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Forum: HF, Funk und Felder HF-Kopf für DMMulti


Autor: R. Freitag (rfr)
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Hallo,

ich will HF-Spannungen messen, indem ich für mein Multimeter einen 
Tastkopf bauen, der die HF in für das DMM lesbares wandelt. Kleinste 
Spannung soll 1 mV sein.

Die erforderlichen Gleichrichterdioden haben aber alle einen 
Spannungsabfall von 200 mV. Wie kann ich  dieses Problem lösen?

Gruss

Robert

Autor: nur so am vorbeischauen (Gast)
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In Serie zu jeder Dioden noch ne zweite in Gegenrichtung dranhaengen.
Das kompensiert sich dann schon und am DMM wirst du irgendwas
mit 1mV messen.
Der Vorteil dabei ist, du belastest das Messobjekt minimal.

Im Ernst, ohne Verstaerker wird das nichts.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Autor: R-Berres (Gast)
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Unterhalb ca 20mV hat die Diode eine annähernd quadratische Kennlinie.
Das heist die Ausgangsspannung der Diode ist proportional der HF 
Leistung.
Bei 1mV HF Spannung kann man bei einer Zero Bias Shottky Diode mit etwa 
100nV-1uV Gleichspannung rechnen.
Firmen wie Rohde&Schwarz betreiben einen sehr hohen Aufwand, um die 
Diodenkennlinie zu linearisieren. Heute wird die Diodenkennlinie in 
einen
Rom abgespeichert, und zwar individuell für jede Diode.
Früher hat man die Diodekennlinie mit Hilfe eines Regelkreises und einen 
zweiten Diodenpaar rausgekürzt.
Ein Fehler bleibt aber bei allen Verfahren übrig. Das ist die 
Temperaturdrift, die bei 1mV HF nicht unerheblich ist.
Also ganz so trivial wie der R-Freitag es möchte ist es leider nicht.
Die Lösung mit einer Diode direkt am Multimeter geht brauchbar erst ab 
ca 200mV HF-Spannung. Ab da ist die gleichgerichtete Spannung im etwa 
proportional der HF-Spannung.

Ralph Berres DF6WU

Autor: Christian S. (messgeraeteprofi)
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Hallo Robert,

wenn ich mich recht erinnere gab es soetwas kommerziell früher mal von 
Philips (jetzt Fluke). Die Nummer ist PM9211 und wenn Du in der Bucht 
nach 390072952462 suchst, findest Du ein Bild. Dies nur als Hinweis.

Und NEIN, das war natürlich  NICHT  meine Auktion, die ich hier versuche 
auf plumpe Art nachträglich zu promoten.

Grüße

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Hallo Christian

So ein Messkopf gibt es auch heute noch von verschiedenen Firmen. Es gab 
sowas auch von Hameg. Aber nicht für Messung von 1mV HF wie Robert es 
wollte. Die zeigen alle erst ab ca 200mV HF was brauchbares an.

Ralph DF6WU

Autor: Bernhard (Gast)
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>erst ab ca 200mV HF

Gar nicht wahr, die Gleichrichtung funktioniert auch schon früher. Es 
entstehen zwar recht kleine DC-Spannungen (mV), aber die stehen ja 
trotzdem noch in einem eindeutigen Verhältnis zur HF-Spannung. Du kannst 
locker 30dB kleinere Werte messen, als du behauptest.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Hallo Bernhard

