Помехозащищенность цифрового вольтметра, страница 7

Следовательно, с точки зрения защиты от сетевой помехи частоты 50 Гц имеет смысл выбрать =20 мс, а увеличение длительности интегрирования до 40; 60; 80 мс … бесполезно. Однако в целом для помех любых частот помехозащищенность при этот возрастает. Это ясно видно на рис. 18,б, где по оси абсцисс отложены значения частоты помехи, связанные с m в соответствии с (31). Кривая, соответствующая, длительности интегрирования =40 мс, располагается выше кривой, соответствующей =20 мс, и ее всплески в бесконечность идут в 2 раза чаще. На основании (31) и (35) легко подсчитать, что каждое двукратное увеличение  соответствует подъему касательной, описываемой уравнением (35), на 6 дБ.

Рассмотренный способ защиты от помех нормального вида путем интегрирования достигается в так называемых интегрирующих ЦВ, т.е. во времяимпульсных ЦВ с двукратным интегрированием  и в часто-импульсных ЦВ. В первых осуществляется непрерывное интегрирование напряжения, как в рассмотренном устройстве по схеме рис. 16,а, причем это устройство не является чем-то дополнительным к самому ЦВ. Как было для входных фильтров, а образует его органическую часть. В частотно-импульсных ЦВ осуществляется дискретное интегрирование частоты, причем интегратором является счетчик импульсов, но это не меняет рассмотренной принципиальной основы помехозащищенности.

В заключение остановимся на частотной зависимости  для интегрирующих ЦВ. Учитывая (6) и сопоставляя графики на рис. 6,г или на рис. 10 с графиками на рис. 18, можно заключить, что, начиная со значения m=1/, т.е. с частоты

                                                                                                              (37)

где -длительность интегрирования, спад  с наклоном – 20 дБ/дек компенсируется подъемом с наклоном +20 дБ/дек ( касательная на рис. 18).

Следовательно, начиная с , прямая, на которой находятся значения при самых неблагоприятных значениях частоты помехи и ее фазового сдвига относительно начала интегрирования, располагается горизонтально. Из (9), (10), и (37) следует, что при > уровень, на котором располагается эта прямая, определяется выражением 20 lg /2. Зависимость показана на рис. 19.

Входные устройства ЦВ

Один из видов входных устройств (ВУ) уже был рассмотрен в предыдущем параграфе – входные фильтры для защиты от помех. Их применяют в ВУ времяимпульсных ЦВ с разверткой и кодоимпульсным ЦВ. Иногда их применяют также в ВУ интегрирующих ЦВ. Хотя само по себе интегрирование в этих ЦВ является более эффективным средством защиты. Их применяют, если хотят еще больше повысить помехозащищенность интегрирующего ЦВ, жертвуя быстродействием. В ряде моделей ЦВ входные фильтры установлены в ВУ, но могут быть отключены.

В данном параграфе будут рассмотрены другие ВУ: входные делители и усилители напряжения и преобразователи некоторых физических величин в напряжение постоянного тока.

Входные усилители и делители напряжения

Назначение входных усилителей и делителей напряжения – соответственно увеличивать или уменьшать измеряемое напряжение до уровня, удобного для преобразования в код, обеспечивая при этом стабильный коэффициент передачи и по возможности высокое входное сопротивление. В ЦВ с несколькими диапазонами измерения переход с одного диапазона на другой осуществляется изменением коэффициента усиления или деления. Выбор нужного диапазона осуществляется вручную или автоматически.

Вначале остановимся на вопросе о входном сопротивлении ЦВ.

Известно, что чем выше входное сопротивление любого вольтметра, тем  меньше методическая погрешность результата измерения, обусловленная уменьшением измеряемого напряжения при подключении вольтметра. При заданной погрешности чем выше входное сопротивление, тем более высокоомным может быть источник измеряемого напряжения. Совершенно очевидно, что допустимое значение упомянутой методической погрешности должно быть согласовано с разрешающей способностью. Понятие «разрешающая способность» можно применять к любому измерительному прибору, в частности к любому вольтметру, не обязательно цифровому. Пусть имеется аналоговый электронный вольтметр постоянного тока со шкалой, содержащей 100 делений. Считаем, что показание округляется до 0,5 деления. В таком случае имеем 200 «квантов» и разрешающая способность составляет 1 : 200. Пусть этот вольтметр имеет входное сопротивление  Мом. Потребуем, чтобы относительная методическая погрешность результата измерения. Связанная с конечным значением , не превышала относительного значения кванта, т.е.

                                    .

Легко показать, что относительная методическая погрешность в процентах определяется выражением

                                                 ,

где - выходное сопротивление источника измеряемого напряжения; - входное сопротивление вольтметра.

При этих данных получаем, что вольтметр можно подключать к объектам, у которых  не превышает 5 кОм.

Теперь, сохранив условие << 5 кОм, рассмотрим цифровой вольтметр сравнительно высокой точности, имеющий разрешающую способность 1 : 199999 9округленно 1: 20000). При тех же требованиях к методической погрешности он должен иметь

=1000 МОм =1 ГОм.

Приведенное рассуждение показывает, что высокая разрешающая способность цифровых вольтметров косвенно требует и высокого входного сопротивления. В современных интегрирующих ЦВ достигнуты значения =1 ГОм, а кодоимпульсных ЦВ – еще больше: 20-25 ГОм (в уникальных моделях – до 0,1 -1 ТОм). Столь высокие значения  достигаются применением полевых транзисторов во входных каскадах усилителей, а также введением очень глубокой последовательной отрицательной обратной связи (ООС). Указанные предельно достигнутые значения относятся к основному диапазону измерения. На диапазонах с большей чувствительностью, где применяются предварительный усилитель с последовательность ООС, значение  уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается чувствительность. Это положение непосредственно следует из известных формул для коэффициентов усиления и входного сопротивления усилителя, охваченного последовательной ООС: