Test Equipment: Peak Level Monitor

Test Equipment: Peak Level Monitor - Kiểm tra: Đỉnh Cấp Chỉ số

Measurement of peak level is useful while testing an amplifier or a similar device. It is handy while testing a logic circuit, as it can pick up a high transient pulse (or show that there is none) and measure an output that is swinging strongly in both directions. The peak level monitor presented here is useful for testing amplifiers and digital circuits, or in fact anything that produces an output of about +7V to – 7V peak. The heart of the circuit is op-amp IC TL072 (IC2(A)), which is wired as a unity-gain voltage follower with a slight difference—diode D2 on its output terminal. In a normal voltage follower, the output is directly fed back to the inverting input (–), as seen in the second voltage follower IC TL072 (IC2(B)) of this circuit.  The output of IC2(A) stabilises when the voltage at its two inputs is equal. This is when the input voltage at pin 3 equals the voltage at the cathode of D2. There is, of course, the usual voltage drop of about 0.7V across D2, but the op-amp compensates this by increasing its output voltage by 0.7V. As a result, capacitor C3 is charged to a voltage that is equal to the input voltage. If the input voltages rise to a higher level, the voltage at the cathode of D2 rises equally, and C3 is charged to the higher level. But the reverse does not happen if the input falls. If the voltage across C3 falls, the charge has nowhere to go. It cannot pass through S2 to the 0V line because S2 is open. Neither it can pass into op-amp IC2 (B) because it is a biFET op-amp with an input resistance of 10 to 20 ohms, nor it can pass through diode D2 as it is reverse biased. Capacitor C3 remains charged even though the input voltage has fallen. Each time the input voltage increases above its previous maximum level, the charge across C3 increases. So at any instant, C3 is charged to the maximum or the peak voltage reached. The circuit’s high input resistance means that the monitor can be used to measure the peak voltage from a source with high output resistance. Another reason for choosing IC TL072 is its high slew rate of 13V/μs. Such a high rate means that its output is able to swing rapidly to catch sharp voltage peaks. The input offset voltage is 3 mV, which is typical of a biFET op-amp. However, this is not large enough to be of concern in this application. IC2(B) allows measuring the voltage across C3 without letting the charge escape. It is wired as a unity gain voltage follower. The amplifier is stable with both its input voltages equal to the voltage across C3. This means that the output of IC2(B) is equal to the voltage across C3, which, in turn, is equal to the peak input voltage. Although IC2(B) has an exceedingly high input resistance, it has a low output resistance of the order of 75 ohms like all op-amps. So it provides sufficient current to drive the multimeter without any appreciable fall in the voltage reading. Peak-level circuits often have a high-value resistor wired across C3. This allows the charge to leak away slowly, so the output voltage eventually falls to zero. This should take five time constants, where one time constant equals RC. With a 1μF capacitor and 1-mega ohm resistor (not shown in the circuit), RC=1, so the charge leaks away in five seconds.

