Το εύρος συχνοτήτων του βολτόμετρου. Ηλεκτρονικά βολτόμετρα

ΔΙΑΛΕΞΗ #5

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ

Οι ηλεκτρονικές αναλογικές συσκευές και οι μετατροπείς είναι όργανα μέτρησης στα οποία η μετατροπή των σημάτων πληροφοριών μέτρησης πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας αναλογικές ηλεκτρονικές συσκευές. Το σήμα εξόδου τέτοιων μέσων είναι μια συνεχής συνάρτηση της μετρούμενης τιμής. Οι ηλεκτρονικές συσκευές και οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση σχεδόν όλων των ηλεκτρικών μεγεθών: τάση, ρεύμα, συχνότητα, ισχύς, αντίσταση κ.λπ.

Πλεονεκτήματαηλεκτρονικά όργανα μέτρησης:

υψηλή ευαισθησία λόγω της χρήσης ενισχυτών.

χαμηλή κατανάλωση ενέργειας από το κύκλωμα στο οποίο γίνεται η μέτρηση, η οποία καθορίζεται από το υψηλό αντίσταση εισόδουδεδομένα οργάνων·

ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων στο οποίο η ευαισθησία παραμένει αμετάβλητη.

Ελαττώματα:

πολυπλοκότητα λόγω μεγάλου αριθμού εξαρτημάτων και στοιχείων.

την ανάγκη για τροφοδοτικά για ηλεκτρονικές συσκευές που περιλαμβάνονται στη συσκευή·

σχετικά χαμηλή αξιοπιστία λόγω του μεγάλου αριθμού στοιχείων.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΒΟΛΤΜΕΤΡΟ

Στα ηλεκτρονικά βολτόμετρα, η μετρούμενη τάση μετατρέπεται χρησιμοποιώντας αναλογικό ηλεκτρονικές συσκευέςσε συνεχές ρεύμα, το οποίο τροφοδοτείται σε έναν μαγνητοηλεκτρικό μηχανισμό μέτρησης με κλίμακα κλιμακούμενη σε μονάδες τάσης. Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα έχουν υψηλή ευαισθησία και μεγάλο εύρος μετρούμενων τάσεων (από δεκάδες νανοβολτ σε συνεχές ρεύμα έως δεκάδες kilovolt), υψηλή αντίσταση εισόδου (πάνω από 1 MΩ) και μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων (από συνεχές ρεύμα σε συχνότητες της τάξης των εκατοντάδων MHz).

Υπάρχουν πολλά διάφοροι τύποιβολτόμετρα. Σύμφωνα με το σκοπό και την αρχή λειτουργίας τους, τα πιο κοινά βολτόμετρα μπορούν να χωριστούν σε βολτόμετρα συνεχές ρεύμα, εναλλασσόμενο ρεύμα, καθολικό, παρορμητικό και επιλεκτικό.

Βολτόμετρα συνεχούς ρεύματος.Ένα απλοποιημένο μπλοκ διάγραμμα τέτοιων βολτόμετρων φαίνεται στο σχήμα. 5.1, όπου VD– Διαιρέτης τάσης εισόδου. UPT– Ενισχυτής DC; ΤΟΥΣ– μαγνητοηλεκτρικός μηχανισμός μέτρησης. U Χ– μετρούμενη τάση.

Ρύζι. 5.1. Δομικό διάγραμμα ηλεκτρονικού βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος

Η σειριακή σύνδεση ενός διαιρέτη τάσης και ενός ενισχυτή καθιστά δυνατό να γίνουν τα βολτόμετρα εξαιρετικά ευαίσθητα και πολλαπλών ορίων αλλάζοντας τον συνολικό συντελεστή μετατροπής τους σε ένα ευρύ φάσμα. Αύξηση της ευαισθησίας των βολτόμετρων συνεχούς ρεύματος αυξάνοντας το κέρδος UPT κ UPTαντιμετωπίζει τεχνικές δυσκολίες λόγω αστάθειας της εργασίας UPT, που χαρακτηρίζεται από αλλαγή κ UPTκαι αυθόρμητη αλλαγή στο σήμα εξόδου του ενισχυτή («μηδενική» μετατόπιση). Επομένως, σε τέτοια βολτόμετρα κ UPT≈1, και ο κύριος σκοπός UPT- παρέχουν μεγάλη αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου.

Αυτό το μπλοκ διάγραμμα ενός βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιείται ως μέρος των καθολικών βολτομέτρων, καθώς με μια μικρή επιπλοκή - προσθέτοντας έναν μετατροπέα AC σε DC, καθίσταται δυνατή η μέτρηση της τάσης AC.

Βολτόμετρα AC.Τέτοια βολτόμετρα αποτελούνται από έναν μετατροπέα AC-to-DC, έναν ενισχυτή και έναν μαγνητοηλεκτρικό μηχανισμό μέτρησης. Υπάρχουν δύο γενικευμένα μπλοκ διαγράμματα βολτόμετρων AC (Εικ. 5.2), τα οποία διαφέρουν ως προς τα χαρακτηριστικά τους. Σε βολτόμετρα σύμφωνα με το σχήμα του σχ. 5.2, έναμετρημένη τάση u Χ, μετατρέπεται πρώτα σε τάση συνεχούς ρεύματος, η οποία στη συνέχεια εφαρμόζεται UPTκαι ΤΟΥΣ, τα οποία είναι ουσιαστικά ένα βολτόμετρο DC. Μετατροπέας Και τα λοιπάείναι ένας μη γραμμικός σύνδεσμος, επομένως τα βολτόμετρα με αυτή τη δομή μπορούν να λειτουργούν σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων. Ταυτόχρονα, αυτές οι ελλείψεις UPTκαι τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας μη γραμμικών στοιχείων σε χαμηλές τάσεις δεν επιτρέπουν να γίνουν τέτοια βολτόμετρα πολύ ευαίσθητα.

Ρύζι. 5.2. Δομικά διαγράμματα βολτόμετρων AC

Σε βολτόμετρα κατασκευασμένα σύμφωνα με το σχήμα του Σχ. 5.2, σι, λόγω της προενίσχυσης είναι δυνατή η αύξηση της ευαισθησίας. Ωστόσο, η δημιουργία ενισχυτών AC υψηλής απολαβής που λειτουργούν σε ένα ευρύ εύρος συχνοτήτων, είναι ένα δύσκολο τεχνικό πρόβλημα. Επομένως, τέτοια βολτόμετρα έχουν σχετικά χαμηλή περιοχή συχνοτήτων (1 - 10 MHz).

Υπάρχουν βολτόμετρα πλάτους, μέσης ή ενεργής τιμής.

Ρύζι. 5.3. Σχέδιο (α) και διάγραμμα χρονισμού των σημάτων του μετατροπέα τιμών πλάτους (ανιχνευτής αιχμής) με ανοιχτή είσοδο

Βολτόμετρα μέγιστης τιμήςέχουν μετατροπείς τιμής πλάτους (ανιχνευτές αιχμής) με ανοιχτό (Εικ. 5.3, ένα) εισαγωγή, όπου u σεκαι u έξοδος– τάση εισόδου και εξόδου του μετατροπέα. Αν το βολτόμετρο έχει τη δομή του σχ. 5.3, ένα, μετά για τον μετατροπέα u σε =u Χ. Σε μετατροπείς πλάτους με ανοιχτή είσοδο, ο πυκνωτής φορτίζεται σχεδόν στο μέγιστο u xmaxθετική (με δεδομένη συμπερίληψη της διόδου) τιμή της τάσης εισόδου (Εικ. 5.3, β). Κυματισμός τάσης u έξοδοςστον πυκνωτή εξηγούνται από την επαναφόρτισή του με τη δίοδο ανοιχτή, όταν u σε >u έξοδος, και η εκφόρτισή του μέσω της αντίστασης R με τη δίοδο κλειστή, όταν u σε <u έξοδος .

Βολτόμετρα γενικής χρήσης.Τέτοια βολτόμετρα έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν τις τάσεις DC και AC. Το γενικευμένο μπλοκ διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα. 5.4, ​​όπου ΣΤΟ- διακόπτης. Ανάλογα με τη θέση του διακόπτη ΣΤΟτο βολτόμετρο λειτουργεί σύμφωνα με το σχήμα ενός βολτόμετρου εναλλασσόμενου ρεύματος με μετατροπέα Π(θέση 1 ) ή βολτόμετρο DC (θέση 2 ).

Ρύζι. 5.4. Δομικό διάγραμμα ενός γενικού βολτόμετρου

Στα γενικά βολτόμετρα, που ονομάζονται επίσης συνδυασμένα, είναι συχνά δυνατό να μετρηθεί η αντίσταση R Χ. Σε τέτοια βολτόμετρα υπάρχει ένας μετατροπέας Π R, του οποίου η τάση εξόδου εξαρτάται από την άγνωστη αντίσταση: U έξοδος =φά(R Χ ). Με βάση αυτή την εξάρτηση, η κλίμακα του οργάνου βαθμονομείται σε μονάδες αντίστασης. Κατά τη μέτρηση, μια αντίσταση με άγνωστη αντίσταση συνδέεται στους ακροδέκτες εισόδου του μετατροπέα και ο διακόπτης ρυθμίζεται στη θέση 3 .

Παλμικά βολτόμετρα.Για τη μέτρηση του πλάτους των σημάτων παλμών διαφόρων σχημάτων, χρησιμοποιούνται βολτόμετρα παλμών. Τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας των βολτόμετρων παλμών καθορίζονται από τη μικρή διάρκεια τ των μετρούμενων παλμών (από 10-100 ns) και από έναν σημαντικό κύκλο λειτουργίας

(έως 10 9), όπου Τείναι η περίοδος επανάληψης του παλμού.

Τα βολτόμετρα παλμών μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με το μπλοκ διάγραμμα του σχ. 5.2, ένα, ενώ χρησιμοποιείτε μετατροπείς τιμών πλάτους με ανοιχτή είσοδο (Εικ. 5.3, ένα). Ο μεγάλος κύκλος λειτουργίας των παλμών και η σύντομη διάρκειά τους επιβάλλουν αυστηρές απαιτήσεις στους μετατροπείς τιμών πλάτους. Επομένως, στα βολτόμετρα παλμών χρησιμοποιούνται κυκλώματα αντιστάθμισης μετατροπέων πλάτους (Εικ. 5.5).

Ρύζι. 5.5. Σχέδιο αντιστάθμισης του μετατροπέα πλάτους

Παλμοί εισόδου u σεφορτίστε τον πυκνωτή ΑΠΟ 1 . Η μεταβλητή συνιστώσα της τάσης σε αυτόν τον πυκνωτή, που προκαλείται από την επαναφόρτιση των μετρούμενων παλμών του και την εκφόρτιση μεταξύ των παλμών (παρόμοια με το Σχ. 5.3, σι), ενισχύεται από τον ενισχυτή Στοεναλλασσόμενο ρεύμα και διορθώνεται με δίοδο ρε 2 . Σταθερά χρόνου κυκλώματος RC 2 επιλέγεται αρκετά μεγάλο, οπότε η τάση στον πυκνωτή ΑΠΟ 2 αλλάζει ασήμαντα στο διάστημα μεταξύ των παλμών. Από την έξοδο του μετατροπέα χρησιμοποιώντας αντίσταση R ο.σ.ανατροφοδότηση για τον πυκνωτή ΑΠΟ 1 εφαρμόζεται αντισταθμιστική τάση. Με ένα μεγάλο κέρδος του ενισχυτή, αυτό οδηγεί σε σημαντική μείωση της μεταβλητής συνιστώσας της τάσης στον πυκνωτή ΑΠΟ 1 , ως αποτέλεσμα του οποίου, στη σταθερή κατάσταση, η τάση στον πυκνωτή είναι σχεδόν ίση με το πλάτος των μετρούμενων παλμών και η τάση εξόδου είναι ανάλογη με αυτό το πλάτος:

.

Επιλεκτικά βολτόμετρα.Τέτοια βολτόμετρα έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν την πραγματική τιμή της τάσης σε μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων ή την πραγματική τιμή μεμονωμένων αρμονικών στοιχείων του μετρούμενου σήματος.

Η αρχή λειτουργίας ενός επιλεκτικού βολτόμετρου είναι να απομονώνει μεμονωμένα αρμονικά στοιχεία ενός σήματος ή ενός σήματος στενής ζώνης χρησιμοποιώντας ένα συντονισμένο φίλτρο διέλευσης ζώνης και να μετράει την πραγματική τιμή των επιλεγμένων σημάτων.

Ένα φυσικώς υλοποιημένο φίλτρο ζώνης δεν έχει αυστηρά ορθογώνια απόκριση συχνότητας (AFC). Αυτό μπορεί να οδηγήσει στο γεγονός ότι γειτονικά αρμονικά στοιχεία με ορισμένο κέρδος θα περάσουν από ένα τέτοιο φίλτρο. Σε αυτή την περίπτωση, το επιλεκτικό βολτόμετρο μετρά την πραγματική τιμή του αθροίσματος των αρμονικών στοιχείων που έχουν περάσει από το φίλτρο, λαμβάνοντας υπόψη τους πραγματικούς συντελεστές μετάδοσης για κάθε εξάρτημα.

Ρύζι. 5.6. Μπλοκ διάγραμμα ενός επιλεκτικού βολτόμετρου

Μετρημένο σήμα u Χμέσω ενός επιλεκτικού ενισχυτή εισόδου, η VU τροφοδοτείται στο μίκτη Cm, σχεδιασμένο να μετατρέπει το φάσμα συχνοτήτων του μετρούμενου σήματος. Στην έξοδο του μίκτη εμφανίζεται ένα σήμα ανάλογο με το μετρούμενο σήμα, αλλά με τις συχνότητες του φάσματος

, όπου - συχνότητα αρμονικών στοιχείων του σήματος εισόδου. - συχνότητα σήματος της ημιτονοειδούς γεννήτριας σολ(ετερόδυνος). Ενισχυτής IF HROσυντονισμένο σε κάποια σταθερή συχνότητα

. Ως εκ τούτου, στην έξοδο HROθα περάσει μόνο εκείνο το στοιχείο του σήματος εξόδου του μίκτη, η συχνότητα του οποίου

. Αυτό το σήμα αντιστοιχεί στην αρμονική συνιστώσα του μετρούμενου σήματος με συχνότητα

. Η πραγματική τιμή αυτής της αρμονικής συνιστώσας μετριέται με ένα ενεργό βολτόμετρο VDZ. Με την αλλαγή της συχνότητας των γεννητριών , μπορείτε να μετρήσετε την πραγματική τιμή των διαφόρων αρμονικών στοιχείων του σήματος u Χ .

Η λειτουργία του ζωνοπερατού φίλτρου σε αυτό το κύκλωμα εκτελείται από HRO. Λόγω της σταθερής (μη συντονισμένης) τιμής της συχνότητας συντονισμού HROαυτός ο ενισχυτής έχει υψηλό κέρδος και στενό εύρος ζώνης, το οποίο εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα του επιλεκτικού βολτόμετρου.

Το γενικευμένο μπλοκ διάγραμμα αναλογικών ηλεκτρονικών βολτόμετρων (Εικ. 7.9) περιέχει τον μέγιστο αριθμό μπλοκ, μερικά από τα οποία, ανάλογα με τον σκοπό του βολτόμετρου, ενδέχεται να απουσιάζουν. Σε ηλεκτρονικά βολτόμετρα εξοπλισμένα με συσκευές ενίσχυσης, η κατανάλωση ισχύος από το κύκλωμα μέτρησης είναι αμελητέα. Τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών βολτόμετρων περιλαμβάνουν: μεγάλα όρια μέτρησης και εύρος συχνοτήτων (από 20 Hz έως 1000 MHz), υψηλή ευαισθησία, καλή ικανότητα υπερφόρτωσης.

Εικόνα 7.9.

1. Η συσκευή εισόδου προορίζεται για:

α) εξασθένηση του σήματος κατά έναν δεδομένο αριθμό φορών, επιτρέποντας την επέκταση του εύρους προς μεγάλες μετρούμενες τάσεις.

β) εξασφάλιση των παραμέτρων εισόδου του βολτόμετρου: αντίσταση εισόδου εντός 1 - 10 MΩ, χωρητικότητα εισόδου 1 - 30 pF.

Οι ενισχυτές AC χρησιμοποιούνται για:

α) αύξηση της ευαισθησίας.

β) επέκταση του δυναμικού εύρους προς χαμηλότερες μετρούμενες τάσεις.

Για την εκτέλεση αυτών των εργασιών, οι ενισχυτές AC πρέπει να έχουν δεδομένο και πολύ σταθερό κέρδος στη συχνότητα λειτουργίας και το εύρος θερμοκρασίας, χαμηλή μη γραμμική παραμόρφωση, χαμηλό ενδογενή θόρυβο και να μην είναι ευαίσθητοι στις διακυμάνσεις της τάσης τροφοδοσίας, κάτι που επιτυγχάνεται με τη χρήση ενισχυτών πολλαπλών σταδίων καλύπτεται από αρνητικά σχόλια.

3. Οι ενισχυτές DC χρησιμοποιούνται για να ταιριάξουν τη μικρή εσωτερική αντίσταση του μαγνητοηλεκτρικού μηχανισμού μέτρησης με τη μεγάλη αντίσταση φορτίου του μετατροπέα. Οι ενισχυτές DC υπόκεινται σε αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με τη σταθερότητα του κέρδους και τη χαμηλή μετατόπιση του μηδενός, δηλαδή μια αργή αλλαγή στο σήμα εξόδου απουσία σήματος πληροφοριών στην είσοδο. Υλοποιούνται με τη μορφή κυκλωμάτων γεφυρών με αρνητική ανάδραση.

4. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή AC σε DC, οι ανιχνευτές χρησιμεύουν ως μετατροπείς. Οι ανιχνευτές μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τη λειτουργία μετατροπής της τάσης εισόδου σε έξοδο στους ακόλουθους τύπους: τετραγωνικούς, γραμμικούς, πλάτους (αιχμής). Ο τύπος του ανιχνευτή καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες της συσκευής: για παράδειγμα, τα βολτόμετρα με ανιχνευτές πλάτους είναι η υψηλότερη συχνότητα. Τα βολτόμετρα με τετραγωνικούς ανιχνευτές σάς επιτρέπουν να μετράτε τάσεις οποιασδήποτε μορφής. Τα βολτόμετρα με γραμμικούς ανιχνευτές είναι κατάλληλα μόνο για τη μέτρηση ενός αρμονικού σήματος, αλλά είναι τα πιο απλά, αξιόπιστα και φθηνότερα.

Τα αναλογικά ηλεκτρονικά βολτόμετρα μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με δύο κύρια σχήματα: ενισχυτής - μετατροπέας και μετατροπέας - ενισχυτής. Το πρώτο από τα κυκλώματα είναι πολύ ευαίσθητο, αλλά το εύρος συχνοτήτων τέτοιων βολτόμετρων καθορίζεται από το εύρος ζώνης του ενισχυτή AC και είναι εκατοντάδες kilohertz. το δεύτερο κύκλωμα χρησιμοποιείται σε βολτόμετρα για τη μέτρηση της τάσης σε σημαντικό επίπεδο, αφού. είναι δύσκολο να παρασχεθεί μεγάλο κέρδος χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή DC, αλλά το εύρος συχνοτήτων τέτοιων ενισχυτών και, κατά συνέπεια, τα βολτόμετρα μπορεί να είναι εκατοντάδες megahertz.

Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα μπορούν να έχουν ανοιχτή ή κλειστή είσοδο σε σχέση με τη συνιστώσα DC της μετρούμενης τάσης. Όταν η είσοδος είναι κλειστή, το κύκλωμα βολτόμετρου περιέχει έναν πυκνωτή διαχωρισμού που δεν περνά τη σταθερή συνιστώσα του σήματος· όταν η είσοδος είναι ανοιχτή, δεν υπάρχει τέτοιος πυκνωτής και τόσο η μεταβλητή όσο και η σταθερή συνιστώσα του σήματος τροφοδοτούνται σε τα μπλοκ του βολτόμετρου.

Η στοιχειακή βάση που χρησιμοποιείται στη δημιουργία βολτόμετρων εναλλασσόμενου ρεύματος καθορίζεται από την τελευταία λέξη της τεχνολογίας τη στιγμή που δημιουργήθηκαν τα βολτόμετρα (από δείγματα ημιαγωγών έως μικρο-ενσωματωμένο σχεδιασμό), ωστόσο, ο λειτουργικός σκοπός των μπλοκ παραμένει αμετάβλητος.

Βολτόμετρα AC (τύπου B3)

Τα βολτόμετρα AC κατασκευάζονται σύμφωνα με το σχήμα ενισχυτή-μετατροπέα. Ως μορφοτροπείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν τετραγωνικοί ή γραμμικοί ανιχνευτές.

Εάν χρησιμοποιούνται τετραγωνικοί ανιχνευτές, τότε τέτοια βολτόμετρα ονομάζονται βολτόμετρα ρίζας μέσου τετραγώνου, το μπλοκ διάγραμμα τους φαίνεται στο σχήμα. 7.10.

Εικόνα. 7.10.

Ο τετραγωνικός ανιχνευτής μετατρέπει AC τάσησε μια σταθερή, ανάλογη, σύμφωνα με τον τύπο (7.5), στο τετράγωνο της μέσης τετραγωνικής τιμής της ρίζας της μετρούμενης τάσης. Αυτό σημαίνει ότι η μέτρηση της τάσης ρίζας μέσου τετραγώνου σχετίζεται με την εκτέλεση τριών λειτουργιών: τετραγωνισμό της στιγμιαίας τιμής του σήματος, υπολογισμός μέσου όρου και εξαγωγή της ρίζας από το αποτέλεσμα μέσου όρου (η τελευταία λειτουργία συνήθως εκτελείται κατά τη βαθμονόμηση την κλίμακα του βολτόμετρου). Ο τετραγωνισμός της στιγμιαίας τάσης γίνεται συνήθως χρησιμοποιώντας μια δίοδο ημιαγωγού, χρησιμοποιώντας το αρχικό τμήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης που περιγράφεται από μια τετραγωνική εξάρτηση. Ωστόσο, το μήκος της τετραγωνικής τομής του χαρακτηριστικού είναι συνήθως μικρό (όχι περισσότερο από 100 mV), μία από τις μεθόδους για την επέκταση αυτού του τμήματος είναι η μέθοδος της τμηματικής γραμμικής προσέγγισης. Για να γίνει αυτό, στο κύκλωμα του ανιχνευτή περιλαμβάνονται αρκετές κυψέλες διόδου και επιλέγοντας την τάση πόλωσης στις διόδους, προκύπτει ένα συνολικό χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης, πλησιάζοντας σε σχήμα μια τετραγωνική καμπύλη (Εικ. 7.11).

Εικόνα 7.11.

Εάν χρησιμοποιούνται γραμμικοί ανιχνευτές σε βολτόμετρα εναλλασσόμενου ρεύματος, τότε τέτοια βολτόμετρα ονομάζονται βολτόμετρα μεσαίας ανόρθωσης, το μπλοκ διάγραμμα τέτοιων βολτόμετρων φαίνεται στο σχήμα. 7.12.

Εικόνα 7.12

Σε τέτοια βολτόμετρα, ως μετατροπέας χρησιμοποιείται ένας γραμμικός ανιχνευτής, ο οποίος μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχές ρεύμα, ανάλογα με τη μέση διορθωμένη τιμή της μετρούμενης τάσης. Τέτοιοι μετατροπείς κατασκευάζονται σύμφωνα με κυκλώματα ανόρθωσης πλήρους κύματος και χρησιμοποιούν το γραμμικό τμήμα του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης μιας διόδου ημιαγωγών. Σε σύγκριση με ένα βολτόμετρο ανορθωτή, ένα αναλογικό βολτόμετρο με μέσες διορθωμένες τιμές έχει υψηλότερη ευαισθησία και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από το κύκλωμα μέτρησης. Αυτά τα βολτόμετρα ανταποκρίνονται στη μέση διορθωμένη τιμή, είναι βαθμονομημένα σε τιμές rms και έχουν συντελεστή βαθμονόμησης C=1.

Παλμικά βολτόμετρα (τύπου Β4)

Τα βολτόμετρα παλμού κατασκευάζονται σύμφωνα με το σχήμα μετατροπέα-ενισχυτή, ένας ανιχνευτής πλάτους χρησιμοποιείται ως μετατροπέας, η τάση εξόδου του οποίου αντιστοιχεί στη μέγιστη (πλάτος) τιμή του μετρούμενου σήματος. Το μπλοκ διάγραμμα του βολτόμετρου παλμού φαίνεται στο σχ. 7.13.