Ich hatte weiter oben geschrieben das die gleichgerichtete Spannung 
unterhalb etwa 20mV der HF-Leistung proportional ist. Eben auf Grund der 
Tatsache das die Diodenkennlinie in diesem HF-Spannungsbereich im etwa 
einen quadratischen Verlauf hat.
Im Bereich von 20mV bis ca 200mV geht die Kennlinie allmählich in einen 
linearen Verlauf über. Erst oberhalb 200mV ist die gleichgerichtete 
Spannung proportional der HF Spannung. Das gilt zumindest für 
Germaniumdioden und Zero-Bias Schottky Dioden. Da ein normales 
Multimeter nun mal eine Spannung anzeigt, ist die Anzeige nun mal nur 
oberhalb 200mV proportional. Es wird hier der Spitzenwert angezeigt. 
Natürlich zeigt das Multimeter bei kleineren Spannungen noch irgendwas 
an, man kann dann aber nur schwer bis garnicht auf die wirklich 
anstehende HF Spannung schließen.
Wenn man so kleine Spannungen wie 1mV HF anzeigen will, muss man die 
gleichgerichtete Spannung erheblich verstärken und die Kennlinie wieder 
entzerren. Bei 1mV HF ist die Spannung nach der Diode nur noch im 100nV 
Bereich groß. Nobelfirmen der HF Technik wie Rohde&Schwarz  treiben 
dafür einen erheblichen Aufwand, siehe z.B. URV5.Ich glaube kaum das 
sowas in einen normalen HF Tastkopf für Multimeter integriert ist. Aber 
ich lasse mich gerne eines besseren belehren. Man muss mir nur den 
Beweis erbringen.

Ralph DF6WU

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Dioden-Tastköpfe für Oszilloskope gibts sogar beim großen C
http://www.conrad.de/goto.php?artikel=125989
HF-TASTKOPF C9000 von Testec  66,63€
Bandbreite:    350 MHz
wie hoch soll denn die Hochfrequenz reichen?
Eingangswiderstand:    10 mΩ - nanu , sollte das Mega heißen?

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Christoph

Das ist kein HF-Gleichrichterkopf sondern ein Oszillografentastkopf mit 
einen 10:1 Teiler, welches bis zu einer Grenzfrequenz von 350MHz 
spezifiziert ist. Der hat natürlich 10Mohm Eingangswiderstand. Zumindest 
bei niedrigen Frequenzen. Dem paralell liegt noch eine Kapazität von
ca 13,5pF. Bei 350MHz kann man sich ja leicht ausrechnen welche Impedanz 
dies entspricht.
Aber der Testek DE112 ist so ein Kanidat wie du ihn meinst.Und da steht 
auch dabei Ansprechspannung 250mV

Ralph DF6WU

Autor: René H. (dj1yr)
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Hallo,

wie wäre es wenn man die HF mittels C entkoppelt, und eine Vorspannung 
anlegt, also die Diode gerade leitend ist.

mfg René

Autor: Guido (Gast)
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Mal zum Vergleich; mein selbstgebauter Diodenmesskopf
mit 50 Ohm geht bis ca. 10 mV hinunter (-25 dBm). Er
verläuft näherungsweise linear bis 400 mV (+5 dBm).

Bei -25 dBm liefert er noch 0,1 mV Gleichspannung, was
mit einem Multimeter noch gut aufzulösen ist.

Autor: R. Freitag (rfr)
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Ist ein Schaltplan verfügbar?

Gruss
Robert

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Guido schrieb

>Mal zum Vergleich; mein selbstgebauter Diodenmesskopf
>mit 50 Ohm geht bis ca. 10 mV hinunter (-25 dBm). Er
>verläuft näherungsweise linear bis 400 mV (+5 dBm).

Linear bezogen auf Leistung oder Spannung? Ist wohl eher die Leistung. 
Was ist bei dir näherungsweise linear?

>Bei -25 dBm liefert er noch 0,1 mV Gleichspannung, was
>mit einem Multimeter noch gut aufzulösen ist.

Erwähnte ich bereits weiter oben. Nur das ich mich auf 1mV HF bezog.
R.Freitag wollte aber eine Spannung anzeigen. Oder habe ich mich 
verlesen? Du bestätigst meine Aussage weiter oben, das der Zusammenhang 
zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung quadratisch ist, somit 
das DVM eine Leistungsproportionale Spannung misst. Nur calibriert ist 
das DVM dann nicht. Es zeigt irggendwas an. Als Trendanzeige aber 
durchaus verwendbar.
Weierhin wollte R.Freitag bis 1mV messen, da kommen aus dem 
Gleichrichter dann höchstens 1uV raus.

