Индикатор низкого заряда батареи 3 В на MN13811 — мигает, когда пора менять

Индикатор следит за напряжением трёхвольтовой батареи: когда оно падает ниже 2,4–2,6 В (порог ранга G микросхемы MN13811 по даташиту), светодиод начинает мигать. В покое схема почти ничего не потребляет: сама микросхема не больше 5 мкА при питании 5 В.

Схема собрана на детекторе напряжения Panasonic MN13811-G и двух транзисторах, которые образуют мультивибратор. Для другого напряжения берут микросхему с другим порогом: по даташиту серия выпускается на 17 рангов от 2,0 до 4,9 В.

Ниже — принцип работы, выбор порога, замены деталей, сборка и проверка порога от регулируемого источника.

Разряженную батарейку замечаешь, когда прибор уже не включается. Индикатор предупреждает заранее: светодиод начинает мигать, пока батарея ещё живая. Особенно полезно для литиевых аккумуляторов: глубокий разряд им вредит.

Схема

В основе — детектор напряжения на микросхеме Panasonic MN13811-G. При падении напряжения питания ниже порога (у ранга G по даташиту — от 2,4 до 2,6 В) её выход активируется; выход у MN13811 — N-канальный с открытым стоком.

Два транзистора Q1 и Q2 с цепью C1–R4 образуют мультивибратор, который заставляет светодиод мигать. Схема рассчитана на трёхвольтовые батареи.

По даташиту Panasonic на серию MN1380 сама микросхема потребляет не больше 5 мкА при питании 5 В.

Рабочее питание микросхемы — от 1,5 до 6 В. Ток всей схемы зависит от остальных деталей и в покое определяется утечками, поэтому его лучше измерить мультиметром.

Как работает индикатор

Пока напряжение батареи выше порога, выход микросхемы не активен, мультивибратор выключен, светодиод не светится. Схема практически не потребляет тока, и батарея не расходуется.

Когда напряжение падает ниже порога, микросхема включает мультивибратор, и светодиод мигает. Мигание заметнее постоянного свечения, поэтому его легко увидеть издалека.

Другое напряжение

Микросхемы серии MN13811 выпускают на разные пороги: по даташиту 17 рангов от 2,0 до 4,9 В. Для другого напряжения возьмите микросхему с нужным порогом, остальную схему менять не придётся.

Для литиевого аккумулятора выясните минимально допустимое напряжение у вашего элемента и выбирайте порог с запасом.

Замены

Детали подбираются по параметрам. Ниже — что можно менять.

BC548.Обычный маломощный n-p-n транзистор; отечественный аналог — КТ373А.
BC558.Маломощный p-n-p; для замены берите любой маломощный с близким коэффициентом усиления.
Светодиод.Берите яркий, чтобы заметить мигание сразу; он включён через токоограничивающий резистор R5.
MN13811.Если нужного ранга нет, ищите детектор напряжения с таким же порогом и выходом с открытым стоком; сверяйте по даташиту.

Замена деталей может сдвинуть частоту мигания, поэтому после замены проверьте схему.

Сборка

Индикатор, собранный на макетной плате с батарейным отсеком

Собирайте схему аккуратно, микросхема боится перегрева. Ниже — четыре правила.

Короткая пайка.Не держите паяльник долго на выводах микросхемы.
Полярность.Перепутаете полярность батареи — можно погубить микросхему и транзисторы.
Электролит.Конденсатор C2 на 100 мкФ ставьте по знаку «+».
Проверка перед включением.Убедитесь, что нет замыкания между плюсом и минусом.

Перед включением полезно прозвонить плату мультиметром: так вы заметите перемычку припоя между дорожками.

Проверка порога

Лабораторный блок питания подключён к маленькой плате

Порог проверяют от регулируемого источника питания или батареи с резистором. Проверка занимает несколько минут.

Подайте 3 В.Подключите регулируемый источник вместо батареи; светодиод не должен гореть.
Снижайте напряжение.Уменьшайте напряжение медленно, следя за показаниями мультиметра.
Зафиксируйте порог.При значении в пределах порога вашего ранга (для ранга G — 2,4–2,6 В по даташиту) светодиод должен начать мигать.
Проверьте возврат.Поднимите напряжение обратно: мигание должно прекратиться.

Если порог другой, проверьте ранг микросхемы: он указан в маркировке.

Типовые ошибки

Микросхема на другой порог.Индикатор срабатывает не там, где нужно.
Светодиод без ограничивающего резистора.Он перегорит или посадит батарею.
Напряжение выше допустимого.Схема подключена к батарее, чьё напряжение выше допустимого для микросхемы.
Перепутана полярность батареи.Можно погубить микросхему и транзисторы.
Долгий нагрев выводов.Микросхема боится перегрева.
Электролит C2 включён наоборот.Мигание нарушается, конденсатор может выйти из строя.

Где пригодится сегодня

Игрушки, пульты, самодельные датчики на батарейках. Сегодня то же делают детекторы напряжения серий типа TPS3xxx или встроенный АЦП микроконтроллера, но для схемы без программирования вариант с одной микросхемой остаётся понятным.

Что в итоге

Подходит: маломощные устройства на 3 В, где нужно заметное предупреждение. Не подходит: точное измерение уровня — для него нужен вольтметр.

Если вы только осваиваетесь, начните с материала с чего начать в электронике. Чтобы собрать такую схему без ошибок, пригодится разбор типовых ошибок на макетной плате, а прочитать схему — как читать схему.

Частые вопросы

Какой порог у MN13811-G?

По даташиту Panasonic у ранга G порог от 2,4 до 2,6 В. Индикатор начинает мигать, когда напряжение батареи падает ниже этого значения.

Если нужен другой порог, берите микросхему другого ранга: серия выпускается на пороги от 2,0 до 4,9 В.

Чем заменить MN13811, если её нет в магазине?

Ищите детектор напряжения с таким же порогом и выходом с открытым стоком: например, микросхемы серий TPS3xxx, сверяясь с даташитом.

В российских магазинах радиодеталей выбор детекторов напряжения меняется, поэтому ориентируйтесь на параметры. Если микросхема другая, проверьте порог на регулируемом источнике.

Можно ли использовать схему для литиевого аккумулятора?

Можно, если порог микросхемы подобран под минимально допустимое напряжение вашего элемента. Это значение смотрите в документации на аккумулятор.

Если порог выбрать неверно, индикатор будет срабатывать слишком рано или слишком поздно. Для литиевой батарейки на 3 В (например, CR2032, её в России продают повсеместно) подходит ли ранг G, проверьте по кривой разряда вашей батарейки.

Сколько потребляет индикатор?

Сама микросхема по даташиту потребляет не больше 5 мкА при питании 5 В. Ток всей схемы зависит от остальных деталей.

Если ток важен, измерьте его мультиметром в разрыв питания, пока светодиод не мигает. Мигающий светодиод добавляет ток, пока батарея разряжена.

Светодиод мигает всё время или не мигает совсем — что проверить?

Проверьте напряжение батареи: если оно ниже порога, мигание нормально. Если выше, но светодиод мигает, возможно, неверный ранг микросхемы.

Если не мигает при низком напряжении, проверьте полярность, пайку и транзисторы. Прозвоните схему мультиметром и сверьте её с рисунком.