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Audio Leistungsmesser
1 - 100 Watt



Ich wollte es einfach wissen und ich war zu faul ständig beim Verstärkerbau zu rätseln wieviel Leistung der Verstärker gerade abgibt. Also musste ein Leistungsmeser für Audiosignale her. Bei meinen Recherchen im Internet fiel mir auf das es da nur wenig zu dem Thema gibt. Lediglich ein alter ELV-Artikel war zu finden mit Bauteilen die nicht mehr oder nur schwer zu beschaffen sind.

Da musste ein eigenes Pflichtenheft gemacht werden.

Leistungsmesser
-  3 Messbereiche 1W / 10W / 100W True RMS
-  2 Lastbereiche 4 Ohm / 8 Ohm
-  Temperaturüberwachung der Lastwiderstände

Integrierter Signal Generator
- Frequenz 100Hz / 1kHZ / 10kHz
- Signalform Sinus / Rechteck

Das Netzteil
Es wird nicht viel Leistung benötigt, aber 3 Spannungen, eine davon negativ. Ein Printtrafo mit 2x12V reicht für die Prozessoren und die Anzeige vollkommen aus. Mittels dreier Standard Längsregler werden:

° +5V
° +9V
° -9V

erzeugt. Die drei LED auf der Platine zeigen das Vorhandensein der 3 Spannungen an. Notwendig sind sie aber nicht, ist ein kleiner Luxus bei der Fehlersuche.

Signal Generator
Versuche mit einem Wien Brücken Oszillator stellten sich als zu aufwendig heraus. Die Schaltung war recht komplex geworden und war schlecht abzugleichen. Ein DDS Generator mit umschaltbaren Festfrequenzen erschien mir als die bessere Lösung. Mittels eines ATTiny 861 werden über ein R2R Netzwerk die Ausgangssignale generiert.
Das R2R Netzwerk stammt von Bourns und ist über Mouser oder Digikey beschaffbar. Man kann das Netzwerk auch mit Metallfilm Widerständen extern aufbauen.
Ein freier OP im LM324 dient als Instrumentationsverstärker mit der Verstärkung 1. Über ein 10k Poti kann der Ausgangspegel von 0V bis auf 2,5V Ausgangspegel eingestellt werden. Das dürfte reichen jede moderne Audioendstufe voll auszusteuern.
Wie schon weiter oben beschrieben liefert der Signal Generator 3 Festfrequenzen mit 2 Signalformen. Alles Software generiert und Umschaltbar mittels eine Drehschalters auf der Frontplatte.
Das Ausgangssignal kann an einer Cinchbuchse abgenommen werden und in den zu messenden Verstärker eingespeist werden. Zum Starten und Stoppen des Oszillators muss die Start-Taste betätigt werden.

Leistungsteil
Die Last zur Messung der Ausgangsleistung besteht aus zwei 8 Ohm / 100Watt Widerständen.
Mittels eines Schalters können durch Parallelschaltung 4  Ohm / 100 Watt daraus gemacht werden. Da die Widerstände bei höheren Leistungen ordentlich heiß werden habe  ich eine Temperaturüberwachung vorgesehen. Die Temperatur wird ständig gemessen und angezeigt. Bis 100°C kann man den Widerständen problemlos zumuten, mehr sollte man nicht zulassen und die Messung beenden wenn dieser Wert erreicht ist.
Der Messsensor DS18B20 muß so nah als möglich bei den Widerständen montiert werden.

Messgleichrichter
Der Messgleichrichter macht aus der über den Widerständen abfallenden Spannung eine Gleichspannung. Diese Gleichspannung entspricht dem RMS Wert der angelegten Wechselspannung. Eine Messbereich Umschaltung zwischen den Widerständen und dem Messgleichrichter  sorgt für die Pegelanpassung innerhalb  der 3 Leistungsbereiche und der 2 Lastbereiche.
Mit den insgesamt 6 Präzisionstrimmern auf der Frontplatte kann der Abgleich der 6 Messbereiche erfolgen. Zum Abgleich muss eine dem Maximalwert des Mesbreiches entsprechende Wechselspannung angelegt werden, dies kann eine 50Hz Wechselspannung aus einem Regeltrafo sein. Bei angelegter Spannung den entsprechenden Messwert auf Maximal Anzeige einstellen. Die Lastwiderstände müssen dafür nicht angeschlossen sein,

Folgende Spannungen gehören zu den Messbereichen:

4 Ohm Last
1 W        =      2,00V ~
10 W      =      6,32V ~
100 W    =    20,00V ~

8 Ohm Last
1 W        =      2,83V ~
10W       =      8,94V ~
100W     =    28,28V~

Hauptprozessor
Der Hauptprozessor übernimmt neben der Anzeigesteuerung auch die Messung des Messsignales aus dem Messgleichrichter. Mit 10Bit oder 1024 Schritten ist die Auflösung nicht sehr hoch aber es reicht für die Messung aus.
Wichtig ist immer den passenden Messbereich auszuwählen. Es macht keinen Sinn im 100W Messbereich ein 5W Signal zu messen da kommt auf Grund von Rundungsfehlern nur Mist dabei raus. Ursache ist die Auflösung des AD-Wandlers im ATMega 8. Immer möglichst Nahe am Vollausschlag des Messbereiches messen. Ein Prinzip das auch schon bei Analogmessgeräten galt.
Die Software im Prozessor liefert alle 0,5sec. einen neuen Messwert.

Aufbau
Die Elektronik befindet sich komplett auf zwei Euro Platinen 100x160mm. Die Prozessorplatine ist doppelseitig ausgeführt und kann mittels Drahtbrücken oder Bungard Hohlnieten durchkontaktiert werden. Die Sofware hat noch Beta-Status und kann hier für eigene Experimente heruntergeladen werden. BASCOM ALM2020 V 1.0

Wer Platinen benötigt kann mich per mail kontaktieren.

Baustellenbilder




Plan


Platinen
Prozessor Bestückungsseite

Prozessor Lötseite


Front Bestückungsseite