильной — при касании щупами источника/напряжения напряжение может проседать.
Проблемы которые могут быть:
- Пульсации — выход не стабилизирован, и мультиметр может глючить (например, отображать странные значения).
- Просадка при измерениях — особенно на малых диапазонах (мВ), когда нужно стабильное питание.
- Медленный старт — сначала схема должна «раскачаться» (зарядить конденсатор, начать генерацию), что займёт 0.5–2 сек.
- Неавтономность — схема требует стабильного запуска: кнопка, батарея, не должно быть плохих контактов.
Решение проблем:
- Подключить стабилитрон напряжением стабилизации 9 В (например, КС156А, 1N4739A, BZV55C9V1, и другие подходящие) параллельно выходу.
- Перед ним желательно увеличить зарядный конденсатор (например 100 мкФ).
- Можно добавить ограничительный резистор (~100 Ом) последовательно со стабилитроном для защиты от бросков.
🔋 Важно: убедитесь, что схема реально способна выдать чуть больше 9 В без нагрузки, иначе стабилитрон не сработает (он начинает стабилизировать, когда напряжение выше номинала).
Далее остаётся лишь собрать это в красивый и компактный блочок (в термоусадке или залив термоклеем), подключенный к держателю батареек, куда и вставлять по мере надобности подсевшие элементы, полностью выкачивая их заряд. В общем собирайте устройство и получайте плюс в радиолюбительский навык и в экологическую карму!
