Индикаторы приборов для определения КСВ

Простые КСВ-метры на стрелочных или цифровых приборах с переключателем, а также автоматические индикаторы КСВ без калибровки и переключения

Существует большое разнообразие в схемотехнической реализации индикаторной части устройств, предназначенных для определения КСВ. Самое простое и наиболее часто используемое решение показано на Рис.1а.

Рис.1 Индикаторы КСВ-метров на стрелочных или цифровых приборах

Недостаток этого решения состоит в том, что при каждом измерении КСВ необходимо проводить калибровку. Для этого необходимо перевести переключатель S в положение "КАЛ", после чего с помощью потенциометра P добиться максимального отклонения стрелки прибора.
Затем переключатель устанавливается в положение "КСВ", где и считывается значение параметра КСВ. Хотя эти действия и не вызывают больших сложностей, однако многократное выполнение этих операций довольно утомительно.

Более удобной для практической работы представляется схема, изображённая на Рис.1б. Здесь установка максимального отклонения стрелки микроамперметра М1 производится при помощи сдвоенного потенциометра Р, а показание значения КСВ одновременно считывается с прибора М2.

Игорь Гончаренко (DL2QK) предлагает свой вариант индикатора КСВ-метра (Рис.2).

Особенностью этого устройства является то, что измерительный прибор (микроамперметр) является индикаторным, то есть с нулевым положением стрелки в середине шкалы.
Потенциометр вращается до тех пор, пока стрелка индикатора не достигнет своего нулевого положения. В этот момент и считывается значение КСВ со шкалы резистора.
Разумеется, для определения показаний в этом случае наносится шкала потенциометра, что гораздо проще, чем переделка шкалы измерительного прибора.

Рис.2 Индикатор КСВ-метра от Игоря Гончаренко (DL2QK)

А поэтому индикатор может быть небольших размеров (например, от уровня записи старого магнитофона, только там придется подвернуть крепления, чтобы сдвинуть стрелку в середину шкалы). Сам DL2QK пишет, что использование такого прибора уместно лишь при проведении антенных измерений, однако при работе непосредственно в реальном эфире такой индикатор удобен не очень.

Автоматическое измерение КСВ при мощностях передатчика от 1 Вт до 1 кВт без какой-либо калибровки и переключения предлагает Harald Pietzko (DD2JI) на страницах журнала Funkschau №10, 1982, стр. 87...89, а со свободным переводом этого материала можно познакомиться по ссылке – (Ссылка на страницу).

Приведём схему и описание из источника.



Рис.3 Схема индикатора автоматически работающего КСВ-метра

В качестве регулирующих элементов на схеме (Рис.3) работают полевые транзисторы Т1 и Т2, которые осуществляют функцию переключения, т. е. дискретно меняют своё сопротивление. Их сопротивление при напряжении затвор-исток 3 В составляет 50 Ом, при закрытых транзисторах (Uзи = - 3 В) - более 10 МОм. Транзисторы переключаются с помощью прямоугольных импульсов с крутыми фронтами, поступающих на их затворы, изменяется лишь скважность, т. е. временное соотношение между состояниями включено-выключено. Когда переключатели большую часть периода закрыты, напряжение на делителях R1T1 и R2T2 появляются только в виде коротких импульсов.
После интегрирования с помощью ФНЧ (R3, C3 и R4, C4) получаются постоянные напряжения, величины которых тем меньше, чем большее время переключатель во время периода такта закрыт. Таким образом, эти транзисторы с соответствующими резисторами заменяют переменный резистор. Коэффициент деления такого цифрового делителя напряжения всецело и однозначно зависит от скважности импульсов переключения. Разброс параметров транзисторов почти не оказывает влияния на идентичность обоих делителей.

Первая часть цепи регулировки состоит из дифференциального усилителя А4 и источника опорного напряжения R7…R9 и D1. Когда напряжение на инвертирующем входе превысит значение этого опорного напряжения, выходной уровень усилителя понижается.
На А1 собран генератор пилообразного напряжения, который, со своей стороны, управляет компаратором А2. Выход компаратора переключается на высокий уровень тогда, когда напряжение "пилы" перешагнёт значение напряжения на инвертирующем входе (вывод 2). Так получается сигнал прямоугольной формы с управляемым напряжением соотношением включено-выключено (скважностью), которое используется для управления переключателями в делителях напряжения.
При повышении входного напряжения Uпр, дифференциальный усилитель тотчас же понижает переключательный порог компаратора. Для переключателей формируются положительные управляющие импульсы большей ширины, и они дольше остаются закрытыми. При этом, уменьшается напряжение Uпр до величины, когда в схеме наступает равновесие, т. е. до величины опорного напряжения равного 140 мВ.



Рис.4 Печатн. плата и расположение деталей автоматического индикатора

Устройство можно разместить на печатной плате по приведённому на Рис.4 эскизу.

Для настройки предварительно входы Uпр и Uобр соединяются с положительным полюсом источника питания. С помощью потенциометра Р1 устанавливаем стрелку измерителя КСВ на конечную отметку шкалы - вот и вся настройка. Градуировка шкалы в единицах КСВ ничем не отличается от таковой в обычных КСВ-метрах.

