QRP-Wattmeter mit OLED 4x20 Zeichen

    Zitat von DL2KI

    Hallo Martin,

    damit Andreas mal ein Gerät mit diesem "Fehler" zum Vergleich hat, habe ich ihm mein Wattmeter heute mal zugeschickt. Das führt dann wahrscheinlich eher zum Erfolg, wenn er beide Geräte mal tatsächlich auf Unterschiede hin untersucht.

    Mir fehlt da doch der Hintergrund, um zu der Lösung etwas beizutragen.

    73, Wolfgang

    DL2KI

    Hi Wolfgang,

    super. Danke Dir. Man(n) darf gespannt sein.

    Martin

    73 de OE9SAU, Martin

    Hallo,

    ich habe mal ein bischen mit den Einstellungen des AD-Wandlers experimentiert. Ich glaube eine noch bessere Einstellung gefunden zu haben. Ich hatte den AD-RC-Eigentakt verwendet. Den sollte man aber nur im Sleep-Modus verwenden. Da könnte es sein das die "ADC CLOCK PERIOD" unterschiedlich lang ist und dadurch die Messergebnisse zu sehr schwanken. Das ist aber nur eine Vermutung von mir. Ich bin nicht so sattelfest mit der englischen Sprache.

    Ich habe jedenfalls mit verschiedenen Einstellungen experimentiert und die Einstellung genommen, die am besten zum Systemtakt von 64 MHz passt. Ich glaube jetzt funktioniert die AD-Wandlung etwas besser.

    mc_v1_09.hex. Wer das mal testen will hier die HEX-Datei.

    Andreas

    Hallo Andreas,

    FW1_09 aufgespielt. Uvor wackelt an den letzten beiden Stellen bei mir zw. 47-55. Werde jetzt den Mittelwert nehmen. FW 1_09 belassen oder wieder zurück zu 1_08?

    Danke für deine Dedektivarbeit aber mit einer Abweichung von 0,1 dB kann ich leben.

    VG Klaus

    VG Klaus, DG5KB

    Hallo Klaus,

    die FW kannst du lassen, ich bleibe bei den Einstellungen. Eventuell musst du neu kalibrieren. Da bin ich mir nicht ganz sicher. Durch das andere Takten des AD-Wandlers ändern sich bestimmt die Messergebnisse ein wenig. Wenn das Wattmeter von Wolfgang bei mir eintrifft kann ich noch näheres sagen.

    Große Bastelerfolge, Andreas

    Was auch noch in Erwägung gezogen werden kann: Operationsverstärker mit Verstärkung 1 (unity gain) sind sehr empfindlich beim Treiben von kapazitiven Lasten am Ausgang, weil die Phase Margin dann oft nicht mehr für stabilen Betrieb ausreicht und die Schwingbedingung erfüllt wird. Das Datenblatt des LMC6484 macht in Abschnitt 8.2.2.1 dazu Aussagen und zeigt in den Abbildungen 39 bis 41 den Stabilitätsbereich bei kapazitiver Last. Nach den Ausgängen von IC3A und IC3B ist vor den Lastkapazitäten ein Vorwiderstand, der die Phase-Margin verbessert. Bei IC3C arbeitet der OpAmp als Spitzenwertgleichrichter mit Verstärkung 1 über den Schottky-Gleichrichter auf einen 4,7µF Kondensator. Das kann unter Umständen bei OPAmps mit knapper Phase-Margin auch eine Gefahr für Instabilität darstellen. Dagegen hilft auch hier ein Vorwiderstand vor der Kapazität.

    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Hallo Günter,

    ein kleiner Widerstand würde eventuell nicht schaden, aber negativ die Analyse der PEP-Leistung beeinflussen. Mit dieser Schaltung hatte ich eigentlich noch nie Probleme. So einfach wie sie jetzt ist, erreiche ich fast die Idealen 6 dB (Unterschied Einton zu Zweiton). Die PEP-Spannung nehme ich nicht zum Kalibrieren, sondern nur den Vorlauf und Rücklauf. Ich warte mal bis das Wattmeter von Wolfgang eintrifft, um irgend eine Aussage zu treffen.

