Простой автоматический КСВ-метр со светодиодной шкалой

Автоматические измерители КСВ приобрели заслуженную популярность благодаря тому, что не требуют постоянной калибровки, что существенно упрощает сам процесс измерений и обеспечивают возможность непосредственного оперативного контроля качества согласования антенно-фидерного тракта при работе в эфире. Большое количество удачных схемных решений , предложенных радиолюбителями, можно условно разделить на две группы. К первой можно отнести решения на основе ШИМ[1,2,3,4 ], относительно сложные схемотехнически и состоящие как правило из двух блоков – собственно узла автокалибровки на 3-4х ОУ и блока индикации ( аналогового на стрелочном приборе-вольтметре или светодиодного цифрового со своим довольно сложным преобразователем). Ко второй группе, отличительной чертой которой является простота исполнения, можно отнести устройства на основе резистивных делителей[5,8,9 ]. Принципы построения и методика расчета КСВ-метра на основе резистивных делителей достаточно просто и доступно изложены в статье И.Гончаренко[5]. Очень привлекательны с точки зрения эргономики и дизайна, удобства визуального контроля КВС-метры со светодиодными индикаторами. Стоит отметить две важных особенности этих устройств:

1. Операция калибровки или автокалибровки как таковая отсутствует за ненадобностью. Точность измерения определяется только точностью подбора значений резисторов и чувствительностью компараторов.
2. Хорошее быстродействие позволяет рекомендовать их применение для оперативного контроля рабочего и аварийного состояний антенно-фидерного тракта. В этом случае достаточно производить отсчет 2-3х пороговых уровней, например, как в [8],но для комфортного применения в качестве основного измерителя КСВ число индицируемых уровней желательно увеличить до 5-7, лучше больше.

Предлагаемый вашему вниманию вариант автоматического светодиодного КСВ- метра с однополярным питанием имеет 10 уровней отсчета и отличается исключительной простотой благодаря применению доступной и недорогой микросхемы LM3194[6]. В этой микросхеме - специализированном контролере для управления линейными светодиодными шкалами, есть все, что нам необходимо – прецизионный десятиступенчатый делитель напряжения с линейным шагом деления 0,1, десять компараторов и схема управления светодиодами.

Принципиальная схема устройства приведена на рис.1 Напряжения прямой Uпрям и отраженной Uотр волны от высокочастотного датчика КСВ подается на соответствующие входы. Допустимая величина напряжения прямой волны Uпрям +1…+11В и выставляется во время настройки датчиков при подаче номинальной мощности передатчика на согласованную нагрузку. Но, чтобы нелинейность германиевых диодов датчика КСВ заметно не сказывалась на точности измерений, нижний предел желательно ограничить величиной порядка 2В. В качестве датчика КСВ можно применять любые известные устройства – на направленных ответвителях, на токовых трансформаторах или мостовые, многократно описанные в радиолюбительской литературе. Хочется порекомендовать для изготовления хорошую конструкцию Э.Гуткина , доступно и подробно описанную в [7].
Напряжение прямой волны через резистор R1 поступает на вывод 6 DA2 – верхнее плечо внутреннего резистивного делителя, представляющий собой 10 последовательно включенных одинаковых резисторов сопротивлением 1 кОм. Применение дополнительного внешнего резистора R1 позволило получить определенную гибкость в настройке порогов срабатывания компараторов и, соответственно, в выборе значений КСВ, индицируемых светодиодами. Для примера в таблицах 1-3 показаны варианты индикации значений КСВ при трех значениях резистора - 0, 2и 4кОм ( см.таблицы в приложении).
Эти цифры справедливы в том случае, если суммарное сопротивление внутреннего делителя равно 10кОм, но реально из-за технологического разброса может быть от 8 до 17кОм. Поэтому, для обеспечения высокой точности КСВ метра, предварительно необходимо измерить суммарное сопротивление внутреннего делителя, подключив омметр к выводам 4 и 6 DA2.
Лучше всего воспользоваться «китайским» цифровиком – у него в режиме омметра на выход подается малое напряжение ( не более 0,2В), что ниже напряжения открывания кремниевых p-n переходов и это обеспечивает высокую точность измерений. Измеренное значение Rвнутр надо подставить в таблицу в соответствующую ячейку и тогда вы сможете подобрать конкретную величину R1 под желаемую характеристику индикации. В авторском варианте Rвнутр=9,92кОм и выбранному алгоритму фактически соответствует табл.2
О назначении других элементов схемы. Резистор R2 выравнивает сопротивление нагрузки выпрямителей датчика КСВ, поэтому его величина равна сумме сопротивлений R1+ Rвнутр. Резистор R3 определяет ток через каждый светодиод Iсветодиода=12,5/ R3, в данном случае примерно 10мА. Конденсаторы С1,С2 защищают входы от ВЧ наводок. Перемычка между выводами 3 и 9 DA2 определяет режим работы шкалы – если замкнута, как на схеме - светящийся столбик, если разомкнута – светящаяся точка, т.е. горит только один значащий светодиод. Последний режим естественно экономнее, что важно при автономном питании. Если планируется только этот режим, то схему можно еще больше упростить, исключив стабилизатор DA1 и конденсаторы С5,С6, а аноды светодиодов подключить к общему питанию +12В.
Светодиоды можно применять любые доступные. Удобно применять импортные моноблоки из 10 независимых диодов в одном корпусе. В авторском варианте используется блок KingBright DC-763BWA, в котором 7 диодов зеленого цвета, а 3, соответствующие уровням КСВ >4 – красные.
Расчетные таблицы для простого автоматического КСВ метра
Литература

1. Погосов А. Автоматический КБВ-метр.—Радио, 1985, №10,с.20-21
2. Автоматические показания при измерении КСВ http://www.cqham.ru/swr_12.htm
3. Доброхотов И. Автоматический КСВ-метр http://www.cqham.ru/un7gm_swr.htm
4. Нечаев И. КСВ-метр с автоматической калибровкой.—Радио, 2005, №3,с.64-65
5. Гончаренко И. Индикатор КСВ-метра http://dl2kq.de/ant/3-21.htm
6. http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/M/3/9/LM3914.shtml
7. Гуткин Э.Измеряем КСВ:теория и практика.—Радио, 2003, №5,с.66-68, №6,с.61-63 http://www.cqham.ru/ma1.phtml
8. Кабаев А. Автоматический индикатор КСВ http://www.cqham.ru/swr14.htm
9. Нечаев И. Автомобильный автоматический КСВ-метр.—Радио, 2005, №6,с.68-69

С.Э.Беленецкий US5MSQ, г.Луганск