Εικόνα. 7.13

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του ανιχνευτή πλάτους (αιχμής) είναι η παρουσία ενός στοιχείου μνήμης, το οποίο είναι ένας πυκνωτής που "θυμάται" την τιμή κορυφής της μετρούμενης τάσης.

Τα απλούστερα σχήματα ανιχνευτών πλάτους:

α) ανιχνευτής με σειριακή σύνδεση διόδου (ανιχνευτής με ανοιχτή είσοδο).

β) ένας ανιχνευτής με παράλληλη σύνδεση διόδου (ανιχνευτής με κλειστή είσοδο).

Εικόνα 7.14

Ένας ανιχνευτής πλάτους μετατρέπει ένα σήμα AC σε DC, ανάλογο με την τιμή του σήματος εισόδου, επομένως, τέτοια βολτόμετρα ανταποκρίνονται στις μέγιστες τιμές, βαθμονομούνται στις μέγιστες τιμές και έχουν C = 1.

Universal βολτόμετρο (τύπου B7)

Το γενικό βολτόμετρο σάς επιτρέπει να μετράτε τόσο συνεχές όσο και εναλλασσόμενο ρεύμα. Κατά τη μέτρηση της τάσης AC, το βολτόμετρο διαθέτει κύκλωμα μετατροπέα-ενισχυτή. Ως μετατροπέας χρησιμοποιείται ένας ανιχνευτής πλάτους (αιχμής), η τάση εξόδου του οποίου αντιστοιχεί στη μέγιστη (πλάτος) τιμή του μετρούμενου σήματος. Κατά τη μέτρηση της άμεσης τάσης, τροφοδοτείται μέσω της συσκευής εισόδου στον ενισχυτή DC και παρέχει μια εκτροπή του δείκτη του μαγνητοηλεκτρικού μηχανισμού μέτρησης. Το μπλοκ διάγραμμα του γενικού βολτόμετρου φαίνεται στο σχ. 7.15.

Εικόνα 7.15 4.12

Ο ανιχνευτής πλάτους μετατρέπει ένα σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σε σήμα DC ανάλογο με τη μέγιστη τιμή του σήματος εισόδου, επομένως, τέτοια βολτόμετρα ανταποκρίνονται στη μέγιστη τιμή σήματος και βαθμονομούνται σε τιμές rms. Αυτές οι παράμετροι τάσης AC διασυνδέονται σύμφωνα με το (7.7) με τον παράγοντα πλάτους, επομένως ο συντελεστής βαθμονόμησης του γενικού βολτόμετρου είναι

Τα χαρακτηριστικά των εξεταζόμενων βολτομέτρων δίνονται στον πίνακα 7.1.

Πίνακας 7.1

Τύπος βολτόμετρου	Τύπος μετατροπέα	Τιμή τάσης στην οποία ανταποκρίνεται βολτόμετρο, Uotk	Η τιμή τάσης στην οποία βαθμονομείται το βολτόμετρο, Udeg	Η τιμή του συντελεστή βαθμονόμησης, C
Παγκόσμιος	Μέγιστη. έννοια
Σφυγμός	Μέγιστη. έννοια
Μεσαίος ανορθωτής αξία	Μέση vypyam.
RMS αξία	RMS αξία
Ισιώνω.	Μέση vypyam.
Θερμοηλεκτρικό	RMS αξία
Ηλεκτροστάτης.
Ηλεκτροδίνη.
Ηλεκτρομαγ.
Μαγνητοηλεκτρικό

B / 1 - ανορθωτής με κύκλωμα ανόρθωσης μισού κύματος

B / 1 - ανορθωτής με κύκλωμα ανόρθωσης πλήρους κύματος

Για να κατανοήσετε την ύλη του μαθήματος στην ενότητα "Μέτρηση ρεύματος και τάσης", παρέχεται η λύση των προβλημάτων για τον προσδιορισμό των ενδείξεων των βολτόμετρων για διάφορες μορφές μετρούμενων τάσεων.

Για να προσδιορίσετε τις ενδείξεις των βολτόμετρων, πρέπει να εκτελέσετε τις ακόλουθες λειτουργίες:

1) Καταγράψτε το μαθηματικό μοντέλο της μετρούμενης τάσης.

2) Εξετάστε το είδος της καταχώρισης. με την είσοδο κλειστή, υπολογίστε τον σταθερό όρο και αφαιρέστε τον από τη μετρούμενη τάση.

3) Βρείτε την τάση στην οποία ανταποκρίνεται το βολτόμετρο Uotk.

4) Βρείτε τις ενδείξεις του βολτόμετρου U=CUotk

Τα χαρακτηριστικά των βολτόμετρων διαφόρων συστημάτων που είναι απαραίτητα για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων λαμβάνονται από τον πίνακα 7.1.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα πιο κοντινά όργανα μέτρησης στα βολτόμετρα είναι τα ψοφόμετρα και τα στάθμης.

Ψοφόμετρο- Αυτό είναι ένα ηλεκτρονικό βολτόμετρο τιμών ρίζας μέσου τετραγώνου, το χαρακτηριστικό πλάτους-συχνότητας του ενισχυτή του οποίου καθορίζεται από το χαρακτηριστικό του ψοφομετρικού φίλτρου που περιλαμβάνεται σε αυτό. Το ψοφομετρικό φίλτρο αντανακλά την απόκριση συχνότητας της επιλεκτικότητας των οργάνων αντίληψης και η μορφή του καθορίζεται με βάση πειραματικές μελέτες και συστάσεις της CCITT. Συνήθως, η συσκευή περιλαμβάνει δύο ψοφομετρικά φίλτρα - με ψοφομετρικά χαρακτηριστικά τηλεφώνου και εκπομπής.

Μετρητής στάθμης- Πρόκειται για ένα τετραγωνικό βολτόμετρο, η κλίμακα του οποίου είναι βαθμολογημένη σε λογαριθμικές μονάδες (ντεσιμπέλ). Ειδική για τον μετρητή στάθμης είναι επίσης η δυνατότητα ρύθμισης ορισμένων τιμών σύνθετης αντίστασης εισόδου: 600 ohms, που αντιστοιχεί στις σύνθετες αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του καναλιού συχνότητας φωνής, 150, 135 και 75 ohms για ομαδικές διαδρομές.

Στα ηλεκτρονικά βολτόμετρα, η μετρούμενη τάση μετατρέπεται από αναλογικές ηλεκτρονικές συσκευές σε συνεχές ρεύμα, το οποίο τροφοδοτείται σε έναν μαγνητοηλεκτρικό μηχανισμό μέτρησης με κλίμακα κλιμακούμενη σε μονάδες τάσης. Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα έχουν υψηλή ευαισθησία και μεγάλο εύρος μετρούμενων τάσεων (από δεκάδες νανοβολτ σε συνεχές ρεύμα έως δεκάδες kilovolt), υψηλή αντίσταση εισόδου (πάνω από 1 MΩ) και μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων (από συνεχές ρεύμα σε συχνότητες της τάξης των εκατοντάδων megahertz). Αυτά τα πλεονεκτήματα έχουν οδηγήσει στην ευρεία χρήση ηλεκτρονικών βολτόμετρων.

Τις περισσότερες φορές, κυκλώματα με άμεση μετατροπή σήματος χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά βολτόμετρα (βλ. § 4-5). Σε αυτήν την περίπτωση, τα αναλογικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορούν να προκαλέσουν σημαντικά σφάλματα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν μετράτε χαμηλές τάσεις ή τάσεις υψηλής συχνότητας. Επομένως, τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα έχουν συνήθως σχετικά χαμηλές κατηγορίες ακρίβειας (1-6). Τα βολτόμετρα μετατροπής εξισορρόπησης τείνουν να έχουν υψηλότερες κατηγορίες ακρίβειας, αλλά είναι πιο περίπλοκα και λιγότερο φιλικά προς το χρήστη.

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι βολτόμετρων που διατίθενται αυτήν τη στιγμή. Σύμφωνα με το σκοπό και την αρχή λειτουργίας τους, τα πιο κοινά βολτόμετρα μπορούν να χωριστούν σε βολτόμετρα συνεχούς ρεύματος, εναλλασσόμενου ρεύματος, γενικής χρήσης, παλμικών και επιλεκτικών βολτόμετρων.

Βολτόμετρα συνεχούς ρεύματος. Ένα απλοποιημένο μπλοκ διάγραμμα τέτοιων βολτόμετρων φαίνεται στο σχήμα. 6-1, όπου είναι η είσοδος

Ρύζι. 6-1. Δομικό διάγραμμα ηλεκτρονικού βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος

Διαιρέτης τάσης? UPT - Ενισχυτής DC; IM - μαγνητοηλεκτρικός μηχανισμός μέτρησης. Γωνία απόκλισης του δείκτη του μηχανισμού μέτρησης όπου - συντελεστές μετατροπής (κέρδος), αντίστοιχα, VD και UPT, - ευαισθησία τάσης του μηχανισμού μέτρησης. - συντελεστής μετατροπής του ηλεκτρονικού βολτόμετρου. - μετρημένη τάση.

Η σειριακή σύνδεση ενός διαιρέτη τάσης και ενός ενισχυτή είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα της κατασκευής όλων των ηλεκτρονικών βολτόμετρων. Μια τέτοια δομή καθιστά δυνατό να γίνουν τα βολτόμετρα εξαιρετικά ευαίσθητα και πολυπεριοριστικά αλλάζοντας τον συνολικό συντελεστή μετατροπής τους σε ένα ευρύ φάσμα. Ωστόσο, η αύξηση της ευαισθησίας των βολτόμετρων DC αυξάνοντας το κέρδος του UPT συναντά τεχνικές δυσκολίες λόγω της αστάθειας του UPT, που χαρακτηρίζεται από αλλαγή και μετατόπιση του «μηδέν» (αυθόρμητη αλλαγή στο σήμα εξόδου) του ενισχυτή. Επομένως, σε τέτοια βολτόμετρα, κατά κανόνα, και ο κύριος σκοπός του UPT είναι να παρέχει μεγάλη αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου. Από αυτή την άποψη, το ανώτατο όριο μετρήσεων τέτοιων βολτόμετρων δεν είναι χαμηλότερο από δεκάδες ή μονάδες χιλιοστόβολων.

Για να μειωθεί η επίδραση της αστάθειας UPT στα βολτόμετρα, είναι δυνατό να ρυθμίσετε το "μηδέν" και τον συντελεστή μετατροπής του ενισχυτή πριν από τη μέτρηση.

Το εξεταζόμενο μπλοκ διάγραμμα ενός βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιείται ως μέρος των καθολικών βολτομέτρων (δείτε παρακάτω), καθώς με μια ελαφρά επιπλοκή - προσθέτοντας έναν μετατροπέα AC σε DC, καθίσταται δυνατή η μέτρηση της τάσης AC.

Για τη δημιουργία βολτόμετρων DC υψηλής ευαισθησίας (μικροβολτόμετρα), χρησιμοποιούνται ενισχυτές DC, κατασκευασμένοι σύμφωνα με το κύκλωμα (διαμορφωτής - αποδιαμορφωτής) που φαίνεται στο Σχ. 6-2, α, όπου το Μ είναι διαμορφωτής. αποδιαμορφωτής? G - γεννήτρια. - Ενισχυτής AC. Οι ενισχυτές εναλλασσόμενου ρεύματος δεν περνούν το στοιχείο DC του σήματος και επομένως δεν έχουν το χαρακτηριστικό "μηδενικής" μετατόπισης του DCF. Στο σχ. 6-2, 6 δείχνει ένα απλοποιημένο

χρονοδιάγραμμα των τάσεων στην έξοδο μεμονωμένων μπλοκ. Η γεννήτρια ελέγχει τη λειτουργία του διαμορφωτή και του αποδιαμορφωτή, που στην απλούστερη περίπτωση είναι αναλογικοί διακόπτες (βλ. § 8-3), κλείνοντας και ανοίγοντάς τους ταυτόχρονα με μια ορισμένη συχνότητα. Στην έξοδο του διαμορφωτή, εμφανίζεται ένα μονοπολικό σήμα παλμού, το πλάτος του οποίου είναι ανάλογο της μετρούμενης τάσης. Η μεταβλητή συνιστώσα αυτού του σήματος ενισχύεται από έναν ενισχυτή και στη συνέχεια διορθώνεται από έναν αποδιαμορφωτή. Η χρήση ενός ελεγχόμενου αποδιαμορφωτή καθιστά το βολτόμετρο ευαίσθητο στην πολικότητα του σήματος εισόδου.

