1 Analogteil

RMS Millivoltmeter schematics analog part

Abb. 1.1: Schaltung des Analogteils.

Der RMS-Konverter AD736 (IC5) verarbeitet Eingangsspannungen von bis zu 200mV mit optimaler Präzision. Demzufolge sind Verstärkung bzw. Abschwächung je nach Messbereich daraufhin ausgerichtet.

Range selection

Abb. 1.2: Schaltstellungen der Messbereiche.

Der sonst übliche mehrstufige hochohmige Eingangsteiler mit schwierig zu bewerkstelligender Frequenzkompensation ist auf einen zweistufigen hochohmigen Eingangsteiler und mehrere niederohmige Teiler an den Ausgängen der OpAmps IC1 und IC3 aufgeteilt.

Der frequenzkompensierte 100:1-Eingangsteiler R1 bis R3 ist nur in den Messbereichen 20 und 200V wirksam. Mit einem Gesamtwiderstand von 1MΩ wie bei üblichen Oszillographen kann wahlweise mit einem 10:1-Tastkopf hochohmig gemessen werden. Messbereich dann 20mV bis 2.000V (wenn der Tastkopf das noch aushält).

IC1, ein LF356 mit FET-Eingang, belastet als Spannungsfolger den Spannungsteiler nicht. D2 schützt zusammen mit R5 den Eingang vor Überspannungen. Die verwendete Doppeldiode BAV199 zeichnet sich durch einen Leckstrom von <5nA und eine Sperrschichtkapazität von 2pF aus.

Die CMOS-Schalter CD4066 (IC2 und IC4) besorgen die Bereichsumschaltungen. Deren Durchgangswiderstände in der Gegend von 100Ω haben angesichts der hochohmigen Eingänge von IC3 und IC5 keine nachteiligen Auswirkungen. Mit der symmetrischen Spannungsversorgung ±5V sind die AC-Signale symmetrisch um GND.

IC2a bis IC2c bilden einen Umschalter, der in den Messbereichen 2 und 20mV an den 100 fach-Verstärker IC3 durchschaltet. Hier ist ein schneller OpAmp erforderlich (LF357 oder OPA604 mit einem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt von 20MHz oder LT1122 mit 14MHz). Unterstützend am oberen Frequenzende wirkt noch C9 in der Gegenkopplung von IC3; Einzelheiten dazu in Abschnitt 7. Im Messbereich 2mV schaltet IC4c zum AD736 durch, im Messbereich 20mV wird der 10:1 Spannungsteiler R15 bis R17 über IC4d wirksam.

Nach dem gleichen Prinzip aktivieren IC4a und IC4b die Messbereiche 200mV bis 200V, wobei für 20 und 200V zusätzlich der 100:1 Eingangsteiler geschaltet wird.

Die Schaltpegel für die sechs Messbereiche liefert der Digitalteil über ein zehnadrides Flachkabel an K2 und der zugehörigen Diodenmatrix D3 bis D10 (z.B. 1N4148). Trotz der auf den Steuerleitungen vom Digitalteil vorhandenen hochfrequenten Störsignale von einigen Millivolt haben wir keinen Einfluss auf die analoge Signalverarbeitung feststellen können.

Der RMS-Konverter IC5 ist nach Datenblatt [6] beschaltet. Für C12 und C13 sollten Low ESR- oder Tantal-Elkos eingesetzt werden. Der konvertierte DC-Ausgang geht über K3 an den ADC im Digitalteil, dort Konnektor K1.

Zwei zusätzliche Ausgänge über IC6 (TL082) ermöglichen die Beobachtung des NF-Signals mit einem Scope an K5 und die Anzeige des konvertierten DC-Signals mit einem kleinen Profil-Zeigerinstrument (100…500µA) an K4. Tendenzen, z.B. bei Frequenzgängen, sind damit leichter zu erkennen als mit der Digitalanzeige.