    Ganz wichtig scheint der Punkt zu sein, den ich gestern im Datenblatt des PIC18F26K22 gefunden habe. Das habe ich in einigen Projekten verkehrt programmiert und heute alles korrigiert und hoch geladen.

    Wenn viel zu berechnen ist, wie beim QRP-Wattmeter und Stationswattmeter stelle ich die Taktfrequenz möglichst hoch ein. Beim PIC18F26K22 sind 64 MHz möglich. Das hat zur Folge das ich die Peripherieansteuerung verlangsamen muss und auch den internen AD-Wandler entsprechend anpassen muss. Der AD-Wandler hat einen eigenen RC-Generator, den man aktivieren kann oder man leitet den Takt für den AD-Wandler vom Systemtakt ab. Ich habe immer den RC-Takt des AD-Wandlers benutzt und gedacht da kann man nichts verkehrt machen. Gestern habe ich die Randnotiz dazu gelesen, dass der RC-Generator nur bei Sleep benutzt werden soll (würde bedeuten das Ende einer AD-Wandlung wird per Interrupt ausgelesen). Das mache ich aber nicht. Und das habe ich jetzt geändert.

    Jetzt sieht es so aus als würde es besser funktionieren.

    Wir reden aber hier über Abweichungen im 0,1 dB Bereich. Die Wandlerfunktion (dBm zu Messpannung) des AD8307 wird mit +/- 0,3 dB bis max +/- 1 dB angegeben und überlagert damit alles was wir versuchen zu verbessern. Ich wollte der Sache nur auf den Grund gehen. Und ich bin der Meinung, das es nicht am OPV liegen kann, wenn der ordentlich arbeitet. Diese Schaltung ist bestimmt schon mindestens 100 mal im Einsatz bei den vielen Stationswattmeter, ferngesteuerten Tunern usw...

    vy 73 Andreas

    Ja, schon klar Andreas, es ist Jammern auf hohem Niveau. Ich kann die von Einigen festgestellte Erscheinung bei meinem Exemplar leider auch nicht nachvollziehen. Die Ursache für solche Ausreißer zu finden ist oft zeitraubend. Wie heißt es so schön: "90 Prozent der Entwicklung beanspruchen 90 Prozent der Entwicklungszeit. Die restlichen 10 Prozent der Entwicklung benötigen die anderen 90 Prozent der Zeit."

    vielen Dank nochmal für deine Arbeit und es bleibt spannend

    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Zitat von DL4ZAO

    Ich kann die von Einigen festgestellte Erscheinung bei meinem Exemplar leider auch nicht nachvollziehen.

    Hallo, es gibt einen Frequenzzähler von Ascel (wird auch z.B. im DARC-Shop vertrieben und bei ebay), der sprang bei mir exakt bei 10 MHz. Nach kurzer Zeit fanden sich eine Handvoll OMs mit dem selben Bild. Aber vermutlich Tausende kennen das Problem nicht. Der Fehler konnte nie beseitigt werden und ich habe letztendlich mein Geld zurück bekommen.

    Und so wird es hier auch wohl sein. Irgendwo eine kleine Toleranzüberschreitung. Man weiß es nicht.

    DL2FI fragte mal bei einem seiner Vorträge bei einer Interradio: "Wisst Ihr wie Transistoren in der Fabrik sortiert werden?". Ganz einfach: "A, A, B, B, A, C, C, C, A, A, R**ch*lt, R**ch*lt,, A, B,B, A, R**ch*lt, A, C, B, A, R**ch*lt, A, A, R**ch*lt, R**ch*lt, R**ch*lt, ...!".

    Das bezog sich damals auf dem Zwang für funktionierende Bausätze nur Material beim Händler des Vertrauens einzukaufen. Und die sind nun mal teurer.

    Meine Teile kommen aber auch alle aus Sande ... mal sehen. Habe noch einiges an Hühnerfutter vor mir.


    73, Holger DL9HDA

    Moin Holger,

    Zitat von dl9hda

    Das bezog sich damals auf dem Zwang für funktionierende Bausätze nur Material beim Händler des Vertrauens einzukaufen. Und die sind nun mal teurer.

