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Elektor

7-8/99

Entwurf von Fritz Hueber

LED-Voltmeter sind - besonders für Reparatur- und Service-
Arbeiten - gern verwendete Spannungsmesser. Ihr einziger Nach-
teil ist ihre relativ geringe Auflösung von 10% des Bereichs-End-
werts. Das hier beschriebene Gerätchen erreicht durch einen ein-
fachen Trick eine doppelt so hohe Auflösung und mißt auch NF
mit geringem Fehler.
Fast alle LED-Voltmeter verwenden als LED-Treiber das bekannte
IC LM3914, das maximal zehn LEDs ansteuern kann. Bei einem
Bereichs-Endwert von 2 V entspricht der Spannungssprung von
einer LED zur nächsten 200 mV. Fügt man der Meßspannung eine
Rechteckspannung hinzu, die genau dem halben Spannungssprung
entspricht (also 100 mV), blinkt beim Übertreffen dieser Schwelle
die nächsthöhere LED. Damit ist die Auflösung des LED-Volt-
meters verdoppelt.
Bild 1 zeigt die Schaltung des LED-Voltmeters, das für die Meß-
bereiche 2 V und 20 V ausgelegt ist. Zunächst reduziert der Ein-
gangspannungsteiler die sinusförmige Meßspannung etwa auf die
Hälfte beziehungsweise 1/20. C1...C3 frequenzkompensieren den
Teiler für Frequenzen bis über 10 kHz. Die Dioden D1 und D2 bil-
den (zusammen mit R1+R2) den üblichen Schutz gegen Über-
spannungen. IC1a arbeitet lediglich als Impedanzwandler.
Zur Messung von Wechselspannungen folgt mit IC1b ein aktiver
Gleichrichter, der sich durch gute Linearität auszeichnet. Während
einer positiven Halbwelle verhält sich der Opamp wie ein norma-
ler invertierender 1fach-Verstärker (R5 = R6). Der Ausgang von
IC1b wird negativ, D4 leitet, so daß sich C4 auf die Spitzenspan-
nung des Eingangssignals auflädt. Während der negativen Halb-
welle ist der Ausgang positiv, D4 sperrt, aber die Gegenkopplung
bleibt über die jetzt leitende Diode D3 erhalten. Bei Gleichspan-
nungen wird der Gleichrichter über S2 einfach ignoriert.
IC1d ist ein Summierverstärker, der die Meßspannung und die
Rechteckspannung addiert. Da der Summierverstärker invertiert,
der LED-Treiber aber ein positives Signal verlangt, müssen die
Eingangsspannungen für IC1c negativ gegenüber Masse sein. Dies
erklärt auch die ungewöhnliche Polung des Gleichrichters und der
Eingangsbuchsen.
Der LED-Treiber IC2 ist konventionell geschaltet. Vor dem Ein-

gang (Pin 5) befindet sich noch ein Siebglied (R10/C6), mit dem
Jumper JP1 kann der Anzeigemodus gewählt werden (gesteckt:
Balkenanzeige, nicht gesteckt: stromsparende Punktanzeige). An
Pin 7 (REFOUT) liegt die lC-interne Referenzspannung von 1,25
V, die (mit P2 einstellbar) über RHI die Empfindlichkeit der
Anzeige bestimmt. Der aus REFOUT über P2 und R11 fließende
Strom legt auch den LED-Strom (circa 1,7 mA) fest. Natürlich
sollten High-efficiency-LEDs zum Einsatz kommen.
IC1c ist besagter Rechteckgenerator, der in der angegebenen
Dimensionierung mit etwa 1,6 Hz schwingt. Die Frequenz kann
an R14 den eigenen Wünschen in weiten Grenzen angepaßt wer-
den. Der Oszillator-Ausgang steuert den Transistor-Schalter T1,
der die negative Spannung von -2,5 V periodisch dem Span-
nungsteiler R17/P3 zuführt. An P3 wird dann der genaue Wert der
Rechteckspannung eingestellt, der über R8 zum Meßsignal addiert
wird. Die Spannungsversorgung verwendet eine Referenzdiode
D6 (LM385LP2.5), die auch bei schwankendem Strom und abneh-
mender Batteriespannung dafür sorgt, daß die negative Versor-
gungsleitung konstant 2,5 V unter Masse bleibt. Damit ist auch die
Spannung an P3 unabhängig vom Zustand der Batterie.
D5 bildet einen Verpolungsschutz und ist für einen möglichst klei-
nen Spannungsverlust als Schottky-Diode ausgeführt. Die Batte-
riespannung darf bis etwa 5,5 V absinken, ohne daß die Genauig-
keit der Anzeige stark abnimmt. Eine Einschaltkontrolle ist aus