Η μέση τιμή της τάσης του σήματος εξόδου είναι ανάλογη με την τάση εισόδου Εφόσον ένα τέτοιο κύκλωμα ενισχυτή καθιστά δυνατή την πρακτική αφαίρεση της μετατόπισης "μηδέν" και έχει σταθερό κέρδος, ο συντελεστής μπορεί να φτάσει μεγάλες τιμές, για παράδειγμα, για ένα μικροβολτόμετρο Ως αποτέλεσμα, για τα μικροβολτόμετρα, το ανώτερο όριο μέτρησης στην υψηλότερη ευαισθησία μπορεί να είναι μονάδες μικροβολτ. Έτσι, ένα μικροβολτόμετρο DC έχει ανώτερα όρια μέτρησης με το κύριο μειωμένο σφάλμα

Βολτόμετρα AC.

Τέτοια βολτόμετρα αποτελούνται από έναν μετατροπέα AC-to-DC, έναν ενισχυτή και έναν μαγνητοηλεκτρικό μηχανισμό μέτρησης. Υπάρχουν δύο γενικευμένα μπλοκ διαγράμματα βολτόμετρων AC (Εικ. 6-3), τα οποία διαφέρουν ως προς τα χαρακτηριστικά τους. Σε βολτόμετρα σύμφωνα με το σχήμα του σχ. 6-3, και η μετρούμενη τάση μετατρέπεται πρώτα σε τάση συνεχούς ρεύματος, η οποία στη συνέχεια εφαρμόζεται στο UPT και είναι, στην ουσία, ένα βολτόμετρο συνεχούς ρεύματος. Ο μετατροπέας Pr είναι ένας μη γραμμικός σύνδεσμος χαμηλής αδράνειας (βλ. παρακάτω), επομένως τα βολτόμετρα με τέτοια δομή μπορούν να λειτουργούν σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων.

Ρύζι. 6-2. Δομικό διάγραμμα (α) και διάγραμμα χρονισμού σημάτων (β) ηλεκτρονικού βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος με ενισχυτή

Ρύζι. 6-3. Δομικά διαγράμματα βολτόμετρων AC

εύρος (από δεκάδες hertz έως MHz). Για να μειώσετε την επίδραση των κατανεμημένων χωρητικοτήτων και αυτεπαγωγών του καλωδίου εισόδου και κύκλωμα εισόδουΟι μετατροπείς οργάνων κατασκευάζονται συνήθως με τη μορφή απομακρυσμένων μονάδων ανιχνευτή. Ταυτόχρονα, αυτά τα μειονεκτήματα των UPT και τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας μη γραμμικών στοιχείων σε χαμηλές τάσεις δεν επιτρέπουν να γίνουν τέτοια βολτόμετρα πολύ ευαίσθητα. Τυπικά, το ανώτερο όριο μέτρησής τους στη μέγιστη ευαισθησία είναι δεκάδες - μονάδες millivolt.

Στα βολτόμετρα που κατασκευάζονται σύμφωνα με το σχήμα 6-3, b, λόγω της προκαταρκτικής ενίσχυσης, είναι δυνατή η αύξηση της ευαισθησίας. Ωστόσο, η δημιουργία ενισχυτών AC υψηλής απολαβής που λειτουργούν σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων είναι ένα αρκετά δύσκολο τεχνικό πρόβλημα. Επομένως, τέτοια βολτόμετρα έχουν σχετικά χαμηλή περιοχή συχνοτήτων (1 - 10 MHz). το ανώτερο όριο μέτρησης στη μέγιστη ευαισθησία είναι δεκάδες ή εκατοντάδες μικροβολτ.

Ανάλογα με τον τύπο του μετατροπέα AC/DC, οι αποκλίσεις του δείκτη του μηχανισμού μέτρησης των βολτομέτρων μπορεί να είναι ανάλογες με το πλάτος (κορυφή), τη μέση (μέση ανόρθωση) ή τις ενεργές τιμές της μετρούμενης τάσης. Από αυτή την άποψη, τα βολτόμετρα ονομάζονται βολτόμετρα πλάτους, μέσης ή ενεργής τιμής, αντίστοιχα. Ωστόσο, ανεξάρτητα από τον τύπο του μετατροπέα, η κλίμακα των βολτόμετρων AC, κατά κανόνα, βαθμονομείται στις ενεργές τιμές της ημιτονοειδούς τάσης.

Τα βολτόμετρα τιμής πλάτους διαθέτουν μετατροπείς τιμής πλάτους (ανιχνευτές αιχμής) με εισόδους ανοιχτές (Εικ. 6-4, α) ή κλειστές (Εικ. 6-5, α), όπου βρίσκονται οι τάσεις εισόδου και εξόδου του μετατροπέα. Αν ένα

Ρύζι. 6-4. Σχήμα (α) και διαγράμματα χρονισμού των σημάτων (β και γ) ενός μετατροπέα τιμής πλάτους (ανιχνευτής αιχμής) με ανοιχτή είσοδο

Ρύζι. 6-5. Σχέδιο (α) και διαγράμματα χρονισμού των σημάτων (β) του μετατροπέα τιμών πλάτους με κλειστή είσοδο

το βολτόμετρο έχει τη δομή του σχ. 6-3, α, στη συνέχεια για τον μετατροπέα Σε μετατροπείς πλάτους με ανοιχτή είσοδο, ο πυκνωτής φορτίζεται σχεδόν στη μέγιστη θετική (με αυτή τη δίοδο ενεργοποιημένη) τιμή της τάσης εισόδου (βλ. Εικ. 6-4, β). Οι κυματισμοί τάσης στον πυκνωτή εξηγούνται από την επαναφόρτισή του όταν η δίοδος είναι ανοιχτή, πότε και από την εκφόρτισή της μέσω της αντίστασης όταν η δίοδος είναι κλειστή, όταν η κυματισμός τάσης στην έξοδο του μετατροπέα ήταν ασήμαντη, είναι απαραίτητο να προβλεφθεί όπου - τα άνω και κάτω όρια του εύρους συχνοτήτων του βολτόμετρου. Σε αυτή την περίπτωση, η μέση τιμή της τάσης εξόδου, επομένως, η γωνία απόκλισης του δείκτη του μηχανισμού μέτρησης

πού είναι ο συντελεστής μετατροπής του βολτόμετρου.

Ένα χαρακτηριστικό των μετατροπέων πλάτους με ανοιχτή είσοδο είναι ότι περνούν τη σταθερή συνιστώσα του σήματος εισόδου (θετική για μια δεδομένη σύνδεση διόδου). Έτσι, στο (βλ. Εικ. 6-4, γ) τη μέση τιμή της τάσης εξόδου Ως εκ τούτου, Προφανώς, στο κινητό τμήμα του IM δεν θα αποκλίνει, αφού σε αυτή την περίπτωση η δίοδος είναι κλειστή

Σε μετατροπείς με κλειστή είσοδο (Εικ. 6-5, α, β), σε σταθερή κατάσταση, υπάρχει μια παλμική τάση στην αντίσταση, ανεξάρτητα από την παρουσία μιας σταθερής συνιστώσας του σήματος εισόδου, η οποία ποικίλλει από το 0 έως το σημείο είναι το πλάτος της μεταβλητής συνιστώσας της τάσης εισόδου. Η μέση τιμή αυτής της τάσης είναι σχεδόν ίση Για να μειωθεί ο κυματισμός της τάσης εξόδου σε τέτοιους μετατροπείς

ρυθμίζεται ένα χαμηλοπερατό φίλτρο Έτσι, οι ενδείξεις του βολτόμετρου σε αυτή την περίπτωση καθορίζονται μόνο από την τιμή πλάτους της μεταβλητής συνιστώσας της τάσης εισόδου τους, δηλ.

Τα χαρακτηριστικά των μετατροπέων πλάτους με ανοιχτές και κλειστές εισόδους θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη μέτρηση με ηλεκτρονικά βολτόμετρα.

Δεδομένου ότι η κλίμακα των βολτομέτρων είναι βαθμονομημένη στις ενεργές τιμές της ημιτονοειδούς τάσης, τότε κατά τη μέτρηση τάσεων διαφορετικής μορφής, είναι απαραίτητο να γίνει ο κατάλληλος επανυπολογισμός εάν είναι γνωστός ο συντελεστής πλάτους της μετρούμενης τάσης. Η τιμή πλάτους της μετρούμενης τάσης μιας μη ημιτονοειδής μορφής όπου είναι ο παράγοντας πλάτους του ημιτονοειδούς. τιμή τάσης που διαβάζεται στην κλίμακα της συσκευής. Η πραγματική τιμή της μετρούμενης τάσης όπου είναι ο συντελεστής πλάτους της μετρούμενης τάσης.

Τα βολτόμετρα μέσης τιμής έχουν μετατροπείς ac-to-dc παρόμοιους με αυτούς που χρησιμοποιούνται στους ανορθωτές (βλ. § 5-4). Τέτοια βολτόμετρα έχουν συνήθως τη δομή που φαίνεται στο Σχ. 6-3, β. Σε αυτή την περίπτωση, εφαρμόζεται μια προενισχυμένη τάση στον μετατροπέα ανορθωτή, η οποία αυξάνει την ευαισθησία των βολτόμετρων και μειώνει την επίδραση της μη γραμμικότητας της διόδου. Η γωνία απόκλισης του κινούμενου τμήματος του μηχανισμού μέτρησης για τέτοια βολτόμετρα είναι ανάλογη με τη μέση διορθωμένη τιμή της μετρούμενης τάσης, δηλ.

Η κλίμακα τέτοιων βολτόμετρων βαθμονομείται επίσης στις ενεργές τιμές της ημιτονοειδούς τάσης. Κατά τη μέτρηση της τάσης μιας μη ημιτονοειδής μορφής, η μέση τιμή αυτής της τάσης και το ρεύμα - όπου - η ένδειξη του βολτόμετρου. - συντελεστής ημιτονοειδούς σχήματος. είναι ο συντελεστής μορφής της μετρούμενης τάσης.

Τα βολτόμετρα RMS διαθέτουν μετατροπέα τάσης AC με χαρακτηριστικό τετραγωνικής στατικής μετατροπής. Ως τέτοιος μετατροπέας, χρησιμοποιούνται θερμικοί μετατροπείς, συσκευές τετραγωνισμού με τμηματική γραμμική προσέγγιση παραβολής, σωλήνες κενού και άλλα. Επιπλέον, εάν η ενεργή τιμή βολτόμετρο κατασκευάζεται σύμφωνα με τα μπλοκ διαγράμματα που φαίνονται στο

Ρύζι. 6-6. Σχέδιο ενεργού τιμής ηλεκτρονικού βολτόμετρου (με ομοιόμορφη κλίμακα)

ρύζι. 6-3, τότε ανεξάρτητα από το σχήμα της καμπύλης της μετρούμενης τάσης, η απόκλιση του δείκτη του μηχανισμού μέτρησης είναι ανάλογη με το τετράγωνο της πραγματικής τιμής της μετρούμενης τάσης:

Όπως μπορείτε να δείτε, ένα τέτοιο βολτόμετρο έχει τετραγωνική κλίμακα.

Στο εύρος συχνοτήτων

5 Hz - 5 MHz.

Εκτός από τα θεωρούμενα βολτόμετρα εναλλασσόμενου ρεύματος, επί του παρόντος παράγονται βολτόμετρα με αντιστάθμιση διόδου.

Η αρχή λειτουργίας τέτοιων βολτόμετρων απεικονίζεται από το διάγραμμα στο Σχ. 6-7, α, τα κύρια στοιχεία του οποίου είναι: δίοδος D; υψηλής ευαισθησίας μαγνητοηλεκτρικό γαλβανόμετρο - μηδενικός δείκτης υποδειγματικός διαιρέτης τάσης ODN. Με βάση την εξιδανικευμένη αναπαράσταση του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης της διόδου (Εικ. 6-7, β) με τη μορφή διακεκομμένης γραμμής, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ελλείψει τάσης που εφαρμόζεται στην είσοδο του βολτόμετρου, το ρεύμα τους κάνει δεν ρέει μέσα από τη δίοδο. Όταν η τάση είναι συνδεδεμένη στο , κάποιο ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσα από τη δίοδο, προκαλώντας την απόκλιση του μηδενικού δείκτη. Με την αύξηση (modulo) της τάσης αντιστάθμισης, επιτυγχάνεται η απουσία ρεύματος μέσω του NI. Τη στιγμή που το ρεύμα στο NI εξαφανίζεται, η αντίστροφη μέτρηση λαμβάνεται σύμφωνα με τη θέση της λαβής ODN. Η υψηλή ευαισθησία του NI και η υψηλή ακρίβεια της ρύθμισης του ΗΒ καθιστούν δυνατή τη λήψη μικρών σφαλμάτων μέτρησης (έως 0,2%).

Αυτά τα βολτόμετρα είναι τα πιο ακριβή από τα υπάρχοντα ηλεκτρονικά βολτόμετρα, έχουν υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, μεγάλο εύρος συχνοτήτων (έως MHz). Το μειονέκτημα της συσκευής είναι η πολυπλοκότητα της λειτουργίας.

Τα βολτόμετρα αντιστάθμισης διόδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ακριβή μέτρηση της ημιτονοειδούς τάσης, καθώς και για την επαλήθευση και τη βαθμονόμηση ηλεκτρονικών βολτόμετρων. Μεταξύ των διαφόρων τύπων υπάρχουν βολτόμετρα σχεδιασμένα να μετρούν τόσο περιοδικά όσο και παλμικά

τονίζει. Μια τέτοια συσκευή είναι ένα βολτόμετρο αντιστάθμισης με ανώτερα όρια μέτρησης και βασικό σφάλμα συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα στην περιοχή συχνοτήτων των 20 Hz

Μαζί με τα βολτόμετρα, η βιομηχανία οργάνων παράγει μετατροπείς μέτρησης τάσης (AC και DC) και ρεύματος (AC και DC) σε ένα ενοποιημένο σήμα DC. Οι αρχές κατασκευής τέτοιων μετατροπέων είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με τις θεωρούμενες αρχές κατασκευής ηλεκτρονικών βολτόμετρων. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των μετατροπέων είναι η απουσία μηχανισμού μέτρησης στην έξοδο.

Βολτόμετρα γενικής χρήσης.

Τέτοια βολτόμετρα έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν τις τάσεις DC και AC. Το γενικευμένο μπλοκ διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα. 6-8, όπου το Β είναι διακόπτης. Ανάλογα με τη θέση του διακόπτη Β, το βολτόμετρο λειτουργεί σύμφωνα με το σχήμα ενός βολτόμετρου AC με μετατροπέα P (θέση ή βολτόμετρο DC (θέση 2).

Στα γενικά βολτόμετρα, που ονομάζονται επίσης συνδυασμένα, είναι συχνά δυνατό να μετρηθεί η αντίσταση. Σε τέτοια βολτόμετρα υπάρχει ένας μετατροπέας του οποίου η τάση εξόδου εξαρτάται από μια άγνωστη αντίσταση: (βλ. § 6-5). Με βάση αυτή την εξάρτηση, η κλίμακα του οργάνου βαθμονομείται σε μονάδες αντίστασης. Κατά τη μέτρηση, μια αντίσταση με άγνωστη αντίσταση συνδέεται στους ακροδέκτες εισόδου του μορφοτροπέα και ο διακόπτης τίθεται στη θέση 3.

Μετρημένοι παλμοί (από 10-100 όχι) και σημαντικός κύκλος λειτουργίας (έως 109), όπου T είναι η περίοδος επανάληψης παλμών.

Τα βολτόμετρα παλμών βαθμονομούνται στις τιμές πλάτους των μετρούμενων παλμών.

Τα βολτόμετρα παλμών μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με το μπλοκ διάγραμμα του σχ. 6-3, α, ταυτόχρονα, χρησιμοποιούνται μετατροπείς τιμής πλάτους με ανοιχτή είσοδο, η τάση εξόδου των οποίων πρέπει να είναι ίση με το πλάτος των μετρούμενων παλμών. Ο μεγάλος κύκλος λειτουργίας των παλμών και η σύντομη διάρκειά τους επιβάλλουν αυστηρές απαιτήσεις στους μετατροπείς τιμών πλάτους. Επομένως, στα σύγχρονα βολτόμετρα παλμών χρησιμοποιούνται κυκλώματα αντιστάθμισης μετατροπέων πλάτους (Εικ. 6-9). Οι παλμοί εισόδου φορτίζουν τον πυκνωτή Το στοιχείο μεταβλητής τάσης σε αυτόν τον πυκνωτή, που προκαλείται από την επαναφόρτιση των μετρούμενων παλμών του και την εκφόρτιση μεταξύ των παλμών (παρόμοια με το Σχ. 6-4, γ), ενισχύεται από τον ενισχυτή AC U και διορθώνεται χρησιμοποιώντας μια δίοδο Η σταθερά χρόνου του κυκλώματος επιλέγεται αρκετά μεγάλη, έτσι η τάση στον πυκνωτή στο διάστημα μεταξύ των παλμών αλλάζει ελαφρώς. Μια αντισταθμιστική τάση εφαρμόζεται στον πυκνωτή από την έξοδο του μετατροπέα χρησιμοποιώντας μια αντίσταση ανάδρασης. Με ένα μεγάλο κέρδος του ενισχυτή, αυτό οδηγεί σε σημαντική μείωση της μεταβλητής συνιστώσας της τάσης κατά μήκος του πυκνωτή, ως αποτέλεσμα της οποίας, σε σταθερή κατάσταση, η τάση σε αυτόν τον πυκνωτή είναι σχεδόν ίση με το πλάτος του μετρούμενου παλμούς και η τάση εξόδου είναι ανάλογη με αυτό το πλάτος:

Η κανονιστική και τεχνική τεκμηρίωση για τα βολτόμετρα παλμών υποδεικνύει το εύρος των επιτρεπόμενων τιμών για τη διάρκεια των παλμών (ή τη συχνότητά τους) και τον κύκλο λειτουργίας στον οποίο τα σφάλματα των βολτόμετρων βρίσκονται εντός των κανονικοποιημένων τιμών. Έτσι, ένα παλμικό βολτόμετρο έχει ανώτερα όρια μέτρησης 2,5, 10, 20 V και ένα βασικό σφάλμα

Ρύζι. 6-10. Το φάσμα κάποιου σήματος και η απόκριση συχνότητας ενός ιδανικού φίλτρου διέλευσης ζώνης

Με ρυθμό επανάληψης παλμού 1 Hz - 300 MHz και κύκλο λειτουργίας από 2 έως 3 108.

Επιλεκτικά βολτόμετρα.

Τέτοια βολτόμετρα έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν την πραγματική τιμή της τάσης σε μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων ή την πραγματική τιμή μεμονωμένων αρμονικών στοιχείων του μετρούμενου σήματος.

Η αρχή λειτουργίας ενός επιλεκτικού βολτόμετρου είναι να απομονώνει μεμονωμένα αρμονικά στοιχεία ενός σήματος ή ενός σήματος στενής ζώνης χρησιμοποιώντας ένα συντονισμένο φίλτρο διέλευσης ζώνης και να μετράει την πραγματική τιμή των επιλεγμένων σημάτων. Στο σχ. 6-10 συμπαγείς κατακόρυφες γραμμές δείχνουν το φάσμα κάποιου μετρημένου σήματος και η διακεκομμένη γραμμή είναι η εξιδανικευμένη απόκριση συχνότητας ενός φίλτρου ζώνης που έχει κέρδος - για Επιπλέον, το φάσμα του μετρούμενου σήματος μπορεί να είναι τέτοιο ώστε το φίλτρο ζώνης εντός του Η ζώνη διέλευσης Leo θα περάσει αμέσως αρκετές αρμονικές συνιστώσες αυτού του σήματος. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το επιλεκτικό βολτόμετρο μετρά την πραγματική τιμή του αθροίσματος των αρμονικών συνιστωσών που έχουν περάσει από το φίλτρο, λαμβάνοντας υπόψη τα πραγματικά κέρδη για κάθε εξάρτημα. Αυτό το σήμα αντιστοιχεί στην αρμονική συνιστώσα του μετρούμενου σήματος με συχνότητα. Η πραγματική τιμή αυτής της αρμονικής συνιστώσας μετριέται με ένα ενεργό βολτόμετρο. Με την αλλαγή της συχνότητας της γεννήτριας, είναι δυνατό να μετρηθεί η πραγματική τιμή των διαφόρων αρμονικών στοιχεία του σήματος.

Η λειτουργία του band-pass φίλτρου σε αυτό το κύκλωμα εκτελείται από το IF. Λόγω της σταθερής (μη συντονίσιμης) τιμής της συχνότητας συντονισμού IF, αυτός ο ενισχυτής έχει υψηλό κέρδος και στενό εύρος ζώνης, που εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα του επιλεκτικού βολτόμετρου.

Η βιομηχανία παράγει ένα επιλεκτικό μικροβολτόμετρο με ανώτερα όρια μέτρησης, το κύριο σφάλμα στην περιοχή συχνοτήτων 20 Hz - 100 kHz.

Σε ποικίλες συνθήκες πρακτικής ραδιομηχανικής, μία από τις πιο απαραίτητες συσκευές είναι ένα βολτόμετρο AC πολλαπλών εύρους, το οποίο διατηρεί μεγάλη αντίσταση εισόδου και αρκετά υψηλή ακρίβεια μέτρησης σε ένα ευρύ φάσμα χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων.

Ρύζι. 1. Ισοδύναμο κύκλωμα εισόδου βολτόμετρου υψηλής συχνότητας.

Η αντίσταση εισόδου των βολτόμετρων AC είναι πολύπλοκη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να αναπαρασταθεί ως παράλληλη σύνδεση των στοιχείων της ενεργής αντίστασης εισόδου Rv και της χωρητικότητας εισόδου Cv (Εικ. 1), από τα οποία είναι επιθυμητό το πρώτο να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο και το δεύτερο ως μικρό. Σε υψηλές συχνότητες

είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η επίδραση των συρμάτων αυτεπαγωγής L pr που συνδέουν την είσοδο του βολτόμετρου με το υπό μελέτη κύκλωμα. Με μεγάλο μήκος των καλωδίων σύνδεσης, η πτώση τάσης στην αυτεπαγωγή L pr μπορεί να οδηγήσει σε αισθητή μείωση της τάσης που παρέχεται στο βολτόμετρο και τα εξωτερικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία θα προκαλέσουν σημαντικό e στα καλώδια. δ.σ. Επιπλέον, η αυτεπαγωγή L CR σχηματίζεται με χωρητικότητα C σε ένα σειριακό ταλαντευόμενο κύκλωμα με τη δική του συχνότητα συντονισμού

f in \u003d 1 / (2π * (L pr * C in) 0,5). (ένας)

Κατά τη μέτρηση τάσεων των οποίων η συχνότητα είναι κοντά στο fv, το βολτόμετρο θα δώσει υπερεκτιμημένες μετρήσεις ενώ θα μειώσει απότομα την αντίσταση εισόδου του. Επομένως, η περιοριστική συχνότητα λειτουργίας ενός βολτόμετρου υψηλής συχνότητας συνήθως περιορίζεται από την τιμή

f max = (0,1...0,2) f in, (2)

στην οποία τα φαινόμενα συντονισμού δεν επηρεάζουν ακόμη σημαντικά την ακρίβεια μέτρησης. Με μήκος καλωδίων σύνδεσης περίπου 20 cm και γνωστή χωρητικότητα εισόδου Sv (σε picofarads), η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας του βολτόμετρου (σε megahertz) μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση από τον εμπειρικό τύπο

f max ≈ 200/С σε 2 .

Για παράδειγμα, με χωρητικότητα Sv πολλών μονάδων picofarads, η συχνότητα fmax φτάνει τα δεκάδες megahertz, αλλά αν Sv > 15 pF, τότε δεν υπερβαίνει το 1 MHz.

Ηλεκτροστατικά, θερμοηλεκτρικά και ηλεκτρονικά βολτόμετρα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση εναλλασσόμενων τάσεων σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.

