Помехозащищенность цифрового вольтметра, страница 3

Электрическая энергия, необходимая для питания частей ЦВ, находимая для питания частей ЦВ, находящихся внутри и вне , обеспечивается трансформатором источника питания, который имеет сложное экранирование (рис. 8). Все его обмотки находятся в отдельных экранах (-) и, кроме того, вторичная обмотка, предназначенная для питания части ЦВ, находящейся внутри , вместе со своим экраном  окружена экраном .

Распределенные сопротивления и емкости между  и входными зажимами A, B  в схеме на рис. 7 отображают , , , ; между  и A, B- , , , . Экран  соединен с экраном , в котором находятся провода линии связи ( и ). Сопротивление экрана  обозначено . Таким образом, ЦВ имеет трехзажимный вход (точки A,B,C). Этот признак позволяет по внешнему виду входного разъемного соединения установить, что в данном ЦВ применена описываемая конструкция.   

   В иностранных приборах зажимы A, B, C обозначаю соответственно Hi, Lo, Gu (high-высокий, low-низкий, guard-защита). Первые два значения условны. Так как современные ЦВ рассчитаны на подключение измеряемого напряжения любой полярности и имеют автоматическую индикацию полярности. Экран  должен быть обязательно изолирован, чтобы при прикосновении входного кабеля с корпусом ЦВ не получилось гальванического соединения  с  .

Схему на рис. 7 можно представить в более удобном для анализа виде (рис. 9,а). Как видим. Она весьма сложна. Схема содержит три полумоста ADB, ACB и AFB и делитель напряжения с низкоомным плечом . Применим такой способ: вначале отбросим полумост AFB и определим разность потенциалов точек A и B для моста ACBD, а затем, наоборот, отбросим полумост ACB и определим ту же разность потенциалов для моста AFBD. Легко заметить, что при отбрасывании полумоста AFB остающаяся часть схемы на рис. 9, а отличается от уже рассмотренной схемы на рис. 6,а только тем, что теперь  приложено к диагонали не непосредственно, а через делитель напряжения с плечами  и , . Поэтому остаются в силе все рассуждения, которые привели к упрощению схемы на рис. 6,в, и получаем схему, изображенную на рис. 9,б. Она представляет собой двухступенчатый делитель напряжения. С учетом малости  и  по аналогии с (7) получим

    ,                                                              (11)

где ; .

Асимптотическая ЛАЧХ содержит три участка, разграниченных частотами двух полюсов  и > :

                                              ,                        (12)

                                              ,                        (13)

где  и - большее и меньшее значения  из и  .

На первом горизонтальном участке, т. е. при >,

                      . (14)

На втором участке, имеющем наклон – 20 дБ/дек, т. е. при >>,

                                .

На третьем участке, имеющем наклон – 40 дБ/дек, т. е. при >

                        .

В частном случае при  полюса сливаются:

                                                    (15)

и вместо трех участков получается два: горизонтальный при >, на котором  определяется (14), и с наклоном  - 40 дБ/дек при >, на котором

                                        .           (16)

Естественно считать, что значения   и  в схеме на рис. 9,б того же порядка, что и  и  в схеме на рис. 6,в. Можно считать, что и значения  и  в схеме на рис. 9,б того же порядка. Для приближенного расчета примем, что  ГОм и  нФ. Тогда в соответствии  с формулой (14)  дБ. Это значит, что если, например, В, то доля этой ЭДС, проникающей во входной контур, составит  пВ, т. е. очень мала. Определим теперь  на частоте Гц.

В соответствии с (15) имеем  Гц, следовательно, >>. Поэтому   можно определять по формуле (16): =300 дБ− дБ. Если В, то во входной контур проникает нВ, т. е. тоже очень малая величина.

Отбросим теперь в схеме на рис. 9,а полумост ACB. Тогда получится схема, полностью совпадающая с показанной на рис. 6,а и соответственно сводящаяся к схеме на рис. 6,в. Следовательно, для нее справедливы (8) – (10). Но есть весьма существенное количественное различие: в схеме на рис. 7 значения  и  гораздо меньше, чем в схеме на рис. 5.  Это так называемые проходные сопротивления и емкость, обусловленные неидеальностью экранирования, в частности неидеальностью экранирования  трансформатора источника питания (рис. 8). Примем для ориентированного расчета, что  и  отличаются соответственно от ,  и ,  на два порядка: =100 ГОм; =10 пФ. В лучших конструкциях удается достичь значений  в несколько пикофарад. В соответствии с (8) получим дБ; при В имеем  мкВ (было 0,1 пВ). В соответствии с (9) по-прежнему Гц, поэтому для частоты сети Гц по (9) получим  дБ. Если В, то   мкВ (было 10 нВ). Асимптотическая ЛАЧХ показан на рис. 10.

Сделаем выводы.

1.  Полученные количественные результаты говорят о том, что способ, применяемый для анализа схемы на рис. 9,а с поочередным отбрасыванием полумостов, оказался допустимым (если бы значения , вычисленные при отбрасывании полумостов AFB и ACB, получились одного порядка, то это значило бы, что способ недопустим).

2.  Двухступенчатый делитель напряжений (рис. 9,б) столь сильно уменьшает влияние ,  и , , что коэффициент подавления определяется не ими, а   и  (рис. 7; 9,а).

3.  Эффект увеличения помехозащищенности в схеме на рис. 7 по сравнению со схемой на рис. 5 обусловлен тем, что в ней  значительно больше, а  значительно меньше.

2.  Способы защиты от помех нормального вида

Основное распространение получили два способа:

·  фильтрация и

·  интегрирование.

2.1 Фильтрация.Применение фильтров во входных цепях кодоимпульсных ЦВ и времяимпульсных ЦВ с разверткой является самым простым способом защиты этих Цв от  и  (рис. 11). Применяется как пассивный фильтр (частотно-зависимые цепи RC, LR, RLC), так и активные (усилители с частотно-зависимыми цепями обратной связи).