JP1

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D16

D15

D14

D13

R11

6k8

5k

P2

C5

100n

C11

100n

C10

100n

C3

220p

R10

100k

R9

10k

R7

10k

R8

10k

R6

10k

R5

10k

R15

15k

R14

27k

R12

100k

R1

2M2

1%

R2

2M2

1%

R3

220k

1%

R2

22k

1%

C2

40p

C1

40p

S1

2

3

1

IC1a

6

5

7

IC1b

S2

D3

1N4148

D4

1N4148

C4

100

µ

16V

D2

1N4148

D1

1N4148

10k

P1

13

12

14

IC1d

C6

1

µ

63V

100

Ω

P3

REFOUT

REFADJ

LM3914

IC2

MODE

SIG

RHI

RLO

L10

17

16

15

14

13

12

11

10

L9

L8

L7

L6

L5

L4

L3

L1

18

L2

9

5

8

4

6

7

3

2

1

R17

3k3

T1

BC547B

R16

100k

9

10

8

IC1c

C7

10

µ

16V

R13

100k

Bt1

9V

C8

220

µ

16V

C9

220

µ

16V

LM385LP2.5

D6

S3

D5

BAT85

IC1

4

11

CW

CW

CW

2V

20V

K1

K2

IC1 = TLC274

2V5

6V

6V

2V5

2V5

994096 - 11

6V

078

Hochauflösendes
AC/DC-LED-Voltmeter

Technische Daten

Meßbereich

100 mV...2 V, Auflösung 100 mV (AC/DC)

1 V...20 V, Auflösung 1 V (AC/DC)

Frequenzbereich

10 Hz...>10 kHz ± 0,2 dB

ca. -2 dB bei-100 kHz

Eingangsimpedanz

circa 4,6 M

Ω

||20 pF

Stromversorgung

9-V-Blockbatterie

Stromaufnahme

Stand-by 5 mA

max. 6 mA (Punktanzeige)

max. 20 mA (Balkenanzeige)

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Elektor

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Energiespargründen nicht vorgesehen, kann aber mit einer weite-
ren LED (mit Vorwiderstand 2,2 k

Ω vom Ausgang von IC1d an

Plus) leicht realisiert werden.
Vor der ersten Nutzung muß das Voltmeter kalibriert werden. Als
erstes kontrolliert man den Eingangsteiler. Dazu wird an den
Meßklemmen eine Gleichspannung von 2 V (Plus an K2!) und ein
DVM an den Ausgang von IC1a angeschlossen. Steht S1 in der
Stellung 2 V, so muß das DVM etwa die Hälfte davon anzeigen.
Schaltet man den Meßbereich auf 20 V um, muß das DVM genau
1/10 des vorher angezeigten Werts ermitteln.
Als nächstes wird die Gleichspannungseinstellung durchgeführt.
Mit S2 in Stellung = und provisorisch kurzgeschlossenem P3 wird
eine mit einem genauen Vergleichsvoltmeter gemessene Gleich-
spannung von 2 V oder 20 V an den Eingang gelegt (S1 entspre-
chend einstellen). Nun dreht man an P2, bis die oberste LED D16

gerade eben aufleuchtet. Zur Einstellung von P3 wird der Kurz-
schluß wieder aufgehoben und die halbe ”Endspannung” an den
Eingang gelegt, zum Beispiel 10 V. Jetzt sollte die 10-V-LED D11
alleine (im Balkenmodus natürlich mit D7...D10 zusammen) auf-
leuchten. Sollte die nächsthöhere LED schon blinken, dreht man
P3 Richtung Masse, bis das Blinken verlischt. Nun wird die Ein-
gangsspannung auf 11 V erhöht und P3 so eingestellt, daß die 12-
V-LED D12 (12 V) gerade zu blinken beginnt. Erhöht man die
Eingangsspannung weiter auf 12 V, so muß D12 ständig leuchten.
Im Punktmodus kann theoretisch stets nur eine LED aktiv sein.
In der Praxis leuchtet bei einer Erhöhung von 10 V auf 11 V
zunächst D10 dauernd und D11 beginnt zu blinken. Erst bei einer
weiteren minimalen Erhöhung blinken die beiden LEDs gleich-
zeitig, bis LED D10 gänzlich verlischt. Besser ablesbar, aber auch
stromintensiver als die Punkt- ist die Balkenanzeige.
Zum Wechselspannungsabgleich stellt man zunächst die Trimmer
C1 und C2 ein. Dazu bringt man C1 in Mittelstellung, schließt
einen Tongenerator am Knoten R1/R2 (Masse an K2) an, stellt S1
auf 20 V und den Generator auf 100 Hz Sinus. Mit einem DVM
(=) wird die Gleichspannung an C4 ermittelt (sollte nicht mehr
als 1,4 V betragen, S2 in Stellung ~). Nun verstellt man bei kon-
stanter Amplitude den Generator auf 10 kHz und dreht an C2, bis
das DVM den gleichen Wert wie vorher anzeigt.
Jetzt klemmt man den Generator an K1, stellt S1 auf 2 V und wie-
derholt die eben beschriebene Prozedur mit gleichen Frequenzen
und mit C1. Da sich die Einstellungen der Trimmer gegenseitig
beeinflussen, sollte man den gesamten Wechselspannungsabgleich
mehrfach durchführen, wobei C1 immer in Schalterstellung 2 V
und C2 bei 20 V nachgestellt wird. Ein sauber abgeglichener Tei-
ler ist bis 10 kHz so gut wie linear. Die Trimmer sollte man nur mit
einem isolierten Schraubendreher abgleichen.
Schließlich muß man sich noch um die Empfindlichkeit küm-
merhn. Dazu legt man ein definiertes 100-Hz-Signal an den Eingang
und stellt mit P1 eine entsprechende Anzeige auf der LED-Zeile
ein. Die Anzeige erfolgt als Effektivwert eines Sinussignals. Damit
ist das LED-Voltmeter einsatzbereit.

(994096)rg

D8

blinkend

dauernd

994096 - 12

D7

D10

D16

D9

t

U

in

Entwurf von Günter Böhme

Um ein bistabiles Relais an einer einfachen Versorgungsspannung
zu betreiben, sind in der Regel zwei Spulen erforderlich. Der
gemeinsame Anschluß liegt wie in Bild 1a an Masse, während ein

Impulstaster den zweiten Anschluß von Spule 1 kurzzeitig mit
+U

b

verbindet und so das Relais in eine Ruhelage schaltet. Ein

gleicher Impuls an Anschluß von Spule 2 bewirkt, daß das Relais
in die andere Ruhelage kippt. Damit das Relais umschalten kann,

Re1

4

1

3

2

12V

C

C

S2

RESET

S1

SET

12V

994068 - 11

S2

RESET

S1

SET

12V

D1

15V

D2

15V

Re1

12V

T2

BC547

T1

BC547

R2

10k

R1

10k

994068 - 12

079

Bistabiles Relais
mit einfacher Betriebsspannung