Если устройство должно работать автономно от сети, то необходимо снабдить его источником питания (двумя плоскими батарейками напряжением по 4,5 В.). Батарейное питание прибора оказывается возможным по причине малого потребляемого им тока, всего 2 х 2 мА.
Если имеется только однополярный источник питания с напряжением 9...12 В, можно ввести его симметрирование с помощью резисторов R14 и R15 (Рис.5). Потребляемый ток возрастёт тогда до 8 мА. Следует быть внимательным, общий провод и отрицательный полюс источника питания - это не одно и то же.

Рис.5 Варианты питания индикатора

Для обеспечения правильной работы КСВ-метра на него нужно подать напряжение прямой волны, по крайней мере - 200 мВ. Максимальное напряжение, подаваемое на измеритель КСВ не должно превышать 15 В, чтобы не повредить транзисторы. Опытный образец прибора работал именно в этом диапазоне с симуляцией различных значений КСВ и показал точность не хуже +/- 1,5%. Такой точности вполне достаточно, ведь простые направленные ответвители, обычно применяемые в радиолюбительской практике, обеспечивают куда меньшую точность.

Переходим к ещё более простому индикатору для автоматического КСВ-метра на основе микросхемы LM3914 и линейки из десяти светодиодов. Изначально подобный "КСВ-метр c прямым отсчетом" был обнародован в журнале QST, February 1997 под авторством Билла Реммена (KA2WFJ). Однако через значительный промежуток времени очень похожая схема появилась и в журнале Радио №11, 2016, стр. 61, но уже под авторством Сергея Беленецкого (US5MSQ), причём без какой-либо ссылки на первоисточник. Схема опубликованного устройства приведена на Рис.6.


Рис.6 Схема светодиодного индикатора для автоматического КСВ-метра

Напряжения прямой Uпp и отраженной Uотр волн от датчика КСВ подаются на входы микросхемы DA1. Допустимое напряжение прямой волны: +1...+11 В. Его выставляют во время настройки датчиков при подаче номинальной мощности передатчика на согласованную нагрузку. Нижнее значение этого напряжения желательно ограничить на уровне примерно 2 В, чтобы минимизировать влияние нелинейности германиевых диодов датчика КСВ на точность измерений. Датчики прямой и отраженной волн - это любые известные устройства на направленных ответвителях, токовых трансформаторах или мостовые.

Напряжение прямой волны через резистор R2 поступает на вывод 6 DA1 - верхнее плечо внутреннего резистивного делителя, представляющего собой десять последовательно включённых одинаковых резисторов сопротивлением около 1 кОм. Ознакомиться с блок схемой LM3914 можно на странице - (Ссылка на страницу).
Применение резистора R2 добавляет определённой гибкости в настройке порогов срабатывания компараторов и, соответственно, в выборе значений КСВ, индицируемых светодиодами.
В приведённом варианте свечение светодиодов соответствует следующим значениям КСВ: для светодиода HL1 – 1.2, HL2 – 1.4, HL3 – 1.7, HL4 – 2, HL5 – 2.5, HL6 – 3, HL7 – 4, HL8 – 5, HL9 – 7, HL10 – 11.

Формула для расчёта каждой ступени индикации КСВ под выбранный номинал R2 простая: КСВ = (10кОм + R2 + Rтек)/(10кОм + R2 - Rтек), где Rтек - сопротивление ступеней внутреннего резистивного делителя LM3914 в килоомах (см. блок схему по ссылке), т. е. – 1, 2, 3 ... 10кОм.

Резистор R1 выравнивает сопротивление нагрузки выпрямителей датчика КСВ, поэтому его сопротивление должно быть равно сумме сопротивлений R2 + 10кОм. Резистор R4 определяет ток через каждый светодиод, в данном случае он выбран примерно 10 мА. Конденсаторы С3 и С4 защищают входы от ВЧ-наводок. Вариант схемы, приведённый на Рис.6, соответствует режиму работы шкалы в виде светящегося столбика. Если вывод 9 микросхемы DA1 оставить свободным, то будет светиться только один значащий светодиод.

Подстроечный резистор R3 сопротивлением 220...330 Ом исключает срабатывание светодиодов индикации без входных сигналов, которое может происходить из-за повышенного напряжение смещения микросхемы по входу 5. Включив питание, подстройкой этого резистора следует убрать фоновое (без сигналов) свечение индикаторов.
Могу предположить, что на схеме допущена ошибка, и верхний вывод R3 следует подключить к 7-му выводу ИМС.

При желании этот КСВ-метр можно дополнить устройством звуковой индикации превышения некоторого порога по КСВ и автоматической релейной защиты от высокого КСВ. Схема такого устройства представлена на Рис.7.


Рис.7 Схема устройства автоматической защиты от высокого КСВ

Реализован следующий алгоритм работы: при достижении КСВ уровня 3 загорается светодиод HL6, падение напряжения на нём открывает транзистор VT1, который включает акустический излучатель со встроенным генератором. Если КСВ продолжает увеличиваться и достигает 7, открываются транзисторы VT2 и VT3 и срабатывает реле, контакты которого (они на схеме не показаны) могут перевести аппарат в режим приёма или, например, заметно уменьшить выходную мощность.
Положительная обратная связь через цепь VD1R5 "защёлкивает" ключи VT2, VT3 в открытом состоянии. Вывести их из этого состояния можно только замыканием контактов кнопки сброса SA1 или полным обесточиванием узла защиты. Конденсатор С2 обеспечивает небольшую задержку (примерно на одну секунду) срабатывания релейной защиты, и его ёмкость может быть изменена, исходя из собственных предпочтений.

Назад