Jednou z nejčastějších příčin „záhadných“ problémů elektroniky, a to zejména u mobilních zařízení napájených z primárních článků nebo akumulátorů, jsou poklesy napájecího napětí. Zkrátka, i když trochu nepřesně, „měkké zdroje“. Jak se poklesy dají detekovat a změřit?
Logický, ale neúčinný postup, je snažit se zjistit změny napájecího napětí pomocí voltmetru respektive (digitálního) multimetru. Ručkový měřicí přístroj je schopen většinou reagovat na změnu v délce trvání asi 0,2s, a to ještě jen malým zhoupnutím ručky, o nějakém měření minima napětí nemůže být vůbec řeč. Digitální měřidla vzorkují vstupní napětí někdy po 0,1s, někdy po 1s, co se děje mezi odebranými vzorky jim většinou úplně uteče. Výpadky napájení, o které nám jde, mohou mít délku o 4 – 5 řádů (10000 až 100000 krát) menší a přes to škodí.
Standardní přístup je připojit na napájení dostatečně rychlý osciloskop (ty s rozsahem zvukových kmitočtů nestačí) ve střídavém režimu a snažit se zachytit změnu jako záporný impulz. Jenže osciloskop (bohužel) k základní výbavě amatéra zatím nepatří. Dá se nějak bez něj zjistit, zda se na napájecím napětí vyskytují poklesy vyvolané velkým odběrem respektive velkým vnitřním odporem zdroje nebo nějakého členu na cestě proudu? Dá, a stačí k tomu poměrně jednoduchý přípravek.
Zapojení nevyžaduje žádné nastavení, napájí se ze samostatného zdroje 12 – 16 V a má spotřebu do 5 mA. Napájecí napětí OZ musí být nejméně o 2V vyšší než sledované napětí. Keramický kondenzátor 22n se nabíjí proudem ze vstupu pravého OZ a zpětným proudem diody, jakmile napětí na něm vzroste nad napětí na neinvertovaném vstupu levého OZ (sledované napájecí napětí), napětí na výstupu levého OZ klesne, dioda se otevře a nabíjení se zastaví. Když přijde pokles, výstup levého OZ přes diodu velmi rychle kondenzátor vybije na minimální dosaženou hodnotu poklesu, a potom se začne kondenzátor zase pomalu nabíjet. Natolik pomalu, že voltmetr libovolné konstrukce na výstupu pravého OZ zvládne zobrazit dosažené minimum napětí a my jej stihneme přečíst. To je vše, co potřebujeme.
Na začátku po připojení napájení napětí na výstupu pomalu roste, mělo by stoupat asi o 0,3 V/s. Jen pokud by byl nárůst mnohem pomalejší, osadíme rezistor R* sériově složený z několika rezistorů 10MΩ a nastavíme jím rychlost růstu napětí.
Na výstup přípravku připojíme voltmetr s rozsahem jen mírně větším než je sledované napětí. Ručkový přístroj v tomto případě ukazuje názorněji a lépe se čte, ale můžeme použít i běžný levný digitální voltmetr. Pokud napětí poklesne i při jednotlivém pulzu na dobu delší než 5μs (tj. 0,000005s), na výstupu se objeví minimální dosažené napětí. Se sníženou účinností obvod zaregistruje i poklesy dlouhé 1μs. Pokud se poklesy opakují, například při chodu motoru nebo v periodě řízení serva (20 ms), voltmetr ukazuje dosazené minimum bez výkyvů.
V tomto případě není důležitá vysoká přesnost měření (třeba 0,01%), jde především o to, že poklesy napětí by měly odpovídat vnitřnímu odporu akumulátorů a kabelů a být na úrovní nejvýše desetin V. U elektronických stabilizátorů by měly být menší. Když už napětí na stabilizátoru klesá, je to známkou, že stabilizátor není schopen plnit svou funkci. Jakmile jsou poklesy větší než asi 0,5 V, je to vážný problém. Kritický stav nastává při pádu napětí pod úroveň, která je nutná k napájení mikrokontroléru. Měříme-li přímo na něm a napájení je 5V, může to být třeba 4V, ale i mnohem menší pohles se už projeví na přesnosti AD převodníků nebo vyhodnocení některých logických úrovní. Měříme-li před stabilizátorem, je většinou kritickou mezí napětí asi o 2V vyšší, než má stabilizátor stabilizovat, tedy 7V.
Sledování je nutné dělat nejen při plně nabitých akumulátorech, ale (a zejména) těsně před konce vybíjení. Nejde jen o sám pokles napětí akumulátorů před vybitím, ale (hlavně) o to, že před vyčerpáním kapacity velmi výrazně vzroste vnitřní odpor akumulátorů, takže pulzní odběr, který se zatím nijak negativně neprojevoval, najednou začně dělat problémy.
Uvedený přípravek neukáže všechny poklesy, ty nejrychlejší nezvládne, ale ty nebývají tak nebezpečné, protože je většinou pokryjí kondenzátory napájecích obvodů mikrokontrolérů.
Cena součástek na tento přípravek nemusí převýšit 20 Kč, přínos v podobě ušetřeného času při hledání „podivných“ závad je evidentní už při jednom jediném použití.