Rene schrieb

>wie wäre es wenn man die HF mittels C entkoppelt, und eine Vorspannung
>anlegt, also die Diode gerade leitend ist

Das hat man sogar eine Zeitlang so realisiert. Als es noch keine Zero 
Bias Dioden gab, bzw. sie extrem teuer waren. Man kann damit tatsächlich 
die Empfindlichkeit einer Diode um bis zu 20db erhöhen. Die 
Temperaturabhängigkeit hat man sogar durch eine zweite ebenfalls mit den 
gleichen Strom vorgespannte Diode versucht zu kompensieren. Die 
Linearität war allerdings in der Praxis mehr als bescheiden, so das man 
schnell wieder davon abgekommen ist.

Ralph Berres DF6WU

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>wie wäre es wenn man die HF mittels C entkoppelt, und eine Vorspannung
>anlegt, also die Diode gerade leitend ist

Ich hatte das mal hier als Spielerei ausprobiert:
   Beitrag "Re: HF Millivoltmeter"

aber unter -30dBm kam ich dabei auch nicht, was an dem verwendeten OpAmp 
und hauptsächlich an der Temperaturdrift der Bauteile lag.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Hallo Kupfer Michi

Ich habe deinen Tread HF-Milivoltmeter gerade gelesen.
Deine Schaltungsidee konntest du in dem URV4 von Rohde&Schwarz wieder 
finden. Der ging immerhin bis 1mV hinunter. Den Messkopf gab es sowohl 
mit den Germaniumdioden GD742 als auch mit den BAT16.
Der URV5 arbeitet nach einen anderen Prinzip. Er hat am Ende des 
Messkopfkabel ein Steckergehäuse in welches sich ein Eprom befindet.
Die Diodenkennlinie wird individuell für jeden Tastkopf in das Eprom 
abgelegt. Beim Einstecken des Messkopfes ins Grundgerät wird das Eprom 
ausgelesen und mit dem gemessenen Ergebnis verrechnet.
Der Frequenzgang ist übrigens sowohl bei dem URV4 als auch bei dem URV5 
bis ca 1,5 GHz innerhalb 0,5db glatt.

Ich habe mal versucht für den URV4 einen Messkopf mit den Dioden BAT62 
selbst zu bauen. Aber sie ist eben doch nicht gleich der BAT16. Die 
Schleifenverstärkung des URV4 hat bei mir nicht ausgereicht um einen 
stabilen Nullpunkt zu bekommen und die BAT62 war auch nicht so 
empfindlich wie die BAT16.
Ich habe übrigens beide Geräte im Einsatz.
Ralph Berres

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Meine Schaltungsidee hatte ich ursprünglich von hier:

Analog Circuits Cookbook, Page 146ff
http://www.kb7tbt.com/manuals/Ham%20Help%20Manuals...

Die R&S URV Serie hatte ich mir dann auch noch angeschaut, aber die 
genaue Wechselwirkung der 4 Dioden mit den ganzen Anpassimpedanzen im 
Tastkopf war mir dann doch etwas zu kompliziert und ich blieb bei meinem 
ersten Versuch bei meiner einfacheren Variante.

