Een HF Meetkop
Onmisbaar voor de knutselaar

De meeste universeel- of multimeters stellen ons in staat om wisselspanningen te meten. Tijdens het meten wordt de schakeling via de meetsnoeren met de meter verbonden, alwaar de wisselspanning met een diode in een gelijkspanning wordt omgezet, de waarde wordt gemeten en uiteindelijk weergegeven.
Dit werkt goed bij lage frequenties, zoals in 50 Hz toepassingen, maar het wordt steeds onnauwkeuriger naarmate de frequentie toeneemt.
Bij 100 kHz blijkt de aanwijzing van de meeste meters er al meer dan 50% naast te zitten. Afhankelijk van het type meter kunnen echter al aanzienlijke fouten optreden vanaf 1 kHz.

Er zijn diverse oorzaken voor het ontstaan van meetfouten, maar de twee belangrijkste zijn wel:

Voor een nauwkeurige meeting mag de meter geen noemenswaardige stroom uit de te meten schakeling onttrekken. Bij het meten van gelijkspanning betekent dit een meter gebruiken met een hoge inwendige weerstand (b.v. 10 MΩ).
Voor wisselspanningen moet daarnaast ook nog de ingangscapaciteit klein zijn, omdat anders aanzienlijke wisselstromen kunnen ontstaan.

Tijdens het meten van wisselspanningen en –stromen kunnen de meetsnoeren als kleine antennes fungeren waardoor stoorsignalen in het meetcircuit kunnen doordringen.

De oplossing voor deze problemen is simpel. Verplaats de gelijkrichtdiode naar het andere einde en gebruik afgeschermde meetsnoeren.
De meter wordt nu ingesteld op "DC Volts" omdat er immers een gelijkgerichte spanning wordt gemeten. Een dergelijk geval staat bekend als een RF Probe, of HF Meetkop. Ze zijn voor veel geld voor tal van meters te koop, maar ook eenvoudig zelf te maken.

Figuur 1Deze figuur toont een klassieke halve-golf gelijkrichter zoals we die tegenkomen in voedingen. Het heeft tot taak om het ingangssignaal (veelal afkomstig van een transformator) gelijk te richten en daarmee een condensator op te laden. Nemen we niet te veel vermogen af, dus trekt de belasting niet veel stroom, dan laadt de condensator op tot de piekwaarde van de wisselspanning en blijft die vasthouden.

Figuur 2Deze vereenvoudigde weergave van een RF Probe ziet er in eerste aanblik geheel anders uit. Toch gebeurt hier hetzelfde: de wisselspanning aan de ingang (nu afkomstig van de te meten schakeling) wordt gelijkgericht en de condensator opgeladen tot de piekwaarde van de wisselspanning. Ook hier blijft die waarde constant, mits de belasting gering is.

Wat is het verschil tussen beide schakelingen?
In wezen één klein, maar daarom niet minder belangrijk verschil. In de eerste figuur wordt elk in de bron aanwezig positief gelijkspanningscomponent opgeteld bij de spanning aan de uitgang, terwijl de schakeling van figuur 2 daar ongevoelig voor is. En dat hebben we nodig, omdat we meestal aan schakelingen meten waar ook nog gelijkspanning (t.b.v. instellingen) aanwezig is.
Wij willen niet dat deze gelijkspanning onze aanwijzing beïnvloedt, we zijn alleen maar geïnteresseerd in de HF-wisselspanning.

De verkregen gelijkspanning is dus gelijk aan de piek- of topwaarde van de wisselspanning. Voor een sinusvormig signaal is dat √2 méér dan de effectieve waarde (waar we bij wisselspanningen normaliter over spreken). We moeten de aangewezen waarde dan ook delen door 1,414 (of vermenigvuldigen met 0,707) om aan die effectieve waarde te komen.
Het zou mooi zijn als de meter direct de effectieve waarde aanwijst en we niet steeds die handmatige correctie hoeven uit te voeren.

