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Elektor

7-8/99

nologie begnügt er sich mit maximal 3 mW. Die integrierte
Überspannungssicherung schützt die Empfängereingänge gegen
Spannungen von mehr als

±

30 V. Ferner sind alle Anschlüsse

gegen elektrostatische Aufladungen bis ca. 2 kV geschützt.
Der Sender setzt die 5-V-Eingangssignale in RS232-Ausgangs-
signale um, die mittlere Ausgangsspannung beträgt

±

4,2 V. Vom

Empfänger werden die ankommenden EIA-232-Signale in logi-
sche 5-V-Signale umgesetzt. Mit den Eingängen sind interne 5-k-

Pulldown-Widerstände verbunden. Die garantierten Schalt-
schwellen liegen bei 0,4 V und 2,4 V. Die Hysterese der Schmitt-
Trigger-Eingänge beträgt 0,5 V; sie sorgt dafür, daß die Daten auch
unter schwierigeren Bedingungen richtig erkannt werden.
Der ADM101E wird im 10-Pin-Mikro-SO-Gehäuse hergestellt,
was seine Eignung für miniaturisierte tragbare Systeme noch
unterstreicht.

(994047gd)

019

Um Widerstandswerte im µ

Ω-Bereich messen zu können, arbei-

tet dieses µ

Ω-Meter mit einem Synchrondetektor. Vergleichbare

Meßschaltungen schicken oft sehr hohe Ströme durch das Meß-
objekt, die nicht selten unerwünschte Folgen nach sich ziehen.
Dagegen ist hier der durch das Meßobjekt fließende Strom äußerst
gering, denn nach dem Prinzip der Synchrondemodulation kön-
nen auch sehr kleine Spannungsabfälle am Meßobjekt gemessen
werden.
Der 1-kHz-Generator liefert eine Spannung von 10 V

SS

, durch den

unbekannten Widerstand R

TEST

fließt ein Referenzstrom von

1 mA. Meßverstärker IC1 und Präzisions-Opamp IC2a verstärken
die an R

TEST

abfallende Spannung um den Faktor 100000. Syn-

chrondetektor IC3 demoduliert das verstärkte Signal, anschließend
durchläuft das Signal den mit IC2b aufgebauten Tiefpaß. Der Tief-
paß unterdrückt alle nichtkorrelierenden Signalanteile wie Rau-
schen, Drift und Offsets, so daß die Ausgangsspannung propor-
tional zum unbekannten Widerstandswert ist. Die Beziehung zwi-
schen diesen beiden Größen lautet:

V

OUT

= 10·(2 V/

π)·R

TEST

·10

5

/10 k

Ω bzw.

R

TEST

= 0,0157·V

OUT

Dies entspricht einem Widerstand von 15,7 m

Ω pro Volt Aus-

gangsspannung.

(994045gd)

(Quelle: Analog Devices)

AD524

IC1

10

11

1

2

9

8

7

6

3

R

R2

10k

R4

100k

R5

100k

R1

10k

G1

C3

1

µ

R3

1 M

6

5

7

IC2b

2

3

1

IC2a

C2

1

µ

C1

1

µ

AD630

IC3

10

14

13

12

15 19 20 16

17

11

±

1

9

1

8

IC2

8

4

C4

100n

C5

10

µ

C6

100n

C7

10

µ

1kHz

IC2 = AD708

994045 - 11

TEST

15V

15V

15V

15V

25V

25V

15V

15V

µ

Ω-Meter

Entwurf von Fritz Hueber

Moderne Digitalmultimeter der höheren Preisklasse sind oft mit
einer Hold-Funktion ausgestattet, die den Meßwert festhält und
eine Ablesung auch nach dem Abheben der Prüfspitze ermöglicht.
Der nachstehende Beitrag zeigt, wie man mit einfachsten Mitteln
auch billigere oder ältere Voltmeter mit einer Hold-Funktion
versehen kann.
In modernen Vielfach-Meßgeräten wird der Hold-Meßwert in
einem A/D-Wandler digitalisiert und im Speicher abgelegt. Eine