    Meine Teile kommen aber auch alle aus Sande ... mal sehen. Habe noch einiges an Hühnerfutter vor mir.

    Die sind besser geworden, man kann mittlerweile bei vielen Teilen den Hersteller auswählen. Da sollte man dann schon zu den Marken greifen. Wenn ich sicher sein möchte, nehme ich aber Bürklin, Mouser, Farnell usw. Außerdem lieferte Mouser trotz -39 Grad, Stromausfall, Winterchaos, stillgelegte Flughäfen usw. immer noch schneller, beides am gleichen Tag bestellt. 8000 zu 80km ;)

    73, Tom

    Hallo OMs,

    heute ist das Wattmeter von Wolfgang eingetroffen. Ich habe zwar heute "Enkeldienst" und keine Zeit, aber der Enkel sitzt jetzt vor dem Fernseher und ich habe mich auf das Wattmeter "gestürzt". Günter, DL4ZAO hatte mit seiner Vermutung ein bischen Recht. Der Ausgang am OPV-PEP ist so ok. Die Diode verhindert das Schwingen ausreichend.

    Aber die 100 Ohm R19, R20 sind anscheinend für manche OPV-Typen zu gering. Das Schwingen war so stark, dass ich nicht einmal den Oszi auf AC schalten musste, um die Schwingungen zu sehen. Die Schwingneigung ist aber anscheinend abhängig von der OPV-Charge. Ich hatte bis jetzt noch keine Probleme damit. Eine einfache Abhilfe bringt die Erhöhung R19 und R20 auf 1k. Die 1nF müssen wir so lassen, damit während der Wandlung wenig Spannungsänderungen auftreten. Ich werden morgen das Wattmeter noch einmal neu kalibrieren und testen. Ich melde mich morgen noch einmal hier.

    73 Andreas

    Hallo Wolfgang,

    ja, bei deinem Wattmeter ist das so. Nur der Vor-Kanal hatte diese Schwingungen. Die Schwingungen beginnen erst, wenn die Spannung am Eingang etwas ansteigt, mit kleiner Amplitude.

    Beim Kalibrieren Vor war die Anzeige dadurch total unruhig und bei Rück war es normal. Nur kleine Schwankungen.

    73 Andreas

    Hallo OMs,

    ich habe jetzt das Wattmeter vom Wolfgang überprüft. Es ist alles so wie es sein sollte. Es schwingt nichts mehr. Beim Kalibrieren bleiben die Zahlenwerte stehen wie eine "Eins". Das die Erhöhung von R19, R20 auf 1k, so einen positiven Effekt hat, hätte ich nicht gedacht. Ich wollte noch den OPV wechseln und durch einen anderen Typen ersetzen. Aber das ist nun nicht notwendig.

    Nach dem Kalibrieren habe ich den Richtkoppler angeschlossen und die Leistungsmess-Kontrolle mit 0,0 dBm gemacht.

    1. Zuerst das Wattmeter auf die Anzeige "dBm" geschaltet (Display [11]).

    2. 0,0 dBm an Wattmeter-TRX und Abschlusswiderstand an Wattmeter-ANT.

    Das Wattmeter zeigt 0,0 dBm an. So wie es sein muss.

    3. Die PEP-Anzeige funktioniert auch wie gedacht. Der dB-Unterschied zwischen HF-Einton und HF-Zweiton beträgt etwa 5,6 dB und kommt den rechnerischen 6 dB sehr nahe.

    Das Resultat ist: Es ist ratsam den Widerstand R19 und R20 von 100 Ohm auf 1 kOhm zu erhöhen.

    Jetzt werde ich bei meinem Wattmeter auch die Widerstände ändern. Die Firmware habe ich auch noch mal kontrolliert und einen Rundungsfehler gefunden. Gültig ist jetzt die FW 1.10. Die FW steht noch nicht auf meiner Seite. Das wird im Laufe des Tages. Ich muss erst einmal meine häuslichen Pflichten erfüllen und meine Gartenarbeit von gestern beenden.

    Ich wünsche allen große Bastelerfolge.

    vy 73 Andreas, DL4JAL

    Hallo Andreas,

    auch von mir vielen Dank für die Arbeit!