Τα ηλεκτροστατικά βολτόμετρα βασίζονται στην αρχή της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης φορτισμένων μεταλλικών σωμάτων και εκτελούνται με τάξεις ακρίβειας 0,5. 1.0 και 1.5. Το εύρος συχνοτήτων τους κυμαίνεται από μονάδες Hertz έως 1-30 MHz. Για το υπό μελέτη κύκλωμα, αντιπροσωπεύουν μόνο ένα χωρητικό φορτίο που δεν υπερβαίνει τα 10-30 pF. Τα μειονεκτήματα των βολτόμετρων είναι η δυσκολία αλλαγής του ορίου μέτρησης, γι' αυτό οι συσκευές είναι συνήθως μονού ορίου και χαμηλής ευαισθησίας (το ανώτερο όριο μέτρησης δεν είναι μικρότερο από δεκάδες βολτ), που καθορίζει την κυρίαρχη χρήση τους για τη μέτρηση υψηλών τάσεων . Τα ηλεκτροστατικά βολτόμετρα είναι επίσης κατάλληλα για τη μέτρηση σταθερών τάσεων, ειδικά υψηλών, για παράδειγμα, στις ανόδους των κινοσκόπιων. Ταυτόχρονα, η σύνθετη αντίσταση εισόδου τους μπορεί πρακτικά να θεωρηθεί απείρως μεγάλη.

Τα θερμοηλεκτρικά βολτόμετρα είναι περιορισμένης χρήσης σε συχνότητες από 20 Hz έως 1-20 MHz. Τα κύρια μειονεκτήματά τους είναι η χαμηλή αντίσταση εισόδου, συνήθως όχι μεγαλύτερη από 10 kOhm, και η χαμηλή ικανότητα υπερφόρτωσης.

Οι πιο κοινές και ευέλικτες συσκευές είναι τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα AC. Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι: υψηλή ευαισθησία και μεγάλα όρια μέτρησης, τα οποία, όταν χρησιμοποιούνται ενισχυτές και διαιρέτες τάσης, καλύπτουν το εύρος τάσης από μονάδες μικροβολτ έως χιλιάδες βολτ. χαμηλή χωρητικότητα εισόδου (μερικά picofarads) και υψηλή ενεργή αντίσταση εισόδου (έως δεκάδες megohms). ευρύ φάσμα συχνοτήτων λειτουργίας (από δεκάδες hertz έως εκατοντάδες megahertz). ικανότητα να αντέχει μεγάλα φορτία. Τα μειονεκτήματα των ηλεκτρονικών βολτόμετρων περιλαμβάνουν: την ανάγκη για ισχύ από σταθερές πηγές άμεσης ή εναλλασσόμενης τάσης. την ανάγκη να ρυθμίσετε ηλεκτρικά τη βελόνα του μετρητή στο μηδέν ή να βαθμονομήσετε το βολτόμετρο πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις. σχετικά μεγάλο σφάλμα μέτρησης (έως 3-5%).

Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας, τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες: βολτόμετρα τύπου "ενισχυτή-ανιχνευτή", στα οποία η μετρούμενη τάση πρώτα ενισχύεται και στη συνέχεια διορθώνεται για την ένδειξη ενός μετρητή DC και ανιχνευτής-ενισχυτής τύπου βολτόμετρα, στα οποία η μετρούμενη τάση διορθώνεται και στη συνέχεια ενισχύεται με συνεχές ρεύμα. Ανάλογα με τον τύπο των ενεργών στοιχείων που χρησιμοποιούνται, διακρίνονται τα βολτόμετρα τρανζίστορ και σωλήνα.

Τα βολτόμετρα τύπου "ανιχνευτής-ενισχυτή" εκτελούνται συχνά ως γενικά βολτόμετρα AC και DC ή ως συνδυασμένα όργανα που επιτρέπουν τη μέτρηση, εκτός από τις τάσεις AC και DC, ορισμένων παραμέτρων των στοιχείων ραδιοκυκλώματος.

Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα ευρείας εφαρμογής έχουν, κατά κανόνα, κλίμακες, οι οποίες διαβάζονται σε τιμές RMS της μετρούμενης ημιτονοειδούς τάσης. Ορισμένες συσκευές παρέχονται με πρόσθετη κλίμακα με ένδειξη ως προς το σχετικό επίπεδο μετάδοσης (σε ντεσιμπέλ).

Ειδικοί τύποι ηλεκτρονικών βολτόμετρων περιλαμβάνουν επιλεκτικά, παλμικά, λογαριθμικά, ευαίσθητα στη φάση, αντιστάθμιση, ψηφιακά βολτόμετρα.

Τα ευαίσθητα στη φάση βολτόμετρα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών πλάτους-συχνότητας και συχνότητας φάσης διαφόρων ενισχυτών τεσσάρων ακροδεκτών χαμηλής συχνότητας, φίλτρων κ.λπ. Οι τάσεις Uin εισόδου και εξόδου Uout από τη συσκευή υπό μελέτη παρέχονται στο βολτόμετρο ταυτόχρονα. Το βολτόμετρο έχει δύο μέτρα. Ένα από αυτά δείχνει την πραγματική συνιστώσα Ud της μετρούμενης τάσης Uout, η οποία βρίσκεται σε φάση με την τάση Uin. Ο δεύτερος μετρητής δείχνει τη φανταστική συνιστώσα Umn της τάσης Uout, μετατοπισμένη σε φάση σε σχέση με την τάση Uin κατά 90°. Με βάση τις ενδείξεις και των δύο μετρητών, μπορείτε να υπολογίσετε την τιμή (μονάδα) της τάσης εξόδου:

Uout \u003d (U d 2 + U mn 2) 0,5

και μετατόπιση φάσης:

φ \u003d arctg (U mn / U d).

Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα αντιστάθμισης που βασίζονται στη μέθοδο μέτρησης αντιστάθμισης (βλ. Διαφορικές μέθοδοι και μέθοδοι αντιστάθμισης για τη μέτρηση των άμεσων τάσεων) χρησιμοποιούνται ως υποδειγματικά βολτόμετρα κατά τον έλεγχο του χαρακτηριστικού βαθμονόμησης τάσης των ηλεκτρονικών βολτόμετρων AC και των γεννητριών μέτρησης.

Διαιρέτες τάσης εισόδου ηλεκτρονικών βολτόμετρων.

Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα, χωρίς να περιπλέκουν το κύκλωμά τους, μπορούν να μετρήσουν μεγάλες εναλλασσόμενες τάσεις μόνο εάν είναι ενεργοποιημένος ένας ωμικός ή χωρητικός διαιρέτης τάσης στην είσοδο. Οι διαιρέτες τάσης εισόδου (VDN) κατασκευάζονται ως ξεχωριστή προσάρτηση στο βολτόμετρο (Εικ. 2) ή συνδυάζονται δομικά με αυτό (Εικ. 4). Στην τελευταία περίπτωση, το βολτόμετρο συμπληρώνεται με έναν διακόπτη που παρέχει τη δυνατότητα εργασίας με ή χωρίς VDN.

Η χρήση του VDN οδηγεί σε αύξηση του σφάλματος μέτρησης, το οποίο είναι ιδιαίτερα αισθητό με μεγάλο αριθμό βημάτων διαίρεσης. Επομένως, τα VDN εκτελούνται συνήθως ως μονοβάθμια, αλλά με σωστή επιλογήσυντελεστής διαίρεσης N, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατός ο διπλασιασμός του αριθμού των ορίων μέτρησης του ίδιου του βολτόμετρου. Ας υποθέσουμε ότι το βολτόμετρο έχει ανώτερα όρια μέτρησης 1,3, 10 και 30 V, τα οποία καθορίζονται από τη ρύθμιση κάποιου διακόπτη στο κύκλωμά του. Στη συνέχεια, κατά τη σύνδεση VDN με N = 100, μπορούν να ληφθούν πρόσθετα όρια μέτρησης 100, 300, 1000 και 3000 V. ) και τέσσερις θέσεις (1-3-10-30 V) ή ένας κοινός διακόπτης με αυξημένο αριθμό τμημάτων για οκτώ θέσεις (1-3-10-30-100-300-1000-3000 V).

Ένας ωμικός διαιρέτης τάσης αποτελείται από δύο συνδεδεμένες σε σειρά μη επαγωγικές και μη χωρητικές αντιστάσεις (Εικ. 2, α). Από την αντίσταση R2, μια αυστηρά καθορισμένη αναλογία της μετρούμενης τάσης παρέχεται στην είσοδο του βολτόμετρου, ίση με Ux / N και ορίζεται από τον συντελεστή διαίρεσης

N \u003d (R1 + R2v) / R2v,

που είναι πολλαπλασιαστής των ενδείξεων του βολτόμετρου και συνήθως λαμβάνεται στην περιοχή από 10-100. Εδώ

R2v \u003d R2Rv / (R2 + Rv)

είναι η σύνθετη αντίσταση του δεύτερου βραχίονα του VDN, λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο διακλάδωσης της ενεργής αντίστασης εισόδου

βολτόμετρο Rv. Αν Rv >> R2, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε R2v ≈ R2. Αλλά με έναν μικρό συντελεστή διαίρεσης N, οι αντιστάσεις Rv και R2 αποδεικνύονται μερικές φορές συγκρίσιμες, καθώς η συνολική αντίσταση του VDN, που ουσιαστικά καθορίζει την ενεργή αντίσταση εισόδου του κυκλώματος μέτρησης, πρέπει να επιλεγεί με τη σειρά του megohm. Τότε η αντίσταση Rv θα επηρεάσει σημαντικά την απαιτούμενη τιμή της αντίστασης R2, που καθορίζεται από τον τύπο

R2 = RvR1/((N-1)Rv - R1) = RvR2v/(Rv-R2v)

Επομένως, κάθε VDN υπολογίζεται συνήθως ότι λειτουργεί μόνο με έναν συγκεκριμένο τύπο βολτόμετρου.

Ρύζι. 2. Σχέδια διαιρετών τάσης εισόδου τύπων αντίστασης (α) και χωρητικού (β).

Το μειονέκτημα ενός ωμικού VDN είναι η εξάρτηση του συντελεστή διαίρεσης από τη συχνότητα f της μετρούμενης τάσης λόγω της επίδρασης της χωρητικότητας εισόδου Cv του βολτόμετρου, η αντίσταση του οποίου σε υψηλές συχνότητες μπορεί να είναι συγκρίσιμη με τις αντιστάσεις R2 και Rv . Λαμβάνοντας υπόψη την χωρητικότητα Sv, τον πραγματικό συντελεστή διαίρεσης

N "≈ (N 2 + (2π * f * Cv * R1) 2) 0,5.

Για παράδειγμα, σε N = 10, R1 = 9 mOhm, R2v = 1 mOhm και Sv = 10 pF σε συχνότητα f = 1 kHz, παίρνουμε N "≈ 10, σε f = 10 kHz έχουμε N" ≈ 11,5 και σε f = 100 kHz N" ≈ 57,5. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι με την αύξηση της συχνότητας, η αντίσταση εισόδου των βολτόμετρων Rv μειώνεται για διάφορους λόγους, γεγονός που αυξάνει το σφάλμα μέτρησης. Επομένως, η χρήση αντίστασης VDN περιορίζεται στο εύρος χαμηλής συχνότητας, καθώς και η περιοχή των σταθερών τάσεων που είναι παραδοσιακή γι' αυτούς.

Μια αξιοσημείωτη αύξηση στην ανώτερη οριακή συχνότητα των αντίστασης VDN μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους. Πρώτον, μειώνοντας την σύνθετη αντίσταση του VDN (η οποία, ωστόσο, δεν είναι πάντα αποδεκτή). Αν, για παράδειγμα, πάρουμε Rx = 0,9 mΩ και R2v = 0,1 mΩ, τότε σε Sv = 10 pF και μετρούμενες συχνότητες τάσης 1 και 10 kHz παίρνουμε N "≈ 10, σε f = 100 kHz έχουμε N" ≈ 11 , 5 και μόνο σε f \u003d 1 MHz N "≈ 57,5. Ένας άλλος τρόπος είναι να εφαρμοστεί η διόρθωση συχνότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διακοπή της λειτουργίας των αντιστάσεων διαιρέτη R1 και R2, αντίστοιχα, με πυκνωτές C1 και C2, όπως φαίνεται από τη διακεκομμένη γραμμή στο το διάγραμμα στο Σχ. 2, α Η χωρητικότητα των πυκνωτών (λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα εισόδου του βολτόμετρου) επιλέγεται έτσι ώστε και οι δύο ζεύξεις VDN να έχουν τις ίδιες σταθερές χρόνου, δηλ.

