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