    Mein PWR-Meter ist von dem Problem auch betroffen.

    Heute nach QRL werde mich damit beschäftigen.

    --------------
    nick DL5XJ
    d(-_-)b

    Hallo OMs,

    Wolfgang hat mich gebeten ein kurze Erklärung abzugeben, warum die Erhöhung des Widerstandes das Schwingen des OPV verhindert.

    Verbinden wir den Ausgang des OPV mit dem invertierenden Eingang, entsteht eine Gegenkopplung (Phasenverschiebung 0 Grad). Beschalten wir den Ausgang mit einem Kondensator gegen Masse, verzögern wir das gegengekoppelte Signal etwas . Bei niedrigen Frequenzen spielt diese Verzögerung keine Rolle. Die Phasenverschiebung ist bei niedrigen Frequenzen sehr gering. Betrachten wir höhere Frequenzen wird die Phasenverschiebung immer größer, bis die Phasenverschiebung 180 Grad beträgt. Dann ist der Punkt der Mitkopplung erreicht. Der OPV beginnt zu schwingen.

    Vergrößern wir den Widerstand am Ausgang des OPV, wird der Einfluss der Signalverzögerung immer geringer. Mit einem hohen Widerstand wird der Punkt der Mitkopplung in der Frequenz weit nach oben geschoben und liegt somit außerhalb der Bandbreite der OPV-Verstärkung. Der OPV schwingt nicht mehr.

    Die Erhöhung des Widerstandes spielt für den AD-Wandler eine untergeordnete Rolle. Eingangsimpedanzen bis 10k sind erlaubt. Allerdings sollte man möglich niederohmig bleiben, damit die AD-Wandlerzeit gering gehalten werden kann.

    Ich habe inzwischen mein Wattmeter auch umgebaut. Da vorher schon alles gut funktioniert hat, sehe ich wenig Veränderung. Beim Kalibrieren Vorlauf und Rücklauf 0 dBm läuft die Zahl nicht. Es bleibt der Wert fest stehen. Bei -30 dBm ändert sich die Zahl etwas, etwa 5 Digit.

    Die neue FW 1.10 habe ich auch hoch geladen.

    73 andreas

    Einmal editiert, zuletzt von dl4jal (27. Februar 2021 um 10:57)

    Zitat von dl4jal

    Wolfgang hat mich gebeten ein kurze Erklärung abzugeben, warum die Erhöhung des Widerstandes das Schwingen des OPV verhindert....

    ...verbinden wir den Ausgang des OPV mit dem nicht invertierenden Eingang, entsteht eine Gegenkopplung (Phasenverschiebung 0 Grad).

    ... das kann leider - so wie es im Satz zitiert ist - nicht ganz richtig sein, denn dann entstünde eine Mitkopplung und keine Gegenkopplung....

    Generell kann man sagen: Ein Verstärker oszilliert, wenn das auf den Eingang zurückgekoppelte Ausgangssignal phasengleich ist (Mitkopplung) und die Verstärkung dabei noch mindestens 1 beträgt (Schwingbedingung). Der OPV schwingt dann bei der Frequenz, bei der die Bedingung „Phase gleich Null“ erfüllt ist.

    Ich wage mich mal an eine kurze Erklärung, warum eine kapazitive Last einen OPV zum Schwingen anregen kann.

    Beim QRP-Wattmeter handelt es sich um nichtinvertiertende Puffer-Verstärkerstufen mit der Verstärkung 1. Um eine Verstärkung von 1 zu erhalten, ist der Ausgang des Operationsverstärkers mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Das Ausgangssignal wird mit -180 Grad Phasenverschiebung rückgekoppelt ( = Gegenkopplung)

    Jeder Operationsverstärker verhält sich in seinem open-loop Verstärkungsverhalten grundsätzlich wie ein Tiefpass. Recht früh, ab einer durch seinen inneren Aufbau bestimmten Eck-Frequenz sinkt seine Verstärkung um 20dB/Dekade und es entsteht dabei eine Phasendrehung von -90° (in der Übertragungstechnik nennt man das eine Polstelle). Die Gesamtphasenverschiebung zusammen mit der Gegenkopplung auf den invertierenden Eingang beträgt also -180° + -90° = -270°. Es fehlen also noch 90° "Phasenreserve" (Phase-Margin) bis bis die Schwingbedingung (360 Phasendrehung) ereicht würde. Jede weitere Phasendrehung rückt den OPV in Richtung Instabilität. Daumenregel: so lange die Phasenreserve einen Sicherheitsabstand von 30°..40° gegenüber den 360° beträgt, arbeitet ein gegengekoppelter OPV noch stabil.