>bis ca 1,5 GHz innerhalb 0,5db glatt

Das scheint weniger das Problem zu sein. Mit meiner BAT62 & und einem 
haarstreubenden Fädeldrahtaufbau komme ich in vergleichbare Regionen 
(mehr als 1.3GHz gibt mein Generator nicht her)

Der Versuch mit einem Chopper OpAmp steht immer noch aus.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Kupfer Michi

Das sieht ja schon sehr schön aus. Bis -50dbm kommst du in der Tat nur 
mit einen Chopperverstärker. Unter Bama sowiso findest du das Manual von 
dem URV ( ohne was dran ). Den solltest du dir mal zu Gemüte führen. Der 
hat in der Tat noch Pegel um die 1mV noch halbwegs stabil messen können.
Der URV5 ist natürlich besser, und auch empfindlicher, aber was für ein 
Aufwand wurde da getrieben.
Da ist der Zerhackerverstärker noch mit Fets aufgebaut und zur 
Nulpunktstabilisierung wurden diese immer mal direkt, mal Kreuzweise an 
den + und - Eingang des nachfolgenden OP geschaltet um die Drift 
rauszurechnen. In den HF Milivoltmeter dieser Empfindlichkeit steckt 
sehr viel Know how des Entwicklers drin. Das ist nicht einfach mit 2 
Dioden vor dem Multimeter realisierbar.

Ralph Berres

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>Da ist der Zerhackerverstärker noch mit Fets aufgebaut

Ja, aber das gewürge wollte ich mir dann doch nicht antun, zumal ich die 
1µV Chopper AD8551 & ICL7650 bei Reichelt für 2.50€ gesehen hab.

Aber trotz all der Einschränkungen ist es sehr hilfreich und bringt 
einem im HF Verständniss sehr voran wenn man am PC einfach ein paar 
Kurven aufzeichen kann.

Mit einer reinen Einzelwertmessung mit DMM würde ich abraten, das ist 
stochern im Nebel.

Autor: Guido (Gast)
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Hallo nochmal,

linear natürlich auf die Leistung bezogen. Hab ja geschrieben
"zum Vergleich" und wollte nur zeigen, was mit bescheidenen
Mitteln möglich ist.

Schaltplan habe ich keinen, der Aufbau ist sowieso das
entscheidende. Ich weiß nicht mal mehr was für eine Diode ich
verwendet habe, vermutlich 1N5711. Ich habe mich grob am
Aufbau von DL5NEG orientiert.

Achso: ungefähr linear, weil ich es nicht besser kalibrieren
kann (womit auch?).

Gruß, Guido

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>weil ich es nicht besser kalibrieren kann (womit auch?).

Nimm einen Pegel den du gut am Oszi ausmessen kannst.
Dann bau dir mehrere 20 & 10dB Pi PADs die du ebenfalls mit dem Ohmmeter 
einzeln gut ausmessen kannst. Höhere Werte ergeben sich dann durch 
hintereinanderschalten.

Wenn du 0805 Widerstände benutzt und die HF Regeln zur Leitungsführung & 
Aufbau beachtest solltest du damit eine Linearität von ~+-0.5dB bis 1GHz 
hinbekommen.

Besser als nix, wenn man nichts anderes hat.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Guido

recht gut gehen BAT62 von Siemens oder die alten Germaniumdioden AA132 
z.B.
Diese allerdings nur bis ca 500MHz.

Ralph Berres

Autor: hans-michael (Gast)
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Hallo,

habe auf einem Flohmarkt einen alten HF-Tastkopf für ein Voltmeter 
gefunden. Hersteller leider unbekannt. Dieser benötigt eine 1,5V 
Knopfzelle, und ist spezifiziert 10 kHz. ... 800 MHz. An meinem R&S SMDU 
Messsender liefert er sinnvolle Werte. Der Messbereich kann 1-3-10-30V 
abdecken. Das zweite Bedienteil ist ein Poti für den Nullpunkt.
Irgendwie muß es also doch einen Schaltungstrick geben. (Vorspannung ?)
Gruß
hans-michael@gmx.net

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Hans Michael

Bis herab zu einer Spannung von ca 200mV ist das auch kein Problem. Da 
ist die Gleichspannung noch proportional der HF Spannung.
Ab ca 20mV abwärts ist der Zusammenhang quatratisch. Also die DC 
Spannung ist proportional der Leistung. Die Werte dazwischen sind recht 
undefiniert.

Bei ca 1mV HF Spannung ist nur noch eine Gleichspannung im uV Bereich zu 
messen.

Man kann den Übergang zwischen Spannungsproportionaliät und 
Leistungsproportionalität mit Hilfe einer Vorspannung etwas nach unten 
schieben, aber das ist extrem temperaturabhängig und genauer wirds 
dadurch auch nicht.

Ralph Berres

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Von avagotech gibts Application notes,
http://avagotech.com/pages/en/rf_ics_discretes/sch...
Zero bias small signal detector diode -> Documents
speziell zu "zero bias" Dioden, die haben die größte Empfindlichkeit 
ohne spezielle Vorspannung, der Parameter heißt "tangential 
sensiutivity"

Autor: Herbert Z. (Gast)
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hallo ,
bei der DL-QRP AG gibt es einen ferigen Messkopf mit Kalibrierungskurve
für den Frequenzbereich 1 bis 30 MHz.

Bei selbstbau sind wohl Germaniumdioden erste Wahl.Sie erreichen 
Empfindlichkeiten von weniger als 1 mv und manche sind bis 90 Volt 
brauchbar; so dass auch größere Leistungen gemessen werden können.
Dioden kann man ja auch Gleichspannungsmässig vorspannen um die 
Empfindlichkeit zu steigern..
Mfg Herbert
Ps: Aus alten UKW_Berichte könnte ich Beiträge kopieren aber nur wenn 
Interesse besteht.

Autor: Herbert Z. (Gast)
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Nachtrag:Eine Kalibrierungskurve für den Bereich 1KHz und 144MHz gibt es 
auch dazu.
Es ist halt immer die Frage was will man als Ergebnis 
sehen.Professionelle Ansprüche erfordern teuere Geräte oder Selbsbau mit 
hohem Aufwand.
Am einfachsten haben es die welche nur einen maximum Abgleich erzielen 
wollen.Al Wochenendprojekt mit dem Ergebnis einer "Eierlegenden 
Wollmilchsau" ist ein Hf-Tastkopf glaube ich nicht geeignet.
Ps.Ist ein Thermische Lösung nicht einfacher...weil mit Gleichspannung 
zu kalibrieren?

Mfg Herbert

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Herbert Z. schrieb:
> Ps.Ist ein Thermische Lösung nicht einfacher...weil mit Gleichspannung
>
> zu kalibrieren?

Die termische Lösung ist sogar genauer. Sie wird auch heute noch oft 
angewendet, eben weil sie keine Diodenkennlinie mehr beinhaltet die es 
zu berücksichtigen gilt. Auch zu dem Nachfolgetyp des URV5 ( URV35 und 
höher ) gibt es termische Messköpfe. HP praktiziert das schon seit 
Jahrzenten.
Termische Messköpfe haben aber einen entscheidenden Nachteil.

Sie sind relativ träge, und relativ unempfindlich, bzw sie haben einen 
relativ kleinen Dynamikbereich von vielleicht 40dB. Diodenmessköpfe 
können 70db und mehr Dynamik. Auch sind termische Messköpfe sofern der 
Dynamikbereich nicht noch kleiner ausfallen soll, und nicht 
Einschwingzeiten im 10 Sekunden Bereich akzeptiert werden soll, kaum mit
Amateurmitteln aufzubauen. Diese Messköpfe haben extrem kleine 
Abmessungen auf einen Keramiksubstrat.

Die Tatsache das die termischen Messköpfe grundsätlich den Effektivwert 
anzeigen, sogar mit einen sehr hohen Crestfaktor, kann man als Vorteil 
ansehen.

Wobei die Diodenmessköpfe unterhalb 20mV auf Grund der quadratischen 
Kennlinie auch den Effektivwert anzeigen. Der Crestfaktor wird 
allerdings um so niedriger je mehr man sich der 20mV Grenze nähert, und 
erreicht niemals den Wert eines termischen Tastkopfes.

