Простая схема для оценки коэффициента пульсаций

В комментариях к серии моих публикаций про светодиодные лампы не раз звучал вопрос о том, как померять коэффициент пульсаций без применения хитрых приборов вроде осциллографа или чего-то еще более специального. В связи с этим я предлагаю простую схему для примерной оценки коэффициента пульсаций при участии компьютера. Схема изначально разрабатывалась с учетом требований предельной простоты и дешевизны, и потому не отличается особо хорошими характеристиками; тем не менее, грубо оценить коэффициент пульсаций она поможет.

Предлагаемое устройство включается в микрофонный вход, питание можно взять от USB-порта.

Детали применены самые распространенные — диод 1N4148 ^[1], транзистор BC547 ^[2], классический и заслуженный сдвоенный операционный усилитель LM358 ^[3].

Схема:

Как это работает?

На половинке LM358 (DA1.1) собран классический преобразователь «ток-напряжение» ^[4]. В качестве фотоприемника я взял первый попавшийся под руку инфракрасный светодиод. Да-да, светодиод — cветодиоды могут работать как фотодиоды ^[5] для длин волн короче той, которую они излучают, что упрощает сборку этой схемы в наколеночных условиях. Поскольку нас интересует видимый диапазон, светодиоды подойдут инфракрасные или красные. Инфракрасный светодиод можно найти в старом пульте от телевизора, например.

На выходе DA1.1 получается почти то, что нам нужно — сигнал, пропорциональный освещенности. Однако подавать его сразу на звуковую карту бесполезно — разделительный конденсатор на входе обрежет постоянную составляющую, которая нужна нам для расчета коэффициента пульсаций (он определяется именно как отношение пикового значения сигнала к удвоенному среднему).

Необходимо как-то протащить постоянную составляющую через разделительные конденсаторы. Для этого можно наложить ее на несущую в несколько килогерц и результат подать на микрофонный вход. Генератор несущей собран на второй половинке LM358 (DA1.2), опять же по совершенно классической схеме ^[6].

На транзисторе Q1 собран примитивный амплитудный модулятор.

Делитель на R4/R5 снижает напряжение для того, чтобы не перегружать вход звуковой карты, C2 обеспечивает развязку по постоянному току на случай, если на микрофонном входе будет присутствовать какое-либо постоянное смещение (например, в моей USB-звуковой карте оно есть).

Я собрал эту схему на беспаечной макетке:

Предупреждая вопросы — верхняя часть макетки не относится к схеме, детали, воткнутые туда, просто хранятся.

Далее я открыл первый попавшийся звуковой редактор и записал поток с USB-звуковой карты:

Справа сигнал (почти) без засветки, слева — фотоприемник освещен тринадцативаттной лампочкой из прошлой статьи (справа налево потому, что звуковой редактор вставляет последний записанный фрагмент в начало). Дальше можно вычесть начальную амплитуду, получившийся сигнал отфильтровать, вычислить для него среднее и пиковое значение, после чего вычислить коэффициент пульсаций. Для этого можно и нужно написать скрипт, но, я думаю, у читателей это получится лучше, чем у меня. Я просто сделал скриншот, открыл картинку в Paint и грубо прикинул коэффициент пульсаций, измеряя расстояние в пикселах. Получилось около 16 — 19%, что близко к измеренному в предыдущей статье.

Что в конструкции можно улучшить?

Я отчасти намеренно собирал эту схему из первых попавшихся деталей и не слишком аккуратно, чтобы проверить границы ее работоспособности. Однако для улучшения характеристик я бы рекомендовал сделать следующее:

• собирать ее более аккуратно, все же это аналоговая схема, работающая с достаточно слабыми сигналами; лучше собирать ее не на беспаечной макетке, а на отдельной плате, в идеале — сделать плату ЛУТом;
• обязательно поставить фильтрующий питание конденсатор емкостью 100 нФ как можно ближе к выводам DA1; совет актуален в основном при сборке на отдельной плате, а не на беспаечной макетке;
• подобрать номиналы R4/R5 так, чтобы максимально полно использовать динамический диапазон звуковой карты — это повысит точность измерений (по-простому — максимальный выходной уровень должен соответствовать предельному входному уровню звуковой карты, при котором еще не начинаются искажения);
• поставить нормальный фотодиод;
• применить операционный усилитель с КМОП-входом (улучшит точность);
• питать схему от батареи для минимизации помех;
• увеличить частоту несущей, например, до 5 — 10 кГц (в текущем варианте она составляет около 2 кГц).

После всех улучшений схема скорее всего сможет выдавать достаточно хорошие результаты. Ну а примерно оценить коэффициент пульсаций можно даже в самом простом варианте — результат в любом случае будет точнее «карандашного теста» или варианта с камерой смартфона.

Автор: LampTester

Источник ^[7]