Помехозащищенность цифрового вольтметра, страница 8

                                                                                          (38);

                                                                                          (39);

                                       ,

где K и R – коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя в ООС; и - коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя с ООС.

На верхних диапазонах, следующих за основными (например 10 В, 100 В, 1000 В или только 100 В и 1000 В), применяется входной делитель напряжения. Который и определяет . Обычно сопротивление делителя составляет 10 МОм.

Пример

Таблица 2

*	q	Коэффициент усиления	Коэффициент деления
10 мВ 100 мВ 1 В 10 В 100 В 1000 В	0,1 мкВ 1 мкВ 10 мкВ 100 мкВ 1 мВ 10 мВ	100 10 1 1 1 1	- - - 10 100 1000	10 МОм 100 МОм 1 ГОм 10 МОм 10 МОм 10 МОм

Отметим, что в принципе методическую погрешность результата измерения, обусловленного конечным значением , можно исключить любым приемом, не требуя высокого значения  [23, ср. 232-235]. На рис. 20 показан источник измеряемого напряжения ИН, представленный в виде активного двухполюсника, содержащего ЭДС Е и выходное сопротивление . Требуется измерить напряжение между точками А и С. До подключения вольтметра напряжение . Вольтметр имеет известное входное сопротивление . Во входную цепь включен дополнительный резистор R, сопротивление которого также известно. Значения R и  могут быть одного порядка с . Резистор R шунтируется при замыкании ключа SW. При замкнутом SW измеряется напряжение

                               .

При разомкнутом SW измеряется напряжение

                                 .

Из двух уравнений с двумя неизвестными (Е и ) можно найти измеряемую величину:

                                                   .

Если выбрать R=, то

                                              .

Описанный способ был известен задолго до появления цифровых вольтметров. Он широко используется при измерениях напряжений в высокоомных цепях. При применении этого при цифровом измерении операции повторного измерения с коммутацией ключа SW и вычисление Е могут быть автоматизированы. Главное ограничение состоит в том, что  должно быть стабильным. На диапазонах измерения с входным делителем это условие выполняется.

Рассмотрим, как обеспечиваются несколько диапазонов измерения с помощью усилителя и делителя напряжений.

На рис. 21 показана схема входного устройства, обеспечивающего пять диапазонов измерения напряжения постоянного тока. Резисторы  образуют входной делитель напряжения, используемый на диапазонах с номинальными значениями измеряемого напряжения 10 В, 100 В и 1000 В. На этих диапазонах переключатель  находится в нижнем положении и входное сопротивление ЦВ определяется постоянным входным сопротивлением делителя (сопротивление между точками А, В): ==+++. Обычно выбирается = 10 МОм . Легко подсчитать, что при этом для обеспечения коэффициентов деления 10, 100 и 1000 нужно иметь =10 кОм; =90 кОм; =900 кОм и =9 МОм.

 К выходу делителя  подключается усилитель постоянного напряжения УПН, охваченный глубокой последовательностью отрицательной обратной связью по напряжению. Резисторы ,  образуют делитель напряжения цепи отрицательной обратной связи. Усилитель должен обладать большим коэффициентом усиления и малым дрейфом нуля. Он может быть реализован на операционном усилителе на интегральной микросхеме с непосредственными гальваническими связями между каскадами и дифференциальным входом. Минимальный дрейф нуля обеспечивают более сложные схемы с двойным преобразователем сигнала (модуляция – усиление переменного напряжения - демодуляция).

Коэффициент усиления усилителя, охваченного последовательной ООС, определяется известным выражением (38).

При  (глубокая ООС) можно считать

                                                                                                    (40).

В верхнем положении переключателя  и, следовательно, К=1.

Входное сопротивление усилителя, охваченного последовательной ООС, т. е. сопротивление между точками С, В, определяется выражением (39).

Например, при R=100 кОм и  имеем:  Ом =1 ГОм. Сопротивление  является нагрузкой для делителя . При  можно считать, что делитель  работает в режиме холостого хода.

Если это допущение неприемлемо (например, если  не очень велико), то нужно учесть, что выходное сопротивление делителя  различно на различных диапазонах. Этот недостаток можно устранить небольшим усложнением схемы, показанной на рис. 21: включением резисторов  и . Полагая сопротивление источника сигнала равно нулю, легко подсчитать выходное сопротивление  делителя на диапазонах 10, 100 и 1000 В; оно будет соответственно 900, 99 и 9,99 кОм. Для обеспечения постоянства выходного сопротивления потребуются  кОм-99 кОм≈800 кОм и  кОм-9,99 кОм≈890 кОм.

Таким образом, можно считать, что на диапазонах 10 В, 100 В и 1000 В общий коэффициент передачи выходного устройства определяется коэффициентом деления делителя  и в зависимости от положения переключателя  составляет 0,1; 0,01 и 0,001.

На диапазонах 0,1 В и 1 В делитель  отключается (переключателями  и  в верхних положениях). При этом входное сопротивление ЦВ =. На диапазоне 1 В переключатель  остается в верхнем положении (). При этом коэффициент передачи входного устройства равен 1, а = 1 ГОм. На диапазоне0,1 В  переводится в нижнее положение. При этом

                                    ;

следовательно,  b =100 МОм.