Figuur 3Dat kan, als we een juist gedimensioneerde spanningsdeler toepassen.
Het is dan zaak om de weerstand R zodanig te kiezen, dat de combinatie R+Belasting gelijk is aan 1,414x de belasting.
Je kan ook zeggen dat de belastingsweerstand gelijk moet zijn aan 0,707x de totaalweerstand (R+Belasting). Die belasting wordt natuurlijk gevormd door de inwendige weerstand van onze spanningsmeter en is afhankelijk van het toegepaste type. Elektronische multimeters, de oudere buisvoltmeters en de moderne digitale multimeters hebben een inwendige weerstand die in de orde van 10 – 11 MΩ ligt en dit voor alle spanningsbereiken.

Bij de analoge (niet elektronische) multimeter ligt dat anders. Daar is de totale inwendige weerstand afhankelijk van het gekozen meetbereik. Zo zal een analoge voltmeter met een gevoeligheid van 20 kΩ/V op het 10V-bereik een weerstand hebben van 200 kΩ, maar op het 30V-bereik 600 kΩ.
 
Figuur 4Stel, u wilt een HF-meetkopje voor uw antieke Heathkit buisvoltmeter met zijn ingangsweerstand van 11 MΩ.
Voor R geldt dan: R = (1,414 x Rm) - Rm = 4,6 MΩ
Meestal gebruikt men dan 4,7 MΩ (de dichtbij liggende standaardwaarde). De afwijking van minder dan 5% die hierdoor ontstaat, mag voor onze toepassingen geen naam hebben. Wie nauwkeurigheid nastreeft probeert de berekende waarde zo dicht mogelijk te benaderen. En vergeet niet dat voor de berekening de inwendige weerstand van de meter het uitgangspunt is.

Het volgende plaatje laat zien wat de bedoeling is.

Figuur 5

Het is wel belangrijk om het meetkopje in een metalen behuizing te monteren, omdat anders te gemakkelijk foutieve aanwijzingen ontstaan. De kop wordt met ca. 1 m soepel afgeschermd snoer of coax aan twee, in uw meter passende, stekkers verbonden.
Een soepel snoertje, met aan het einde een krokodillenklem, verzorgt de massaverbinding met het meetobject. U kunt hiervoor ook de afscherming van dunne coax voor benutten, dat is flexibel en gaat een eeuwigheid mee. Maak dit niet te lang, liever 5 cm dan 10 cm. De bedoeling is om de meetkop zo dicht mogelijk bij het meetpunt te aarden. Een lange "aarddraad" gaat als antenne fungeren met alle gevolgen van dien.

Voor de diode kiezen we er een met een lage drempelspanning, een redelijke sperspanning en goede HF eigenschappen. Dat houdt in dat eigenlijk alleen maar een Germaniumtype in aanmerking komt en vergeet Silicium, Shottky en andere exotische typen. Persoonlijk ben ik nogal gecharmeerd van de AA119, al is daar steeds moeilijker aan te komen.

De (keramische) condensator (1 - 10 nF) moet een werkspanning hebben die hoger is dan de gelijkspanning die u in de te meten schakeling denkt tegen te komen.
Bedenk ook dat er niet gemeten kan worden in HF vermogensschakelingen, waar de piekspanning hoger is dan de maximale sperspanning van de toegepaste diode!

Opbouw HF-meetkopHier een manier om het meetkopje op te bouwen. Op één zijde van een smal strookje dubbelzijdig printplaat verwijderen we met een scherp voorwerp of zaag twee strookjes van het koper, waardoor drie eilandjes ontstaan (de 3 grijze vlakken). De andere zijde dient als massavlak.
Monteer de onderdelen zoals getekend. De anodeaansluiting van de diode gaat via een voordien geboord gaatje naar de onderzijde van de print en wordt daar, evenals de massadraad en de afscherming van het meetsnoer, vast gesoldeerd.
Probeer de onderdelen zoveel mogelijk in het midden van het printje te monteren, des te makkelijker is het om het geheel in een ronde metalen behuizing onder te brengen (ook die aarden). Ik weet niet of ze nog bestaan, maar jarenlang vormde een lege Edding viltstift de basis voor de onmisbare RF Probe.

Succes met de bouw en we zien met belangstelling uit naar uw creatie.
Wim -  PA3ALG

contact | © 2008 PI4ASV | home

XHTML 1.0  &  CSS