Как я делал SWR метр 4

Продолжение. Начало смотри - "Как я делал SWR метр 3"

"Фильм.  Часть седьмая. Тут можно поесть. Потому что я не видал предыдущие шесть"  :-)

Прежде чем вы начнёте читать дальше рекомендую всё-таки предыдущие материалы прочитать. Революционно нового нет ничего, но мне не придётся давать ссылки на каждую предшествующую схему или тезис.  Основываясь на проделанных опытах я рисую свою схему измерительной головки SWR метра.

Трансформаторы описаны ранее. Резисторы два по 50 Ом - не по 100. Суммарное сопротивление 25 ом которые шунтируют обмотку трансформатора тока.  Выпрямитель с удвоением напряжения. Ёмкости по 10 нанофарад сразу у концов дросселя. А выход из экранированной коробки детектора напряжения через проходные конденсаторы от 10 до 100 нанофарад. Что найдёте.

Теперь собственно переходим к отображаюшей части нашего прибора. Логическое ударение на слове прибор. Если помните, мы говорили про то что уже не хотим "показометр", а постараемся приблизить нашу модель к понятию "измеритель".  Измерение выпрямленного напряжения будет производится аналого-цифровым преобразователем Ардуино. Автоматическое изменение диапазона измеряемого напряжения так же будет осуществлять Ардуино с помощью несложной электрической схемы. Что бы не отнимать лавры первенства (или славы:-) у Сергея, UT0IS, берём без изменений его вариант. Он хорош и нет нужды в нём что-либо переделывать. (Если честно, я бы исключил электролитические конденсаторы, но уважая его труд не буду менять ничего:-) Измерительную головку, кстати, тоже можете выполнить по его схеме.

   Работает это просто: при возрастании мощности напряжение на аналоговых входах Ардуино возрастает, и когда оно приблизится к 5-ти вольтам (верхний предел АЦП микроконтроллера) на его выходе  12 (а можно на любом другом) выходе появится логическая единица. То есть напряжение около 5-ти вольт.  Назовём это напряжение "Devider ON".  Два транзистора VT1, VT2 откроются этим напряжением и "соединят с землёй" нижние концы резисторов R9 и R16, тем самым шунтируя резисторы R12 и R13. Таким образом выполнен аттенюатор напряжения примерно на 10.

Как вы видите в схеме присутствуют 4-ре подстроечных резистора которыми устанавливаются значения прямой и отражённой волн в двух диапазонах мощности: 100 и 1000 ватт.

Несмотря на наличие опорных измерительных резисторов в схеме детекторной головки (два по 100 Ом чтобы поднять суммарную дозволенную мощность на этих резисторах) шкалу прибора всё равно придётся калибровать. То есть "доводить" стрелку до конца шкалы при максимальной мощности передатчика вращая потенциометр.  А всего их 4-ре.  Рассмотри  проблемы с нелинейным отображением проходящей через прибор мощностью. На рисунке ниже вольт амперная характеристика диода и поЯсняющие линии :-)

Совершенно очевидно что мы будем детектировать ток (после трансформаторов тока), пропуская его через сопротивления на землю получим напряжение прямо пропорциональное току, но искажённое нелинейной характеристикой диода. Характеристика становится еще более нелинейная при включении диодов в схему с удвоением напряжения.  Точнее увеличится крутизна характеристики из-за чего её начальный участок станет более нелинейным. Чёрным цветом показана желаемая (линейная) характеристика описываемая законом Ома с учётом коэффициента К, отражающим конкретные характеристики нашей электрической схемы: омическое сопротивление проводников, соотношение величин сопротивления и получаемого на вход схемы тока и т.д.   Продвигаясь в этом же направлении можем заметить что дела еще хуже, чем кажется на первый взгляд.

Если мы попробуем подавать через нашу детекторную головку мощность в антенну и попробуем измерять детектируемое напряжение при каждом конкретном значении мощности то увидим кривую которая нас очень расстроит.  Во-первых мы увидим "мёртвую зону" Z, обусловленную тем, что даже германиевый диод не может детектировать напряжения менее 0,3-0,4 В. Далее будет граничная зона в которой погрешность  так же будет очень велика из-за малых значений измеряемого напряжения. Потом нелинейность диодов. Потом квадратичная зависимость  мощности от напряжения. А как известно одна дождинка еще не дождь, но а если их много? Нелинейно отображающая напряжение головка микроамперметра, неточный шунт, округление в квадратичной зависимости или любых других вычислениях? А при делении напряжения при возрастании мощности (второй поддиапазон) степень ошибки увеличится во столько же раз. А  ещё "ручная" доводка потенциометрами вообще не даст нам назвать свой девайс измерительным прибором :-(

Становится понятным что напряжение отражающее реальную величину проходящей мощности имеет более сложный вид, точнее формулу. Идея компенсировать недостатки каждой отдельно взятой детекторно-измерительной системой математикой для получения точного значения (соответствия) проходящей мощности позаимствована (с его любезного разрешения) у Геннадия UN7FGO. Подробнее можно почитать у него на сайте -   gen-gen.ru

Первым делом можно модифицировать схему трансформаторов тока для устранения мёртвой зоны. На рисунке ниже два резистора R3 и R4 по 25 ом при прохождении по обмотке трансформатора и детектору тока,  "приподнимают" нижнюю точку детектора до начала линейного участка.  Так сделано в КСВ метре Daiwa CN801.

  Но далее всё равно остаются несоответствия изменения декретированного напряжения проходящей мощности по причинам перечисленным выше. То есть зависимость (функция) мощности имеет вид квадратичного уравнения, но уже с коэффициентами:

P=a*Uквадрат+b*U+c, 

где a,b и c коэффициенты описывающие нашу реальную конкретную плату детектора. Построив такую функцию мы заставим устройство  корректировать само себя путём учёта этих коэффициентов в расчёте мощности по полученному напряжению.  Построив график зависимости изменения напряжения в нескольких точках, далее можно получить точный закон изменения выпрямленного нашим устройством напряжения.

 В статье Геннадия рассказано, как получить эти коэффициенты с помощью Excel из пакета Microsoft Office. В сокращённом виде, без описания его скетча для Ардуино, методика определения коэффициентов a,b и c для последующей корректировки формулы подсчёта проходящей мощности по детектированному напряжения описана им на сайте "Свободный Микрофон".
 Построив приблизительный график для конкретного устройства "по точкам", поручим Excel построить функцию максимально приближенную к зависимости нашего устройства и высчитать коэффициенты для последующего использования в формуле расчёта Ардуино. Цитируя Геннадия, "В результате мы измерили и получили математическое описание сделанной нами системы измерения подручными средствами. Причем мы сразу учли все недостатки и нелинейности нашей как измерительной, так и детектирующей системы, заменив тем самым сложные электронные преобразования математикой, не заморачиваясь на подбор значений элементов схемы и режимов их работы.." Эти меры очень сильно повышают точность показаний самодельного измерителя. Само отображающее устройство на Ардуино уже готово, останется только ввести в формулу подсчёта мощности эти коэффициенты и прибор готов. Не забывайте, что с неравномерностью показаний в зависимости от частоты мы поборолись ранее, добившись линей ной зависимости в КВ диапазоне.
Продолжение: " Как я делал SWR метр 5"