Оглавление
Всем добрый день и 73! Делимся успешным проектом создания автоматического цифрового ваттметра плюс КСВ-метра. Это полностью автоматический измеритель мощности и КСВ, который не требует ручной подстройки и предоставляет:
- Прямое отображение КСВ;
- Измерение мощности в p.e.p. (пиковое значение);
- Графическую индикацию мгновенной мощности на дисплее.
Прибор работает в диапазоне КВ и УКВ до 50 МГц, подходит для измерений мощности от 5 до 150 Вт, включая маломощные трансиверы QRP.
Схема датчика мощности
После тестирования различных схем, была выбрана простейшая — с одной катушкой. Балансировка производится с помощью конденсатора на 60 пФ, а для улучшения частотной линейности добавлены параллельные конденсаторы 15 пФ к резисторам 100 Ом.
Список компонентов для схемы измерительного блока
| Обозначение | Наименование | Значение | Кол-во |
|---|---|---|---|
| R1 | Резистор | 4.7 кОм | 1 |
| R2 | Резистор | 47 кОм | 1 |
| R3, R4 | Резисторы | 100 Ом | 2 |
| R5 | Резистор | 3.3 кОм | 1 |
| R6, R7 | Резисторы | 8.2 кОм | 2 |
| R8, R9 | Резисторы | 39 кОм | 2 |
| C1, C2, C10, C11 | Конденсаторы | 22 нФ | 4 |
| C3 | Конденсатор | 60 пФ | 1 |
| C4 | Конденсатор | 82 пФ | 1 |
| C5, C6 | Конденсаторы | 15 пФ | 2 |
| C7 | Конденсатор | 4.7 пФ | 1 |
| L1, L2 | Дроссели | 10 мкГн | 2 |
| VD1, VD2 | Диоды | 1N5711 | 2 |
| Трансформатор | Кольцо FT50-43, 35 витков | Ø 0.4 мм | 1 |
| Кабель | Коаксиальный | RG174, 5 см | 1 |
Используются диоды Шоттки 1N5711, обладающие низким порогом срабатывания, что обеспечивает хорошую точность и широкую динамику. Основная катушка выполнена из 35 витков провода 0.4 мм на ферритовом кольце FT50-43, через который проходит коаксиальный кабель RG174 длиной 5 см. Это и есть основной направленный ответвитель.
Можно адаптировать прибор под разную мощность, меняя число витков катушки:
- Больше витков — больше мощность;
- Меньше витков — меньшая мощность.
Микроконтроллерный модуль
Список компонентов для схемы на микроконтроллере
| Обозначение | Наименование | Значение | Кол-во |
|---|---|---|---|
| U1 | Микроконтроллер | PIC16F876 | 1 |
| R1–R6 | Резисторы | 10 кОм | 6 |
| R7 | Резистор | 1 кОм | 1 |
| C1 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 |
| C2, C3 | Конденсаторы | 22 пФ | 2 |
| C4, C5 | Конденсаторы | 10 мкФ | 2 |
| C6, C7, C8 | Конденсаторы | 100 нФ | 3 |
| X1 | Кварц | 4 МГц | 1 |
| U2 | Стабилизатор напряжения | 78L05 | 1 |
| Разъем | Программатор | — | 1 |
| Кнопки | Кнопки управления | UP, DOWN, SET, RESET | 4 |
| Дисплей | LCD | 16×2 (или совместимый) | 1 |
Используется PIC16F876 с 10-битным АЦП. Он считывает напряжения прямой и отражённой волн (Vf и Vr), после чего рассчитывает КСВ по формуле:
SWR = (Vf + Vr) / (Vf — Vr)
В расчётах учитывается падение напряжения на диодах, для чего в микроконтроллер загружена таблица компенсации, основанная на измерениях для 1N5711.
Также прибор отображает:
- Пиковую мощность (p.e.p.) — значение обновляется каждые 2 секунды;
- Мгновенную мощность — отображается в виде прогресс-бара и обновляется 10 раз в секунду.
Кнопки SET, UP, DOWN используются для навигации и калибровки. В схеме предусмотрено программирование «внутри устройства». Скачайте код HEX в архиве.
Калибровка КСВ-ватт-метра
1. Калибровка ответвителя:
- Подайте питание (9–12 В);
- Настройте подстроечный конденсатор на ~5 мВ без сигнала;
- Подключите нагрузку 50 Ом и передатчик с мощностью 10–15 Вт на 28 МГц;
- Настройте переменный конденсатор на минимальное значение (почти 0 В) на выходе Vref.
2. Калибровка микроконтроллера:
- Подключите нагрузку и передатчик с известной мощностью (10–50 Вт);
- Подключите цифровой вольтметр к выходу зонда и рассчитайте мощность:
P (Вт) = (Vout + 0.5)^2 / 100
- Введите значение в микроконтроллер с помощью кнопок;
- После подтверждения значение сохранится как эталонное.
Для настройки также можно использовать другой метод. Вместо того чтобы настроить подстроечный резистор на минимальное показание, можно подстроить его с нагрузкой 100 Ом для индикации КСВ 2,0, поскольку нагрузка 100 Ом при КСВ 50 Ом соответствует 2,0:1. Потому что иногда при регулировке конденсатора на минимальное показание при Vref значение КСВ при 100 Ом составляло 1,8, что неверно.
Онлайн калькулятор
КСВ: --
Потери: -- %
Платы и корпус измерителя
Для направленного ответвителя используется двусторонняя плата, где верхний слой — это сплошная земля. Все компоненты, кроме разъёмов, монтируются с одной стороны. Разъёмы фиксируются винтами, что позволяет одновременно закрепить плату в корпусе.
Для микропроцессорного модуля используется односторонняя плата. Кнопки калибровки подключаются через отдельный разъём, который используется только при настройке. Некоторые низкоомные резисторы (10 Ом) применяются как перемычки.
Это КСВ-ваттметр с поданным на вход ВЧ сигналом и подключенным эквивалентом нагрузки 50 Ом. Использовалась 10-метровая радиостанция с минимальной мощностью. И на последнем фото прибор вообще не имеет нагрузки, что указывает на наличие проблемы миганием сообщения «HIG» на экране.
