Gleichrichter-Vorsatz für DVM

Gleichrichter-Vorsatz für DVM Zweck Diese kleine Schaltung dient dazu, Wechselspannungen im Audiobereich (20 Hz ... 20 kHz) mit einfachen DVM messen zu können. Solche DVM können im Wechselspannungsbereich (ACV) meist nur Spannungen im Frequenzbereich von 40...400 Hz "halbwegs" korrekt messen. Um das Problem zu lösen, wandelt die Schaltung die zu messende Wechselspannung (Veff) in eine Gleichspannung gleicher Höhe (Veff = VDC). Das DVM wird also zur Anzeige der Wechselspannung mit diesem Meßvorsatz auf VDC (Gleichspannungsmeßbereich) eingestellt. Die Schaltung kann natürlich auch in einem eigenen Gehäuse mit zusätzlichen Anschlußbuchsen (J1... J3) als eigenständiges Gerät aufgebaut werden. Hinweis: Es handelt sich hierbei nicht um eine TRUE RMS-Messung, d. h. die Meßwerte stimmen nur für einzelne Frequenzen ("Sinustöne"). Daten • Eingangsspannung:

0... 3,5 Veff (≈ 10 Vss), bei Verwendung eines 9 V~ Steckernetzteiles

• Frequenzbereich: 10 Hz - 100 kHz (-0,5 dB), 20 Hz - 40 kHz (-0,1 dB) • Eingangswiderstand: 10 MΩ • Spannungsversorgung: +/- 12 V, < 2 mA , durch Steckernetzteil 9 V~ Kosten Bauteile mit Lochrasterplatine als Einbauversion: ca. 4,00 € Steckernetzteil 9 V (z. B. Pollin Best.-Nr. 350 419): 1,45 € Schaltung

Bild 1: Schaltplan

Bei der Schaltung handelt es sich um einen Vollweggleichrichter, der mit den Germanium-Dioden D1 bis D4 um den Operationsverstärker (OPV) IC1 (TL072) aufgebaut wurde. Der Kondensator C1 verhindert, daß Gleichspannung an den Eingang des OPV gelangt, weil diese sonst mitgemessen würde. Da der OPV als nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerschaltung) betrieben wird, ist sein Eingangswiderstand sehr hoch (ri typ. 1012 Ω) Der Eingangswiderstand der Schaltung wird daher von R1 bestimmt und beträgt 10 MΩ. Durch den Elko C2 ist die Gegenkopplung über R2 für Gleichspannung aufgetrennt, was wirkungsvoll Offsetspannungsfehler unterdrückt, da die Schaltung dadurch einen Verstärkungsfaktor von 1 für DC hat. Es erübrigt sich daher, die vorhandene Offsetspannungskorrektur am IC (Pins 1 und 5) zu beschalten. Durch das Widerstandsverhältnis R2/R3 = 1k8/2k0 = 0,9 wird der Verstärkungsfaktor so eingestellt, daß die Ausgangsgleichspannung über R3 genau dem Effektivwert der Eingangswechselspannung entspricht. Im Labormuster ergab sich der genaue Wert nach Parallelschalten eines Widerstandes von 100 kΩ (R2a) zu R2. Um Ungenauigkeiten des verwendeten DVM auszugleichen,