This is rather too short a time for most applications, especially if the meter is digital with a relatively slow refresh rate. A 10-mega-ohm resistor (not shown in the circuit) would be better. However, reverse leakage through D2 discharges the capacitor in a reasonable time. So the resistor has been omitted. Instead, there is push button switch S2 for discharging C3 instantly whenever a new peak reading is required. The op-amp runs off ±9V supply generated by a pair of 9V PP3 batteries. Instead of the pair of batteries, a single battery is used to provide 9V supply and a voltage inverter circuit to provide -9V supply. This costs less than the second battery and avoids the problem of one battery running out before the other. IC 7660 (IC1) is a switched-capacitor voltage converter that produces a negative output voltage equal to the inverse of its positive supply voltage. The amount of current that it is able to supply is limited, so the negative voltage does not match the positive supply. In this circuit, it is about -8V, which is adequate for peak input voltage of up to about 7V. Assemble the circuit on a general-purpose PCB and enclose in a suitable case. Use crocodile clips as input connectors. These can be clipped to an appropriate point in the test circuit. The output leads are terminated in 4mm banana plugs that are to be plugged into the terminals of a multimeter in place of the casual test probe. To test the circuit, connect a 10-kilo-ohm or 100-kilo-ohm potentiometer across the 9V supply. Connect the wiper of the potentiometer to the input of the circuit. By turning the knob of the potentiometer, you can deliver to the input a voltage varying from 0V to 9V. Start with the wiper at 0V end of the track so that the circuit receives no voltage. Connect a meter to the output and set it to the 10V or 20V scale. If you have a second meter, you can connect it to the input to monitor the input voltage. Press S2 to reset the circuit and vary the potentiometer to increase the input voltage to, say, 2V. The output should read 2V. Now decrease the input voltage to 1V. The output voltage should still read nearly 2V, though it can be seen falling slowly. Press S2 to reset the input. The output will fall to 0V but instantly rise to 1V when the button is released. Repeat for a few other voltage levels ranging from 1V to 7V to confirm that everything is working correctly. By: RAJ K.GORKHALI Kiểm tra: Đỉnh Cấp Chỉ số Đo mức độ cao nhất là hữu ích trong khi thử nghiệm một bộ khuếch đại hoặc một thiết bị tương tự. Đây là tiện dụng trong khi thử nghiệm một mạch logic, vì nó có thể nhận một xung cao thoáng qua (hoặc cho thấy rằng không có) và đo lường sản lượng được đung đưa mạnh mẽ theo cả hai hướng. Màn hình mức cao nhất được trình bày ở đây là hữu ích cho các bộ khuếch đại và mạch thử nghiệm kỹ thuật số, hoặc trong bất cứ điều gì thực tế sản xuất, sản lượng khoảng 7 V - 7V cao điểm. Trái tim mạch là op-amp IC TL072 (IC2 (A)), mà là có dây như là một người theo điện áp đạt được sự thống nhất-với một sự khác biệt-diode D2 nhẹ trên thiết bị đầu cuối đầu ra của nó. Trong một người theo điện áp bình thường, đầu ra trực tiếp được đưa trở lại đầu vào đảo (-), như đã thấy trong TL072 điện áp thứ hai IC theo (IC2 (B)) của mạch này. Đầu ra của IC2 (A) ổn định khi điện áp tại hai đầu vào của nó bằng. Điều này là khi điện áp đầu vào tại pin 3 bằng điện áp tại cực âm của D2. Có, tất nhiên, sự sụt giảm điện áp thông thường trong khoảng 0.7V qua D2, nhưng các op-amp đền bù này bằng cách tăng điện áp đầu ra của nó bằng cách 0.7V. Kết quả là, tụ điện C3 được tính đến một điện áp bằng điện áp đầu vào. Nếu điện áp đầu vào tăng đến một mức độ cao hơn, điện áp tại cực âm của D2 tăng như nhau, và C3 được tính đến mức độ cao hơn. Nhưng ngược lại không xảy ra nếu đầu vào giảm. Nếu điện áp trên C3 ngã, phí có nơi nào để đi. Nó không thể đi qua S2 dòng 0V vì S2 mở cửa. Không nó có thể đi vào op-amp IC2 (B) bởi vì nó là một biFET op-amp với một kháng đầu vào của 10 đến 20 ohms, cũng không có thể đi qua diode D2 vì nó đảo ngược được thiên vị. Tụ C3 vẫn còn tính mặc dù điện áp đầu vào đã giảm. Mỗi lần điện áp đầu vào tăng trên mức tối đa của nó trước đây, phí qua tăng C3. Vì