●　実験テーマ37

「7セグAC電圧計の実験」　（JA1WBY氏の、HP記事による）

■　2013.8.8
　　・AC電圧計と言えば、手頃なところで、テスターの、AC電圧レンジによる測定を
　　　思い出すが、今迄、テスターでAC電圧を測定したことは、極まれにしかなかった。
　　　それは、テスターでのAC測定は、経験上、誤差があまりにも多き過ぎて
　　　使い物にならないと考えていたからである。
　　　まず、50Hz以下程度の低い周波数でしか使えない。

　　・そこで、ある程度高い周波数（100kHz程度）まで使えて、7セグに、割と正確な
　　　実効値表示できる、AC電圧計を探していたのだが、JA1WBY氏のHPの記事に、
      ちょうどよいAC電圧計が載っていたので、製作実験してみることにした。
　　　尚、その記事によると、メインの表示部は、JK1XKP氏がHPで公開されている
　　　「7セグ3桁表示の、mV_DC電圧計（PIC＋FET定電流回路＋充電C　構成）」
　　　を採用している。
　　　その前段に、AC全波整流＋LPFによる平均化＋GAIN回路を設け、
　　　AC入力を直流変換して、mV_DC電圧計に、AC入力の実効値表示をするという
　　　仕掛けになっているようだ。
    　  また、高い周波数まで精度を出すため、OPアンプの選択には神経を使った
　　　ようで、高速のOPアンプを採用している。

　　＜このAC電圧計の、主な仕様＞
　　　�@　測定周波数範囲：　50Hz〜　100kHz
　　　�A　測定レンジ
　　　　　 999mV、9.99V、99.9V フルスケールの3種類

　　・今回は、実験ボードとして考え、ACアダプター（DC6V）入力とした。
　　・まずは、水魚堂CADで、自分用の回路図作成から行った。

■　2013.8.13
　　・回路図作成終了
　　・パーツリスト作成

■　2013.8.14
　　・パーツ手配済

■　2013.8.22
　　・部品メーカーが、夏季休暇に入った関係で、コーセル製の、DC/DCコンバータモジュール
　　　の納期回答が遅れていたが、やっと本日到着した。

■　2013.8.23〜　2013.8.25
　　・ユニバーサル基板製作

■　2013.8.26
　　・ユニバーサル基板製作上がり

■　2013.8.27
　　・動作確認の前に、PIC16F84Aに、JK1XKP氏の作成した、HEXファイル：MV3L.hex
　　　を焼かないといけない。
　　　秋月のライタ（WIN7非対応）で焼くのだが、
　　　旧XPパソコンが壊れてしまっているので、最近不調の、WIN_MEパソコンで焼くしかない。
　　　何とか、HEXファイルの書き込みは終了した。
　　　以下に、その時の、ライタソフトのウインドウを示した。

　　・いよいよ動作チェック開始
　　　�@　電源のショートチェック OK
      �A　IC, 7セグ未実装時の、OPEN電源電圧を、各供給先のピンにて確認→　OK
　　　　　 DC IN→　6.14V
　　　　　 +5V→　4.96V
　　　　　 +15V→　+15.04V
　　　　　 -15V→　-14.99V
　　　�B　調整開始
　　　　　a. まずコンパレータと、PIC及び、7セグのみ実装し、DC TESTコネクタと、DETジャンパピンを
　　　　　　 OPENにして、電源ON　（DC測定部の調整）
　　　　　→　デシマル・ポイント無点灯で、000表示になっている。
　　　　　　　 また、CN2の、DICピンを切替えると、0.00、00.0表示になるので、PICは、RUNしている。
　　　　　　　 またこの時の、VCC= 4.96Vで全くダウンしてない。

　　　　　b. DC入力源として、電池＋ポテンショによる簡易治具を使用した。
　　　　　　 DC TESTコネクタに、500mV（テスターで確認）を入力し、7セグ表示が、500となるように
　　　　　　 VR1を調整。
　　　　　　 10mV〜500mV入力の範囲で、7セグ表示を数点プロットしてみたが、±2デジット以内に
　　　　　　 に入っているようなので、上出来である。（まあ、元設計が、すばらしい！！ということだが・・）

　　　　　c. 次に、AC全波整流部のOPアンプ、2個を実装し、この部分のレベル調整を以下の手順で行う。
　　　　　　　c-1：　DETジャンパピンは、未だopenにしておく。
　　　　　　　c-2；　まずは、DET動作（全波整流）しているか確認
　　　　　　　　　　　（この確認の時は、終段OPアンプの、CはOPEN→ JMP1,2：OPEN）
　　　　　　　　　→　AC入力に、50Hz、1Vp-pサイン波を入力して終段OPアンプの出力を確認したが、
　　　　　　　　　　　 何故か全波整流になっていない。
　　　　　　　　　　　 原因は直ぐには判らなかったが、回路図をよく見ると、終段OPアンプの入力ピン（加算点）
　　　　　　　　　　　 への接続が誤っていることに気が付く。
　　　　　　　　　　　 詳細は下図参照のこと。

　　　　　　　　　→　朱書き修正のように、ユニバーサル配線を修正し、再度、全波整流部の動作確認
　　　　　　　　　　　 とレベル調整を行った。
　　　　　　　　　　　 調整は、AC入力に、50Hz、1Vp-pサイン波を入力した時、全波整流出力の波高値が
　　　　　　　　　　　 0.5Vになるように、VR2で合わせればOK（未だ暫定調整）
　　　　　　　　　　　 下図に、レベル調整が終了した全波出力波形と、直流化出力波形を示した。

　　　　　　　c-3； DETジャンパピンをクローズして、この時の、7セグ表示値が、実効値：353（mV）となるように
　　　　　　　　　　 VR2を再調整する。（わずかに回す感覚でした。）　

　　・ここで、各種データ取りを行ってみた。
　　　�@　入力レンジ毎の、表示確度
　　　　　 下表のような結果になった。
　　　　　 999mVレンジにて、入力500ｍＶで、表示を殆どピタリと合わせたが、他のレンジでは、どちらかというと
　　　　　 実効値でなく、平均値の理論値（Vp-p/3.14）に近い表示値になった。
　　　　　 尚、99.9Vレンジの、校正値は、50.0Vとしたかったが、この電圧を発生できる交流源がなかったので
           10.0V（20.0Vp-p）を校正値とした。

　　　�A　入力周波数　対　表示値の変化
　　　　　 3Vp-pサイン波にて、入力周波数を、50Hzから100kHzの間で変化させ、
　　　　　 その時の表示値の変化を確認した結果を下表に示した。
　　　　　 大方、100kHzまで良好な結果となった。

■　2013.8.28
　　・おまけとして、DC電圧測定部の、FETによる定電流回路＋C充電回路＋コンパレート出力
　　　の、動作タイミングを取得しましたので、ここにアップしておきます。
　　　2現象オシロには、ソフトオシロ２を使用しているため、AC成分しか観測できませんし
　　　高速パルスには反応しないので、見にくい波形となっていますが、ご了承ください。
　　　尚、DCモードでの測定には、別途、自作オシロ_V3を使用して、
　　　シングルトリガにより、Cの充放電波形を取得しました。

■　2013.8.29
　　・大方、OKなので、最後に化粧パネルとしてアクリル板を加工したものを
　　　前面パネルとして取付けてみました。
　　　トップの写真が、その写真なのですが、透明アクリルなので、写真だと、ちょっと
　　　分かりにくいかもしれませんが・・・

＜最終回路図＞
　・こちらから、どうぞ→　「PIC_AC電圧計_実験回路」

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