kann man R2 auch als Trimmer (2,2 kΩ) auslegen und damit den Anzeigewert korrigieren. Zum Abgleich ist natürlich ein zusätzliches, "richtig" anzeigendes DVM nötig. C3 bildet mit R3 einen Tiefpaß, der dafür sorgt, daß auch bei niedrigen Frequenzen (< 20 Hz) die Anzeige des DVM ruhig steht. Die Doppelspannung (+/- 12 V) zur Versorgung des IC wird "on board" aus einer Wechselspannung von 9 V (Steckernetzteil) erzeugt. Diese Lösung ermöglicht es auch dem Unerfahrenen, diese Schaltung gefahrlos aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Bei der positiven Halbwelle wird C4 über D5 positiv aufgeladen, bei der negativen Halbwelle C5 über D6 negativ. Bei dem niedrigen Stromverbrauch der Schaltung (typ. 1,4 mA) lohnen sich keine Spannungsregler zur Siebung der beiden Versorgungsspannungen. Statt dessen werden die Spannungen über die beiden Siebglieder R4-C6 und R5-C7 ausreichend geglättet. Falls die Schaltung mit höheren Spannungen (max. +/- 18 V am IC!) versorgt werden soll, ist darauf zu achten, daß die Elkos die entsprechende Spannungsfestigkeit aufweisen. Aufbau Die Schaltung läßt sich auf einer kleinen Streifenrasterplatine (22,8 x 53,3 mm) aufbauen (Bild 2) und in der Meßbox unterbringen. An der Meßbox muß lediglich eine weitere Bohrung für die Spannungsversorgungsbuchse vorgesehen werden. Soll die Platine im Gehäuse verschraubt werden, sollten die Abmessungen der Platine auf jeder Seite ca. 5 mm größer gewählt werden. Es ist darauf zu achten, daß die Schrauben keine leitende Verbindung der Leiterbahnen zum Gehäuse erzeugen. Schritt für Schritt 1. Streifenraster-Platine 9 Streifen hoch und 20 Löcher lang (22,8 x 53,3 mm) durch Ritzen mit einem Cuttermesser und anschließendes Brechen an einer geraden (Tisch-)Kante zuschneiden. Anschließend Kanten mit Schmirgel oder Feile glätten. Evtl. Kupferseite mit feiner Stahlwolle oder feinem Schmirgel (600er) für bessere Lötbarkeit "polieren". 2. Leiterbahnunterbrechungen (23 Stück) markieren und mit Cutter oder kleinem Fräser ("Dremel") auftrennen. Achtung, einige Unterbrechungen liegen zwischen zwei zu bestückenden Löchern! Unterbrechungen mit Ohm-Meter oder Durchgangstester überprüfen! 3. Drahtbrücken auf Unter- (5) und Oberseite einlöten (4). Drahtstärke ~ 0,5 mm. Feine Lötkolbenspitze benutzen. Darauf achten, daß benachbarte Löcher nicht "zulaufen". 4. IC Fassung einlöten. Darauf achten, daß die "Pin 1"-Kennung links oben liegt. Fassung zuerst nur an zwei gegenüberliegenden Pins anlöten und kontrollieren, ob Fassung aufliegt. Ggf. korrigieren. 5. Widerstände einlöten. R4 und R5 werden "stehend" eingelötet. 6. Dioden bestücken. Auf richtige Polung (Ring) achten. Zügig löten. Besonders die Germaniumdioden D1 - D4 sind wärmeempfindlich! Man kann mit einer Klemmpinzette, die an den Drahtanschluß auf der Platinenoberseite geklemmt wird, für eine Wärmeabfuhr und damit Schutz der Diode sorgen. 7. Kondensator C1 einlöten, dann die Elkos C2 bis C7 - dabei auf deren Polung achten. 8. An den Anschlußpunkten (IN+, IN-, M+, M-, 2x ~) dünne Litzen (0,14 bis 0,22 mm) anlöten. 9. An den Litzen "~" zum Steckernetzteil passende DC-Einbaubuchse anlöten. Polung spielt hier keine Rolle. 10. Steckernetzteil mit Platine verbinden und einschalten (einstecken). DVM auf 20 VDC einstellen, und schwarze Leitung des DVM (0V / COM) an "IN-" anschließen. An Pin 4 der Fassung müssen ca. -12 V und an Pin 7 ca. +12 V anliegen. An allen anderen Pins der Fassung darf keine Spannung (= 0 V) anliegen. 11. Netzteil ausschalten und IC (Polung!) einsetzen. Dazu evtl. vorher die zwei "Beinchenreihen" des IC auf Tischplatte etwas andrücken, damit der Reihenabstand mit dem Abstand in der Fassung übereinstimmt. 12. Platine in der Meßbox entspr. Bild 4 verkabeln. Die Platine kann mit doppelseitigem Klebeband oder Schmelzkleber befestigt werden.

Stückliste Bezeichner IC1 C1 C2,C3,C4,C5,C6,C7 D1,D2,D3,D4 D5,D6 R1 R2 R2a R3 R4,R5 MP1 MP2 J4

XP1

Anz 1 1 6 4 2 1 1 1 1 2 1 1 1

Wert TL071 µ1/63V RM 5 Elko, radial 100 µF/16 V AA143 1N4001 10 M 1k8 1% 100k *¹ 2k0 1% 1k Fassung 8pol DIP Streifenraster RM 2,54 75 x 100 DC-Einbaubuchse *¹ siehe Text

1 Steckernetzteil 9 V~/800 mA

Lieferant Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt

Best.-Nr. TL071 DIP MKS-2-100n rad 100/16 AA 143 1N 4001 Metall 10M Metall 1k8 Metall 100k Metall 2k0 Metall 1k0 GS8 H25SR075 HEBL21

Pollin

350 419

Bild 2: Bestückungsseite

Bild 3: Lötseite

Bild 4: Verdrahtung in der Meßbox

EP 0,25 0,07 0,04 0,35 0,02 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,03 0,64 0,64 SUMME:

GP 0,25 0,07 0,24 1,40 0,04 0,08 0,08 0,08 0,08 0,16 0,03 0,64 0,64 3,79

1,45

1,45