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  Präzisionsgleichrichter
 

Präzisionsgleichrichter




Um Sinussignale mit einem "normalen" Multimeter zu messen, wird ein Gleichrichter benötigt, der aus dem
Wechselspannungssignal ein entsprechendes Gleichspannungssignal generiert.
Der hier vorgestellte Präzisionsgleichrichter liefert das Gleichspannungssignal als Effektivwert und als Spitzenwert, für 2 Volt Eingangs-Wechselspannung (Spitze-Spitze) stehen somit die Gleichspannungssignale mit Betrag von 1,4142146 und 2,0 Volt zur Verfügung.
Die Behauptungen in einigen Foren, solche Gleichrichter laufen nur bis ca. 20KHz linear, kann ich hier nicht bestätigen, die Schaltung funktioniert bis 100 KHz ohne nennenswerte Abweichungen, bei 200 KHz ist lediglich eine Abnahme in der Ausgangsspannung von ca. 0,005 % vom Endwert zu verzeichnen - siehe nachfolgende Tabelle :





Der Abgleich der Schaltung erfolgte mit einem 1KHz-Sinussignal (2Vss).






Gesamtschaltung (ohne Netzteil)






Das Netzteil :




Für die Schaltung ist ein Lüfter (50mm) vorgesehen, der für gleichbleibende Temperatur-Verhältnisse sorgt.

Eingangsschaltung und Gleichrichter :






IC1, der Spannungsteiler um K1 und die Rückkopplungswiderstände bei K3 und K4 stellen einen Impedanzwandler mit Teilungen / Verstärkungen von 0,1 - 1,0 - 10 - 100 dar. Die Eingangsimpedanz beträgt etwa 270 KiloOhm. Der LF411 hat hier zwei Potentiometer zur Offseteinstellung : ein Trimmpoti (10K) und ein Mehrgangpoti - mit welchem Feineinstellungen vorgenommen werden können - hierzu kann ein Kurzschluss-Stecker (BNC) benutzt werden, welcher am Eingang gesteckt wird.
IC2 und IC3 stellen den Gleichrichter dar. Hier werden Dioden vom Typ 1N4148 benutzt, diese reichen vollkommen aus, um einen Bereich bis einige 100KHz abzudecken - Ultra-Fast oder Fast-Recovery-Dioden können zwar benutzt werden, jedoch stellen diese Dioden in dieser Schalttung keine Verbesserung dar.
IC2 und IC3 besitzen ebenfalls ein Trimmpotentiometer (idealer Weise 20- oder 25-Gang) zur Offseteinstellung.
Die Kondensatoren 3,3 µF und 47nF glätten die Ausgangsspannung an IC3.

Ausgangsstufe und Gleichspannungsoffset :




IC5 arbeitet als Impedanzwandler / Verstärker mit zwei Einstellungen für Effektivwert (K5-Stellung 1) und Spitzenwert (K5 - Stellung 2). Mit dem nachfolgenden Spannungsteiler und IC6 ist ein Ausgang für ein DMM verfügbar. Die Anschlüsse OUT werden an ein Multimeter angeschlossen.
IC4 stellt ein Einstellbereich von ca. +- 600mV als Gleichspannungsoffset zur Verfügung (z.B. Messung an einer Leistungsendstufe). Der Einstellbereich wird über zwei Dioden (D2), einer Stromquelle (T1) und einer Stromsenke (T2) erzeugt.


Schaltmatrix :




Für Relais vom Typ Takamisawa NA3W-K (3V, 3,3V) ist hier eine Schaltmatrix dargestellt,
welche alle Funktionen schaltet.





Abgleich :

idealer Weise sind alle Trimmpotentiometer 20- oder 25-Gang Typen z.B. 64Y oder 64W

Nach Anschluss aller Bauteile wird mit dem Potentiometer zwischen den Spannungsreglern 317 und 337 die Versorgungsspannung auf Symmetrie abgeglichen, dabei spielt es keine Rolle ob die 18V-Versorgungsspannung 17,85 Volt oder 18,1 Volt beträgt. Mit dem 500-Ohm Trimmpotentiometer kann ein Spannungsbereich von +-1400mV abgedeckt werden - dies ist für die Symmetrierung absolut ausreichend.
IC1 wird mit Verbindung des Eingangs mit GND auf 0 Volt Offset getrimmt - das 20KiloOhm.Poti bleibt dabei erst mal in Mittelstellung - mit einem geeigneten Multimeter (5,5 oder 6,5 Stellen) sind hier Werte um +-5µV erreichbar. Hiernach werden IC2 und IC3 auf optimale Werte abgeglichen.
Jetzt kann mit einem einem Sinussignal am Eingang die Spannung an Punkt B eingestellt werden (5-KiloOhm-Trimmer an IC3). Bei 2 Volt Spitze-Spitze am Eingang sollten hier 1380mV anliegen - bei einer eingestellten Verstärkung von 1. Ist dies erledigt, kann der Abgleich für den Spannungsteiler (K1) und die Verstärkungen (*10, *100) erfolgen. Bei den Verstärkungen ist ein Signal zu wählen, das nach der Verstärkung die Gleichrichtung in einen Bereich bis ca. 14 Volt erlaubt.
Für den Abgleich von IC5 und IC6 ist das 2 KiloOhm-Poti an IC4 so einzustellen, dass am Ausgang von IC4 (pin 6) eine Spannung von 0 Volt anliegt.
Hiernach kann der korrekte Wert für die Effektiv- und Spitzenwert-Spannung eingestellt werden :
K5-Stellung 1 für Effektivwert
K5-Stellung 2 für Spitzenwert
Im Schaltplan sind die Werte (für Effektivwert) angegeben.
Das Verhältnis Effektivwert zu Spitzenwert beträgt 1,414214.
Durch Verändern der Widerstände im Rückkopplungszweig (K5-2) von IC6 kann der Spitzenwert auch als Absolutwert (Spitze-Spitze) angezeigt werden, das Verhöltnis beträgt dann 2,828428 - in der jetzigen Dimensionierung wird der Spitzenwert zu GND (0 Volt) angezeigt.

Mit geeigneten Messgeräten und einem Sinusgenerator lässt sich der Präzisionsgleichrichter im Offset auf +-5µV absolut und in der Genauigkeit auf +- 0,02% vom Endwert abgleichen - und dies bis zu einer Frequenz von 100KHz bei einem Abgleich mit einem 1KHz-Signal.


Aufbauhunweise :

Die Leitungslängen im Eingang und der Gleichrichterschaltung bis IC3 sollen so kurz wie möglich sein !
Die gesamte Schaltung (ohne Netzteil) passt auf eine Platine mit den Maßen 100*160 mm.
Der Lüfter muss (!) eine eigene Spannungsversorgung haben - keine Verbindung zur Meßschaltung !









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