    Eine kapazitive Last am Ausgang des OPV bildet zusammen mit dem Innenwiderstand des Operationsverstärkers einen weiteren R-C Tiefpass, der die Phase frequenzabhängig zusätzlich dreht. Wenn die Phasenreserve des OPV aufgebraucht ist, entsteht Instabilität. Zusammen mit den -90° der internen OP-Amp Phasendrehung und den -180° bei der Rückkopplung des Ausgangssignals auf den invertierenden Eingang kann daher bei einer bestimmten Frequenz eine gesamt-Phasendrehung von -360° entstehen. Aus der Gegenkopplung wird eine Mitkopplung und das Gebilde schwingt, wenn die Verstärkung bei der Frequenz, bei der die Phasendrehung 360° erreicht wird, noch gleich oder größer als 1 ist.

    Mit einem Widerstand vor der kapazitiven Last lässt sich dies kompensieren, man verschiebt die Polstelle in einen Bereich, so dass die Schwingbedingung nicht mehr erreicht wird.

    Mehr dazu:

    OPAmps driving capacitive loads

    Driving Capacitive Loads With Op Amps

    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    9 Mal editiert, zuletzt von DL4ZAO (27. Februar 2021 um 10:08)

    Hallo OMs,

    Günter, ich habe keine Lust mit dir darüber zu diskutieren.

    @OMs,

    ich habe jetzt noch eine kleine Änderung am Schaltplan vorgenommen. Wichtig ist bei OPVs die gute Entkopplung des Spannungsversorgung.

    Ich habe die Zuleitung zu OPV, Pin4 aufgetrennt und R22 47Ohm eingefügt. Den Abblockkondensator C26 habe ich von 100nF auf 10uF erhöht.

    Zuerst habe ich mit einem Messer den Schutzlack entfernt.

    Dann mit einer Spitze den Leiterzug aufgetrennt.

    Und R22 47Ohm eingelötet. Zwischen den beiden 100uH ist der geändertet C26 10uF. Das Einlöten von R22 ist etwas knifflig, aber man bekommt es hin. Unbedingt notwendig ist R22 aber nicht.

    73 Andreas

    Hallo Andreas,

    ich will dir ja nicht zu nahe treten, aber wenn du in deinem Erklärungsversuch schreibst:

    "Verbinden wir den Ausgang des OPV mit dem nicht invertierenden Eingang, entsteht eine Gegenkopplung (Phasenverschiebung 0 Grad)"


    dann stimmt das einfach nicht mit deiner Schaltung überein, folglich kann auch der darauf beruhende Erklärungsversuch nicht zutreffen.

    In der Schaltung ist - wie es auch richtig sein soll - der Ausgang zur Gegenkopplung mit dem invertierenden Eingang verbunden, was eine Phasenverschiebung von -180° erzeugt.


    Sieh dies bitte als Klarstellung an der Sache und nicht als Kritik an der Person

    Aber unabhängig wie man es erklärt git: die von Andreas angeratene Erhöhung des Widerstandes von 100 Ohm auf ein 1000 Ohm löst das Problem.

    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Hallo Günter,

    ich habe das "nicht" gestrichen. Das war mir nicht aufgefallen.

    Da du aber dafür bekannt bist endlose Diskusionen zu führen läuten bei mir immer die Alarmglocken, wenn du so viel Text schreibst. Das ist auch der Grund warum ich mich nie, außer zum QRP-Wattmeter hier melde. Mit dem QRP-Wattmeter wollte ich zum Basteln anregen. Ich glaube dass ist gelungen.

    Das musste ich mal los werden.

    vy 73 Andreas