Was die erreichbare Grenzfrequenz betrifft gibt es beide Messkopfarten 
bis ca 40GHz.

Ralph Berres

Autor: Herbert Z. (Gast)
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Noch ein Weg der möglicherweise mit Amateumitteln nach Rom führt...
Wenn mich meine grauen Zellen nicht täuschen, dann habe ich noch eine 
andere Variante im Kopf.Es soll Miniaturlämpchen in Sofittenform 
geben.Der Glühdraht ist ungewendelt und der Warmwiderstand der Lampen 
liegt zwischen 100 und 200 Ohm.In enger Verbindung mit einem 
Photoelement plus Anzeigeverstärker ließe sich auch ein mit 
Gleichspannung kalibrierbarer Messkopf basteln.

Mfg herbert

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Herbert

Es gab vor langer Zeit in den UKW-Berichten mal eine Bauanleitung für 
ein HF Leistungsmessgerät bis in den Mikrowellenbereich. Da wurden 4 
solcher Lämpchen als HF-Abschlusswiderstand in einer Brückenschaltung 
betrieben.
Der HF wurde eine Gleichspannung aus dem Regelverstärker überlagert, 
welche die Brücke immer so abgelichen hat, das sie 50 Ohm hatte.

Mit zunehemender HF wurde die Gleichspannung entsprechend weniger.

Das heist die Summe von Gleichstromleistung und HF Leistung wurde 
konstant gehalten. Und die dazu notwendige Gleichspannung wurde dann 
gemessen.

Das mit dem Photosensor glaube ich nicht das das vernünftig 
funktioniert, da zu unlinear.

Substinuieren nennt man sowas glaube ich.

Ralph Berres

Autor: Herbert Z. (Gast)
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Ralph

Natürlich hätte diese Umwandlung von Helligkeit in eine anzeigebare 
Spannung ohne Zweifel einen nichtlinearen Verlauf.Aber beim kalibrieren 
der Musik dh.Kalibrierspannung zum Messergebnis kann man diese 
Linearitätsfehler in einer Messkurve erfassen und "bügeln".Schön ist 
halt ,dass das ganze ziemlich Frequenzunabhängig ist...was man bei einer 
Diode nicht unbedingt behaupten kann.
So eine kalibriererei macht man natürlich nur in dem Leistungsbereich 
den man auch tatsächlich benutzen will.Bei größeren Leistungen wird man 
wegen der zulässigen Lampenspannung mit einem Dämpfungsglied arbeiten 
müssen damit die Birnchen oberhalb 12? bzw.24 Volt? nicht durchbrennen.
Ich glaube diese Anordnung wäre flinker als ein rein thermischer 
Messkopf.
Afu ist ein Experimentierfeld ,soll auch inspiriren und kreativ sein.

Mfg Herbert

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Naja wir haben uns vom eigentlichen Thema mittlerweile soweit entfernt, 
das hier lauter Lösungen aufgezeigt werden, die nicht mehr so ganz 
trivial sind.

Wie war das ganz oben in dem Tread. Der wollte was ganz einfaches haben 
für an sein Multimeter anzuschließen. Und das ganze soll bis 1mV herab 
zuverlässig anzeigen.
Ich fürchte sowas ganz einfaches was obige Bedingung erfüllt gibt es 
nicht.
Wenn ja dann wären die ganzen teuren Rohde&Schwarz URV.. überflüssig 
weil zu aufwendig.

Diese Selbstbau Thermischen Leistungsmesser ( Spannungen messen sie ja 
eigentlich keine ) gehen mit Sicherheit auch nicht bis 1mW runter.
Bedenke 1mW sind schon 223mV an 50 Ohm. 1mV sind irgendwas im 
Nanowattbereich. Mit Selbstbau wird das im Leben nicht detektiert.
Da überwiegen Temperaturschwankungen im Raum schon ganze 
Größenordnungen.
Das geht wohl in der Tat nur mit Dioden.

Ralph Berres

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