Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 7

2.2 Электронные вольтметры

            Следует подчеркнуть, что измерение токов на в/ч чрезвычайно затруднительно (нельзя последовательно с нагрузкой включать измерительный элемент), и поэтому основными приборами являются вольтметры с большим сопротивлением, не шунтирующих нагрузку.

Электронные вольтметры бывают:

а) селективные (например, В6-4);

б) неселективные (например, В3-38).

Селективные вольтметры имеют на входе перестраивающийся (избирательный) усилитель высокой частоты, а затем обычную неселективную схему (рисунок 2.5(а и б)). Здесь: УПТ – усилитель постоянного тока, прочие обозначения общепринятые.

Электронные вольтметры выполняются класса не хуже 0.1, поэтому выполнить перестраивающийся УВЧ с неизменными коэффициентами передачи, полосой пропускания в широком частотном диапазоне очень сложная задача. Селективные вольтметры громоздки, дороги и редко используются в связи. Подавляющее число электронных вольтметров – неселективные, которые благодаря наличию высокочастотных диодов на выходе обладают широким диапазоном как по напряжению, так и по частоте.

а)

б)

Рисунок 2.5

После диодов в/ч напряжение превращается в постоянный ток, пропорциональный амплитуде в/ч, которое можно легко передать на любое расстояние и измерить.

Как видно из рисунка 2.5(б) все электронные вольтметры имеют входной преобразователь – диод Д, в зависимости от схемы включения которого различают

1.  линейные амплитудные вольтметры;

2.  пиковые вольтметры;

3.  вольтметры действующих значений.

2.3 Линейный амплитудный вольтметр.

Линейный амплитудный вольтметр имеет на входе линейный диодный детектор (рисунок 2.6, а). На выходе детектора – рисунок 2.6, б – наблюдаются импульсы тока, которые благодаря С_н сглаживаются, образуя U₀ , пропорциональное амплитуде входного в/ч колебания. Чтобы это преобразование было линейным, необходимо, чтобы U_вх>0.5В (рисунок 2.7). При этом постоянная времени заряда С_н , где  - внутренне сопротивление открытого диода (10 – 20 Ом), а постоянная времени разряда , так как диод в это время закрыт.

                                              

а)                                                                                            б)

Рисунок 2.6

          Угол отсечки тока диода , а коэффициент передачи диода: ; чтобы обеспечить коэффициент передачи, близким к «1» необходимо обеспечить , то есть  или . Сопротивление нагрузки обычно в 10³ – 10⁴ раз превосходит . Из

Рисунок 2.7

соображений оперативности работы .

Таким образом линейный вольтметр имеет диодный преобразователь

1)  работающий на линейном участке в/ч характеристики U_вх>0.5В (рисунок 2.7);

2)  необходимо обеспечить  (), но время разряда ;

3)  емкость нагрузки должна быть в пределах , что обеспечивает шунтирование R_н на высоких частотах.

2.4 Пиковый электронный вольтметр

Должен отмечать (запоминать) самое максимальное значение амплитуды U_вх за все время измерения. Другими словами, пиковый вольтметр должен обладать памятью. Простейшим способом является создание диодного преобразователя с очень большим временем разряда при линейном действии, то есть необходимо обеспечить

1)  линейную работу U_вх>0.5В;

2)  хороший К_д ();

3)  запоминание результатов измерения (!);

4)  .

Следует заметить, что из-за все пиковые вольтметры имеют ручную (или автоматическую) схему сброса, разряда С_н после окончания каждого измерения.

2.5 Вольтметры действующих значений

Вольтметры действующих значений должны обеспечить алгоритм работы нахождения среднеквадратического значения напряжения

                (2.2)

Если возвести в квадрат обе части равенства (2.2) и поделить на R_н , то получим

, откуда следует, что действующее напряжение u (постоянное по своему значению) обеспечивает одинаковую мощность с любым по форме напряжением u(t). Это значит, что привычное нам постоянное  напряжение сети 220 В есть действующее (равномощностное) напряжение тока с U_m=310 B! .