solche Hold-Funktion ist eine ziemlich aufwendige Angelegenheit,
läßt sich aber für den ”Hausgebrauch” mit einer analogen Halte-
schaltung wesentlich einfacher und preiswerter realisieren. Der
Kern jeder Haltschaltung ist ein Kondensator, der auf die zu mes-
sende Spannung aufgeladen wird. Diese Spannung muß dann
möglichst verlustlos zur Anzeige bereit stehen. Bei Analogspei-
chern können aber eine ganze Reihe von Einflüssen zu Fehlfunk-
tionen führen. Vor allem bleibt die Ladung des Kondensators
durch Eigenentladung, Kriechstöme auf der Platine, den Ein-
gangsstrom des angeschlossenen Meßverstärkers sowie den Leck-

020

Hold-Adapter für Voltmeter

35

Elektor

7-8/99

strom in Richtung Eingangsverstärker zeitlich nicht
konstant, sondern nimmt langsam ab. Die Probleme
lassen sich aber durch die Wahl eines Kondensators
mit hohem Isolationswiderstands, ein geeignetes Pla-
tinenlayout, einen modernen CMOS-Opamp mit
einem Eingangswiderstand im Tera-Ohm-Betreich
und einen kleinen, aber feinen Trick lösen.
Die Kondensatorentladung ist durch den Leckstrom
einer normalen Si-Diode nicht gut zu beherrschen.
Weit günstiger ist es, eine lichtdicht abgeschirmte
LED zu verwenden. Der Leckstom (Sperrstrom)der
LED, der eigentlich ein Fotostrom ist, reduziert sich
auf diese Weise von einigen Nanoampere auf
wenige Picoampere. Diese Eigenschaft einer LED
ist seit rund 15 Jahren bekannt, wird aber wenig
ausgenutzt. Bei einem gemäß diesen Kriterien auf-
gebauten Mustergerät des Autors dauerte es
unglaubliche 30 Minuten, bis eine Ausgangsspan-
nung des Adapters von ursprünglich 1,000V um 1%
auf 0,990V abgesunken war.
Die Schaltung ist an Einfachheit kaum mehr zu
überbieten. Außer dem unvermeidlichen Eingangs-
Spannungsteiler und ein wenig Peripherie zur
Stromversorgung besteht sie im wesentlichen aus
zwei als Spannungsfolger geschalteten Operations-
verstärkern, einer LED und dem Speicherkonden-
sator.Der Eingangs-Spannungsteiler mit einem
Gesamtwiderstand von rund 2,5 M

Ω ist für praktisch

alle Anwendungen hochohmig genug. Der Teiler ist
für Eigangsspannungen von 2 V, 20 V und 200 V bemessen, wobei
das angeschlossene Voltmeter stets im 2-V-Bereich betrieben wird.
Auf den Teiler folgt ein Tiefpaß aus R4 und Cl, der Störspannun-
gen von IC1 fernhält. R4 fungiert mit D1 und D2 auch als Über-
spannungsschutz. Am Ausgang von IC1a sind die bereits erwähnte
LED D3 als Rückstromsperre und der Speicherkondensator C2
angeschlossen, ein hochwertiger MKT-Typ mit einer Arbeitsspan-
nung von 100 V (wegen des Isolationswiderstandes). Auf C2 folgt
mit IC1b ein weiterer Spannungsfolger, an dessen niederohmigen
Ausgang man bedenkenlos auch ein analoges Zeigerinstrument
anschließen kann. Parallel zu C2 liegt die Kurzschlußtaste S2, mit
der nach erfolgter Messung der Speicherkondensator entladen
werden kann.
S1b dient als Ausschalter (Position 1) und zur Kontrolle der
Betriebsspannung (Position 2). Durch die Dioden D4 und D5
leuchtet die Low-current-LED D6 nur bei Spannungen über etwa
2,8 V und zeigt damit an, wenn die Versorgungsspannung zu klein
geworden ist. Als Stromquelle ist so ziemlich alles möglich, von
einer 3,6-V-Lithiumbatterie bis zu einem 9-V-Block oder einem
Steckernetzteil. Der Stromverbrauch ist gering und liegt unter 1
mA. Der im Schaltbild angegebene Wert für R5 (390

Ω) gilt für

eine Versorgung bis etwa 5 V, bei einer 9-V-Batterie sollte er auf
1,2 k

Ω erhöht werden.