vậy, ngay lập tức bất kỳ, C3 phải trả tối đa hoặc điện áp cao điểm đạt. Kháng đầu vào cao của mạch có nghĩa là màn hình có thể được sử dụng để đo điện áp cao điểm từ một nguồn có sức đề kháng sản lượng cao. Một lý do khác chọn TL072 IC là tốc độ quay cao của 13V/μs. Một tỷ lệ cao như vậy có nghĩa là đầu ra của nó có thể để swing nhanh chóng để bắt điện áp đỉnh sắc nét. Điện áp đầu vào bù đắp là 3 mV, mà là điển hình của một biFET op-amp. Tuy nhiên, điều này là không đủ lớn để được quan tâm trong ứng dụng này. IC2 (B) cho phép đo điện áp trên C3 mà không để cho thoát phí. Nó có dây như đi theo một điện áp đạt được sự thống nhất. Bộ khuếch đại là ổn định với cả hai đầu vào điện áp bằng điện áp trên C3. Điều này có nghĩa là đầu ra của IC2 (B) bằng điện áp trên C3, trong đó, lần lượt, bằng với điện áp đầu vào cao điểm. Mặc dù IC2 (B) có một sức đề kháng đầu vào cực kỳ cao, nó có một sức đề kháng đầu ra thấp thứ tự của 75 ohms giống như tất cả các op-amps.Vì vậy, nó cung cấp hiện nay đủ để lái xe vạn năng mà không có bất kỳ mùa thu đáng trong bài đọc điện áp. Mạch ở mức cao điểm thường có một điện trở có giá trị cao có dây qua C3. Điều này cho phép phí cho bị rò rỉ ra từ từ, vì vậy điện áp đầu ra cuối cùng rơi xuống không. Điều này sẽ đưa hằng số thời gian, nơi một thời gian liên tục bằng RC. Với một tụ 1μF và điện trở ohm 1-mega (không được hiển thị trong mạch điện), RC = 1, do đó rò rỉ phí trong năm giây. Đây là là một thời gian quá ngắn đối với hầu hết các ứng dụng, đặc biệt là nếu đồng hồ kỹ thuật số với một tỷ lệ làm mới tương đối chậm. Một điện trở 10-mega-ohm (không được hiển thị trong mạch điện) sẽ tốt hơn. Tuy nhiên, đảo ngược rò rỉ thông qua thải D2 tụ trong một thời gian hợp lý. Vì vậy, điện trở đã được bỏ qua. Thay vào đó, có nút bấm chuyển đổi S2 xả C3 ngay lập tức bất cứ khi nào một đỉnh cao mới đọc được yêu cầu. Op-amp chạy ± 9V cung cấp được tạo ra bởi một cặp 9V PP3 pin. Thay vì cặp pin, một pin duy nhất được sử dụng để cung cấp nguồn 9V và biến tần một mạch điện áp để cung cấp cung cấp 9V. Điều này chi phí ít hơn so với pin thứ hai và tránh các vấn đề của một pin chạy ra trước khi người khác. IC 7660 (IC1) là một tụ điện điện áp chuyển mạch-chuyển đổi sản xuất một điện áp đầu ra tiêu cực bằng nghịch đảo của điện áp cung cấp tích cực của nó. Số lượng hiện tại mà nó có thể cung cấp được giới hạn, do đó, điện áp tiêu cực không phù hợp với cung cấp tích cực. Trong mạch này, nó là khoảng 8V, đó là đầy đủ cho điện áp đầu vào cao điểm lên đến khoảng 7V. Lắp ráp các mạch trên một PCB có mục đích chung và kèm theo trong một trường hợp thích hợp. Sử dụng các clip cá sấu như kết nối đầu vào. Đây có thể được cắt bớt một điểm thích hợp trong mạch thử nghiệm. Dẫn đầu ra được chấm dứt trong 4mm cắm chuối có được cắm vào các thiết bị đầu cuối của một vạn năng ở vị trí của đầu dò kiểm tra bình thường. Để kiểm tra mạch, kết nối 10-kg-ohm hoặc potentiometer 100 kilo-ohm qua cung cấp 9V. Kết nối gạt nước của Potentiometer các đầu vào của mạch. Bằng cách xoay núm của Potentiometer, bạn có thể cung cấp một điện áp đầu vào khác nhau từ 0V đến 9V. Bắt đầu với gạt nước ở cuối 0V theo dõi để mạch không nhận được điện áp. Kết nối một mét đầu ra và đặt nó vào quy mô 10V hoặc 20V. Nếu bạn có một đồng hồ thứ hai, bạn có thể kết nối đầu vào để theo dõi điện áp đầu vào. Nhấn S2 để thiết lập lại mạch và thay đổi chiết áp để tăng điện áp đầu vào, nói, 2V. Đầu ra nên đọc 2V. Bây giờ giảm điện áp đầu vào 1V.Điện áp đầu ra vẫn nên đọc gần 2V, mặc dù nó có thể được nhìn thấy rơi xuống từ từ. Nhấn S2 để thiết lập lại các đầu vào. Các đầu ra sẽ giảm xuống 0V, nhưng ngay lập tức tăng lên 1V khi nút được phát hành.Lặp lại cho một cấp điện áp từ 1V đến 7V để xác nhận rằng tất cả mọi thứ được làm việc một cách chính xác. Tác giả:  RAJ K.GORKHALI