На практике
зачастую требуется измерить амплитудные значения
напряжения в цепи. Для этого используются вольтметры
амплитудных значений. Нелинейным элементом вольтметров амплитудных значений
является амплитудный детектор. Различают амплитудные детекторы с открытым и
закрытым входами.
Амплитудный детектор с открытым входом.
К входу детектора (гнезда 1 и 2)
подключен источник измеряемого переменного напряжения с амплитудой Um и с внутренним сопротивлением Rист.
В положительные полупериоды конденсатор C1 через диод VD1
заряжается до амплитудного значения Uс = Um . Разряд конденсатора C1 может
происходить лишь через резистор R1, так как в момент уменьшения напряжения на входе диод
VD1 запирается разностью напряжений Um – u(t), приложенной к нему в обратном направлении.
Постоянная времени t = R1C1 выбирается достаточно большой по сравнению с периодом
T измеряемого напряжения, т.е.
t = R1C1 >> T =1/fн , где fн – низшая
частота измеряемого напряжения. Пока диод VD1 закрыт
конденсатор разряжается, но незначительно. При мгновенном значении напряжения
на входе u(t)>UCmin конденсатор C1 подзаряжается до напряжения Um .В результате среднее значение напряжения на конденсаторе UС0 поддерживается близким к амплитудному значению
измеряемого напряжения. Ток через диод протекает только в течение малого
отрезка времени, когда напряжение на диоде положительно.
Из схемы видно,
что па результат измерения будет влиять также внутреннее сопротивление
источника Rист,
включенного последовательно с Ri. При полностью заряженном конденсаторе С1 напряжение UC0 не
может превышать UC0=Um/R1 (Rист +Ri+ R1)» Um/R1 (Rист + R1).
Применение схемы с
открытым входом возможно только при R1 >>Rист в противном случае возникает большая погрешность. Это
резко ограничивает возможности вольтметра такого типа. Например, им нельзя
измерять напряжение на одном из двух последовательно соединенных конденсаторов.
Входное
сопротивление вольтметра, имеющего амплитудный детектор с открытым входом,
можно оценить эквивалентным сопротивлением Rэкв , потребляющим ту же мощность, что и вольтметр, при
одном и том же входном напряжении. Мощность, потребляемая детектором, Р =
Uc0 2/R1.
Мощность,
рассеиваемая на эквивалентном сопротивлении: P=(Um/Ö2)2/Rэкв
Приравнивая эти
выражении, получаем: Uc0 2/R1=(Um/Ö2)2/Rэкв
С учетом Uc0» Um имеем Rвх =R1/2.
Если на вход амплитудного детектора с открытым входом подано напряжение,
содержащее постоянную составляющую, то конденсатор C1 зарядится до
максимального значения сигнала Umax. Среднее значение постоянного напряжения на
конденсаторе будет поддерживаться близким к Umax.
Таким образом, постоянное напряжение на выходе амплитудного детектора с
открытым входом равно (с некоторой точностью) амплитудному значению входного
напряжения относительно нулевой линии. Полярность измеряемого значения должна
соответствовать полярности включения диода.
Амплитудный
детектор с закрытым входом В положительный полупериод конденсатор С
заряжается через диод VD1 до амплитудного значения напряжения Um. Разряжается конденсатор через резистор R, как и в
детекторе с открытым входом. Постоянную цепи RC выбирают
достаточно большой, поэтому напряжение на конденсаторе спадает медленно и
среднее значение напряжения на нем слизко к Uт. Физические процессы, протекающие в схеме, такие же,
как и в детекторе