In den Schalterpositionen 3...5 fungiert S1b als Einschalter. Die
LED D6 ist dann nicht mehr in Betrieb. Die Schaltung nimmt im
Ruhezustand weniger als 1 mA, ohne Hold-Spannung 0,2 mA auf.
Nur beim Druck auf die Reset-Taste steigt der Strom kurzzeitig
auf etwa 1,2 mA an.
Für den Aufbau sollten nur erstklassige Einzelteile verwendet wer-
den. Für S2 ist ein guter Digitaster geeignet. Die LED D3 ist eine
normale rote Leuchtdiode (kein High-efficiency-Typ), die durch

mehrmaliges Tauchen in schwarzen Lack (mit dazwischen liegen-
den Trockenpausen) lichtdicht gemacht wird. Alternativ kann man
man die LED auch in schwarzen Isolierschlauch stecken und die
beiden Enden mit Vergußmasse verschließen. Achten Sie aus eine
gute Isolation der LED-Anschlüsse, um Kriechströme zu vermei-
den.Für das CMOS-IC sollte man eine hochwertige Fassung vor-
sehen.
Vor dem Einbau wird die komplett bestückte Platine von fettigen
Fingerabdrücken und allen Lötmittelrückständen mit Alkohol
oder Spiritus und einem harten Pinsel sorgfältig gereinigt.
Anschließend kann man die Lötseite noch mit Isolierspray lackie-
ren. Das beugt nicht nur feuchtigkeitsbedingten Kriechwegen vor,
sondern hält auch die Kupferbahnen schön blank.
Der fertig aufgebaute Adapter ist sofort und ohne jeden Abgleich
betriebsbereit. Nach dem Einschalten und nach jeder Messung
drückt man einmal die Reset-Taste für etwa 1 s, damit C2 sicher
entladen ist. Nach dem Loslassen der Taste können 2...3 mV Off-
setspannung angezeigt werden, was aber keinen Meßfehler verur-
sacht, solange die gemessene Spannung diesen Wert übersteigt.
Im Prinzip wäre die Schaltung auch für Wechselspannungen geeig-
net. C1 müßte dazu auf etwa 1 nF verkleinert werden, was eine
obere Grenzfrequenz um 1000 Hz ergäbe (-3dB). Wegen des
hohen Eingangswiderstandes und um Einstreuungen zu verhin-
dern, sollte an Stelle der Bananenbuchsen dann aber eine BNC-
Buchse treten. Das IC bildet wegen seiner asymmetrischen Ver-
sorgung zusammen mit D3 einen Einweg-Spitzengleichrichter. Bei
sinusförmigem Eingangssignal ist die Ausgangsgleichspannung des
Adapters daher um den Faktor 1,414 höher als der Effektivwert
der Eingangsspannung.

(994053)rg

K4

K3

K1

K2

6

5

7

IC1b

2

3

1

IC1a

D3

S2

C2

100n

MKT

C1

100n

D1

D2

1N4148

R4

100k

R1

2M21

1%

R2

221k

1%

R3

24k3

1%

S1a

S1b

K3

Bt1

R5

390

Ω

D4

D5

D6

IC1

8

4

C3

47

µ

16V

1

2

3

4

5

A

*

*

*

994053 - 11

1

2

3

4

5

B

see text

*

siehe Text

*

voir texte

*

zie tekst

*

IC1 = TLC272

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