R1C1 \u003d R2v (C2 + St).

Σε αυτή την περίπτωση, η χωρητικότητα του πυκνωτή C1 θα καθορίσει πρακτικά την χωρητικότητα εισόδου του κυκλώματος μέτρησης. ο δεύτερος πυκνωτής πρέπει να έχει χωρητικότητα

C2 = C1(N-1)-Cv.

Ένας από αυτούς τους πυκνωτές (συνήθως C1) λαμβάνεται ως trimmer, γεγονός που διευκολύνει τον εντοπισμό σφαλμάτων του VDN. Χρησιμοποιώντας και τις δύο εξεταζόμενες μεθόδους σε συνδυασμό, είναι δυνατό να επεκταθεί το ανώτερο όριο της δυνατότητας εφαρμογής συχνότητας των αντίστασης VDN στα 1-10 MHz.

Κατά τη μέτρηση τάσεων υψηλής συχνότητας, οι χωρητικοί διαιρέτες τάσης δίνουν καλά αποτελέσματα (Εικ. 2, β). Ένας από τους πυκνωτές διαιρέτη συνήθως επιτρέπει τη ρύθμιση της χωρητικότητας, η οποία σας επιτρέπει να αντισταθμίσετε την επίδραση της χωρητικότητας εισόδου Sv. ενώ ο παράγοντας διαίρεση

Ν = (C1 + C2 + Cv)/C1

Για να μειωθεί η χωρητικότητα εισόδου του κυκλώματος μέτρησης, είναι επιθυμητό να υπάρχουν μικρές χωρητικότητες των πυκνωτών C1 και C2. Αλλά ένα τέτοιο VDN θα είναι κατάλληλο για μετρήσεις μόνο στην περιοχή υψηλής συχνότητας, καθώς με τη μείωση της συχνότητας, η αντίσταση του πυκνωτή C2 μπορεί να αποδειχθεί ανάλογη με την αντίσταση R3 του βολτόμετρου. Επομένως, για τη μέτρηση τάσεων χαμηλότερων συχνοτήτων, μερικές φορές χρησιμοποιούνται ξεχωριστά VDN με αυξημένες τιμές χωρητικότητας.

Στο σχεδιασμό του VDN που συνδέεται με κυκλώματα υψηλής τάσης, είναι απαραίτητο να παρέχεται καλή μόνωση μεταξύ των ακροδεκτών εισόδου, προκειμένου να αποφευχθεί η διάσπαση μεταξύ τους και η αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών, καθώς και να προβλεφθούν μέτρα που αυξάνουν την ασφάλεια λειτουργίας.

Εργασία 1. Ένα ηλεκτρονικό βολτόμετρο έχει ανώτερα όρια μέτρησης 3, 6, 15 και 30 V σε Rv \u003d 5 MΩ και C3 - 15 pF. Υπολογίστε έναν ωμικό διαιρέτη τάσης σε ένα βολτόμετρο που επεκτείνει το εύρος μέτρησης στα 600 V με ενεργή αντίσταση εισόδου = 10 MΩ. Προσδιορίστε την οριακή συχνότητα fmax στην οποία το πρόσθετο σφάλμα που προκαλείται από την αλλαγή του συντελεστή διαίρεσης δεν υπερβαίνει το 5%.

Απάντηση: N = 20; Σε αυτήν την περίπτωση, θα ληφθούν πρόσθετα όρια μέτρησης με ανώτερες τιμές 60, 120, 300 και 600 V. R2v \u003d 500 kOhm. R1 = 9,5 MΩ; R2 = 556 kOhm.

Η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή N max \u003d 1,05N \u003d 21 λαμβάνει χώρα σε μια συχνότητα

fmax = (N max 2 -N 2) 0,5 / (2πCvR1) = 7,15 kHz.

Απάντηση: C1 ≈ C "v \u003d 5 pF; C2 \u003d 80 pF.

Ηλεκτρονικά βολτόμετρα τύπου «ενισχυτής-ανιχνευτής».

Τα βολτόμετρα ανορθωτή είναι κατάλληλα για τη μέτρηση μόνο σχετικά μεγάλων εναλλασσόμενων τάσεων - τουλάχιστον δέκατα του βολτ. Εάν η τάση που τους παρέχεται υποβληθεί σε προκαταρκτική ενίσχυση, τότε καθίσταται δυνατή η μέτρηση μικρών εναλλασσόμενων τάσεων. Η συσκευή που σχηματίζεται σε αυτή την περίπτωση είναι ένα ηλεκτρονικό μιλιβολτόμετρο τύπου «ενισχυτή-ανιχνευτή».

Ρύζι. 3. Λειτουργικό διάγραμμα ηλεκτρονικού βολτόμετρου πολλαπλών εύρους τύπου «ενισχυτής-ανιχνευτής».

Εάν είναι απαραίτητο να μετρηθούν μικρές και μεγάλες τάσεις, η συσκευή είναι πολλαπλών ορίων. Ταυτόχρονα, σε όλα τα όρια μέτρησης, οι τάσεις εισόδου μειώνονται στο αρχικό (χαμηλό) όριο χρησιμοποιώντας βαθμονομημένους διαιρέτες τάσης, οι συντελεστές διαίρεσης των οποίων καθορίζουν τους πολλαπλασιαστές στην κλίμακα αναφοράς του μαγνητοηλεκτρικού μετρητή που συνδέεται στην έξοδο του ανορθωτή κύκλωμα. ΣΤΟ γενική περίπτωσητο λειτουργικό διάγραμμα του βολτόμετρου πολλαπλών ορίων αντιστοιχεί σε αυτό που φαίνεται στο σχ. 3.

Προσπαθούν να κάνουν τον ενισχυτή βολτόμετρο ευρυζωνικό, δηλαδή λαμβάνουν ειδικά μέτρα για να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα του κέρδους σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων, καθώς και τις διακυμάνσεις εντός ορισμένων ορίων της τάσης τροφοδοσίας, της θερμοκρασίας και των παραμέτρων των στοιχείων του κυκλώματος. Για το σκοπό αυτό, οι αντιστάσεις φορτίου των σταδίων ενίσχυσης μειώνονται, χρησιμοποιούνται σχήματα αντιστάθμισης συχνότητας και θερμοκρασίας και σταθεροποιείται ο τρόπος λειτουργίας. το τελευταίο επιτυγχάνεται με τη χρήση βαθιάς αρνητικής ανάδρασης (o.o.s.) για άμεσες και εναλλασσόμενες τάσεις. Δεδομένου ότι με την αύξηση του εύρους ζώνης του σταδίου ενίσχυσης μειώνεται το κέρδος του, ο ενισχυτής ευρείας ζώνης πρέπει να είναι πολλαπλών σταδίων και ο απαιτούμενος αριθμός σταδίων είναι τόσο μεγαλύτερος, όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος συχνοτήτων και τόσο χαμηλότερο είναι το αρχικό όριο μέτρησης που καθορίζει το απαιτούμενο κέρδος. Στην πράξη, το βολτόμετρο περιέχει 3-5 στάδια ενίσχυσης και το ανώτερο όριο των συχνοτήτων λειτουργίας του δεν υπερβαίνει το 1 MHz. Όταν το εύρος λειτουργίας του βολτόμετρου περιορίζεται στην περιοχή χαμηλής συχνότητας, ο απαιτούμενος αριθμός σταδίων ενίσχυσης μειώνεται και δεν χρειάζεται πολύπλοκα σχήματαδιόρθωση συχνότητας, αυξάνει τη συνολική σταθερότητα της εργασίας.

Η ελάχιστη δυνατή τιμή των τάσεων που μετράται από το βολτόμετρο περιορίζεται από το επίπεδο του θορύβου του ίδιου του ενισχυτή, το οποίο εξαρτάται από τις ιδιότητες θορύβου του τρανζίστορ ή της λάμπας της βαθμίδας εισόδου. Για να μειωθεί η επίδραση των διάφορων pickups και του φόντου AC, το βολτόμετρο θωρακίζεται προσεκτικά και οι τάσεις τροφοδοσίας φιλτράρονται καλά.

Τα μπλοκ μέτρησης βολτόμετρων τύπου "ενισχυτής-ανιχνευτής" είναι συνήθως κυκλώματα ανορθωτή που φορτώνονται σε μαγνητοηλεκτρικούς μετρητές, παρόμοια με αυτά που συζητούνται στις ενότητες Μπλοκ μέτρησης συσκευών ανορθωτή και βολτόμετρα ανορθωτή. Δεδομένου ότι ο ανορθωτής συνδέεται με την έξοδο του ενισχυτή μέσω ενός πυκνωτή απομόνωσης, τότε ελλείψει μετρούμενης τάσης στην είσοδο, δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα του μετρητή. Επομένως, δεν χρειάζεται να ρυθμίσετε το «μηδέν» του μετρητή.

Για να μειωθεί η επίδραση στα υπό μελέτη κυκλώματα και να διασφαλιστεί η συγκρισιμότητα των ενδείξεων κατά τη μέτρηση μικρών και μεγάλων τάσεων, το βολτόμετρο πρέπει να έχει αντίσταση εισόδου που να διατηρεί υψηλή και, ει δυνατόν, σταθερή τιμή σε όλα τα όρια μέτρησης. Η αντίσταση εισόδου (ενεργός) μπορεί να φτάσει αρκετά megohms όταν εγκατασταθεί ένας ακολουθητής καθόδου στην είσοδο του βολτόμετρου.

Ένα βολτόμετρο εναλλασσόμενου ρεύματος σε τρανζίστορ μπορεί να κατασκευαστεί παρόμοιο με ένα βολτόμετρο DC τρανζίστορ (βλ. βολτόμετρο DC τρανζίστορ), συγκεκριμένα, με βάση ένα ευαίσθητο μικροαμπερόμετρο AC τρανζίστορ συνδεδεμένο σε σειρά με πρόσθετες αντιστάσεις. Ωστόσο, η αντίσταση εισόδου ενός τέτοιου βολτόμετρου εξαρτάται από το όριο μέτρησης και σε χαμηλές μετρούμενες τάσεις μπορεί να μην είναι αρκετά μεγάλη. Επιπλέον, οι αντιδραστικές παράμετροι πρόσθετων αντιστάσεων περιορίζουν τη δυνατότητα χρήσης βολτόμετρου σε υψηλές συχνότητες.

Όταν χρησιμοποιείτε διπολικά τρανζίστορ, η υψηλότερη σταθερή αντίσταση εισόδου (εκατοντάδες kilo-ohms) παρέχεται όταν η βαθμίδα αντιστοίχισης είναι ενεργοποιημένη στην είσοδο του βολτόμετρου σύμφωνα με το κύκλωμα ακολούθου εκπομπού. Εάν το στάδιο εισόδου είναι ακολούθως πηγής (σε τρανζίστορ φαινομένου πεδίου), τότε η αντίσταση εισόδου φτάνει αρκετά megohm. Οι ακόλουθοι πηγής (καθώς και οι κάθοδοι και οι εκπομποί) έχουν, όπως γνωρίζετε, μικρή χωρητικότητα εισόδου (μερικά picofarads) και χαμηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου, επομένως αποδεικνύονται ευρυζωνικοί. Η χαμηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου του ακόλουθου καθιστά εύκολη την αντιστοίχιση με την είσοδο χαμηλής σύνθετης αντίστασης των επόμενων σταδίων του ενισχυτή, τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν σε διπολικά τρανζίστορσύμφωνα με σχήματα που παρέχουν σταθερή ενίσχυση τάσης στην απαιτούμενη περιοχή συχνοτήτων.

Στα περισσότερα βολτόμετρα, ο κύριος διαιρέτης τάσης πολλαπλών σταδίων είναι το άμεσο φορτίο του σταδίου αντιστοίχισης εισόδου (ακολούθου) και επομένως μπορεί να έχει χαμηλή σύνθετη αντίσταση (χιλιάδες ή εκατοντάδες ohms). Αυτό διευκολύνει την ακριβή επιλογή αντιστάσεων και σας επιτρέπει να κάνετε χωρίς διόρθωση συχνότητας έως και συχνότητες λίγων megahertz. Ο διαιρέτης τάσης εισόδου είτε απουσιάζει είτε εκτελείται ως μονοβάθμιο με μεγάλο συντελεστή διαίρεσης και στοιχεία διόρθωσης συχνότητας (βλ. ενότητα).

Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα ενός βολτόμετρου τρανζίστορ πολλαπλών ορίων που λειτουργεί στην περιοχή συχνοτήτων 20 Hz-200 kHz και έχει ανώτερα όρια για τη μέτρηση εναλλασσόμενων τάσεων (σε τιμές rms) 10-30-100-300-1000 V. Το στάδιο εισόδου είναι ένας ακόλουθος πηγής στο τρανζίστορ Τ1, το φορτίο του οποίου είναι ένας διαιρέτης τάσης χαμηλής αντίστασης R4-R8. Στην είσοδο της συσκευής, ο δεύτερος διαιρέτης τάσης με αντιστάθμιση συχνότητας R1, C1, R2, C2 ενεργοποιείται με συντελεστή διαίρεσης N = 1000. Ανάλογα με τη ρύθμιση του διακόπτη Β1, τα ανώτερα όρια μέτρησης διαβάζονται στην κλίμακα του διακόπτης Β2 σε millivolt ή volt. Κατά τη μέτρηση χαμηλών τάσεων, δεν χρησιμοποιείται ο διαιρέτης τάσης εισόδου και, για να μην μειωθεί η αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου, αποσυνδέεται από το κύκλωμα της συσκευής.

Η κύρια ενίσχυση της μετρούμενης τάσης πραγματοποιείται με στάδια ενίσχυσης σε διπολικά τρανζίστορ T2 και T3, συνδεδεμένα σύμφωνα με το κοινό κύκλωμα εκπομπού. Για να εξασφαλιστεί σημαντικό κέρδος, θα πρέπει να επιλεγούν τρανζίστορ με συντελεστή Vst περίπου 100. Η επέκταση της απόκρισης συχνότητας του βολτόμετρου διευκολύνεται από μια άμεση (γαλβανική) σύνδεση μεταξύ των σταδίων ενίσχυσης, καθώς και από την παρουσία στην είσοδο του τρανζίστορ Τ2.χαμηλές και υψηλές συχνότητες. Για να ταιριάζει η σχετικά υψηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή με τη χαμηλή αντίσταση της μονάδας μέτρησης, στην έξοδο είναι εγκατεστημένος ένας ακόλουθος πομπού στο τρανζίστορ Τ4.

Η σταθεροποίηση του τρόπου λειτουργίας του ενισχυτή επιτυγχάνεται με τη χρήση o. σχετικά με. Με. με σταθερή τάση από τον πομπό του τρανζίστορ Τ3 στη βάση του τρανζίστορ Τ2 μέσω μιας συντονισμένης αντίστασης R11. Το τελευταίο σας επιτρέπει να προσαρμόσετε το βάθος της ανάδρασης και, ως εκ τούτου, το κέρδος, το οποίο χρησιμοποιείται κατά τη βαθμονόμηση του βολτόμετρου.

Για να εξασφαλιστεί το απαιτούμενο εύρος ζώνης των συχνοτήτων και να αυξηθεί η γραμμικότητα της κλίμακας στο βολτόμετρο, ένα ισχυρό ο. σχετικά με. Με. με εναλλαγή τάσης από τον πομπό του τρανζίστορ Τ4 στον εκπομπό του τρανζίστορ Τ2 μέσω του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή C9, του ανορθωτή της μονάδας μέτρησης και της αντίστασης R19. ο βαθμός ανάδρασης ρυθμίζεται κατά τη ρύθμιση της συσκευής με αντίσταση συντονισμού R12. Κάποια βελτίωση στη γραμμικότητα της κλίμακας μπορεί να επιτευχθεί με την αντικατάσταση δύο διόδων ανορθωτή (D3 και D4) με ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας, καθώς και χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα ανόρθωσης μισού κύματος.

Ρύζι. 4. Σχέδιο βολτόμετρου τρανζίστορ τύπου "ενισχυτής-ανιχνευτής".

Ορισμένα ηλεκτρονικά βολτόμετρα περιλαμβάνουν βαθμονομητή που παράγει μια εναλλασσόμενη τάση αναφοράς που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή και τη διόρθωση της ευαισθησίας της συσκευής. Ο βαθμονομητής απαιτεί μια ημιτονοειδή πηγή τάσης για να λειτουργήσει, επομένως είναι εύκολα συμβατός με βολτόμετρα σωλήνων που τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα. Στα βολτόμετρα τρανζίστορ, μερικές φορές είναι δυνατή η σύνδεση της εισόδου του βαθμονομητή σε μια εξωτερική πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος ή ένας μετατροπέας DC-σε-AC χαμηλής ισχύος περιλαμβάνεται στη σχεδίαση του βολτόμετρου.

Ο απλούστερος, αλλά αρκετά αξιόπιστος, είναι ένας βαθμονομητής διόδου zener πυριτίου (Εικ. 5). Δύο πανομοιότυπες δίοδοι zener D1 και D2, συνδεδεμένες αντιπαράλληλα, εξασφαλίζουν τη σταθεροποίηση και των δύο ημικυμάτων της εναλλασσόμενης τάσης U στο επίπεδο της τάσης σταθεροποίησης Ust που τα χαρακτηρίζει, με την προϋπόθεση ότι U > Ust. Εάν η σταθεροποίηση πραγματοποιείται όταν το ρεύμα μέσω των διόδων zener αλλάζει εντός Imin - Imax, τότε η περιοριστική αντίσταση R1 πρέπει να έχει αντίσταση

R1 = (U-Ust)/((Imax-Imin)/2 + Ust/(R2 + R3)).

Η σύνθετη αντίσταση του διαιρέτη τάσης R2, R3 πρέπει να είναι δέκα φορές μικρότερη από την αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου και ταυτόχρονα αρκετά μεγάλη ώστε να μην φορτίζει αισθητά την πηγή ισχύος. Ο συντελεστής διαίρεσης του επιλέγεται έτσι ώστε να λαμβάνεται σταθεροποιημένη τάση στην έξοδο, ίση με ένα από τα όρια μέτρησης χαμηλής τάσης Up. Κατά τη ρύθμιση του βαθμονομητή, η απαιτούμενη τάση ρυθμίζεται με ακρίβεια από το ποτενσιόμετρο συντονισμού R3 (σύμφωνα με τις ενδείξεις ενός τυπικού βολτόμετρου). Πριν από την έναρξη των μετρήσεων, αυτή η τάση τροφοδοτείται στην είσοδο του βαθμονομημένου βολτόμετρου, συνδέεται με το αντίστοιχο όριο μέτρησης και η ρύθμιση που παρέχεται στο κύκλωμα βολτόμετρου χρησιμοποιείται για να επιτευχθεί η απόκλιση του βέλους του μετρητή του στο άκρο της κλίμακας.

Ρύζι. 5. Σχέδιο του βαθμονομητή εναλλασσόμενης τάσης σε διόδους zener ημιαγωγών.

Τα επιλεκτικά μικροβολτόμετρα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση πολύ χαμηλών τάσεων στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων. Συνήθως εκτελούνται σύμφωνα με το σχήμα ενός υπερετερόδυνου δέκτη με μετατροπή μονής ή διπλής συχνότητας. Το τμήμα υψηλής συχνότητας της συσκευής είναι συντονισμένο στη συχνότητα της μετρούμενης τάσης, η οποία λαμβάνει ένα μεγάλο βαθμονομημένο κέρδος σε υψηλές και ενδιάμεσες συχνότητες. Το φορτίο του ανιχνευτή είναι ένας μαγνητοηλεκτρικός μετρητής βαθμονομημένος στις τιμές της μετρούμενης τάσης. Πριν από την έναρξη των μετρήσεων, πραγματοποιείται έλεγχος και ρύθμιση της απολαβής, για την οποία χρησιμοποιείται μια εσωτερική γεννήτρια βαθμονόμησης, η οποία παρέχει μια τάση αναφοράς της απαιτούμενης συχνότητας στην είσοδο της συσκευής. Λόγω των επιλεκτικών ιδιοτήτων του, ένα επιλεκτικό μικροβολτόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των φασμάτων των περιοδικών σημάτων και των σημάτων θορύβου (συντονίζοντας διαδοχικά τις συχνότητες μεμονωμένων στοιχείων αυτών των φασμάτων), καθώς και για τη μέτρηση της ισχύος του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (όταν η κεραία είναι ενεργοποιημένη στην είσοδό της) και άλλες μετρήσεις υψηλής συχνότητας.

Ηλεκτρονικά βολτόμετρα τύπου «ανιχνευτής-ενισχυτής».

Τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα που έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση όχι πολύ μικρών τάσεων (από τα δέκατα του βολτ ή περισσότερο) σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων (έως εξαιρετικά υψηλά), καθώς και για χρήση σε καθολικά και συνδυασμένα όργανα μέτρησης, συνήθως εκτελούνται σύμφωνα με το « κύκλωμα τύπου ανιχνευτή-ενισχυτή» (Εικ. 6). Η μετρούμενη τάση διορθώνεται από έναν ημιαγωγό ή ανιχνευτή λαμπτήρων και, στη συνέχεια, το στοιχείο συνεχούς ρεύματος της διορθωμένης τάσης τροφοδοτείται στον ενισχυτή συνεχούς ρεύματος μέσω ενός διαιρέτη τάσης αντίστασης και ενός φίλτρου RC που εξαλείφει τα εξαρτήματα AC. Στην έξοδο του ενισχυτή, ενεργοποιείται ένας μαγνητοηλεκτρικός μετρητής AND, η κλίμακα του οποίου βαθμονομείται σε τιμές rms ή πλάτους της μετρούμενης τάσης. Ο διαιρέτης τάσης, το φίλτρο και ο μετρούμενος ενισχυτής είναι ουσιαστικά ένα βολτόμετρο συνεχούς ρεύματος πολλαπλών εύρους με είσοδο τυπικά υψηλής αντίστασης. Σε αυτήν την περίπτωση, το βολτόμετρο εναλλασσόμενου ρεύματος αποδεικνύεται επίσης πολυ-περιοριστικό, ενώ διατηρεί περίπου την ίδια και υψηλή αντίσταση εισόδου σε όλα τα όρια. Εάν η αλλαγή στα όρια μέτρησης προβλέπεται στο κύκλωμα του ενισχυτή, τότε ο διαιρέτης τάσης μπορεί να απουσιάζει. Το μειονέκτημα του βολτόμετρου είναι η ανάγκη προεγκατάστασης της «σφαίρας» του μετρητή.

Ρύζι. 6. Λειτουργικό διάγραμμα ηλεκτρονικού βολτόμετρου πολλαπλών εύρους τύπου «ανιχνευτής-ενισχυτής».

Ειδικά για τα βολτόμετρα του τύπου "ανιχνευτής-ενισχυτής" είναι μόνο τα στοιχεία ανιχνευτή τους, τα οποία είναι πιο συχνά παρόμοια με τις μονάδες ανορθωτή των βολτόμετρων πλάτους. Σε ορισμένες συσκευές, ο ανιχνευτής σχηματίζεται με βάση ένα κύκλωμα πλήρους κύματος που εξάγει τη μέση διορθωμένη τιμή της μετρούμενης τάσης.

Ένα ηλεκτρονικό βολτόμετρο τύπου "ανιχνευτής-ενισχυτής" μπορεί να αναπαρασταθεί ως ανορθωτή βολτόμετρο, ο δείκτης του οποίου είναι ένα ηλεκτρονικό βολτόμετρο συνεχούς ρεύματος. Προφανώς, είναι λογικό να χρησιμοποιείται ένα τέτοιο βολτόμετρο ως καθολικό για τη μέτρηση εναλλασσόμενων και σταθερών τάσεων σε ένα ευρύ φάσμα τιμών και συχνοτήτων. Η διάταξη ενός τέτοιου βολτόμετρου παρουσιάζεται σε δύο εκδόσεις στο σχήμα. 7. Η βάση της πρώτης επιλογής (Εικ. 7, α) είναι ένα τυπικό ηλεκτρονικό βολτόμετρο DC, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για τον προορισμό του. Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί ένα πρόσθετο όριο υψηλής τάσης για τη μέτρηση των άμεσων τάσεων, χρησιμοποιείται ένας εξωτερικός καλά μονωμένος καθετήρας με μια ομάδα συνδεδεμένων αντιστάσεων υψηλής αντίστασης Rc τοποθετημένες σε αυτό, συνδεδεμένες στην είσοδο ενός βολτόμετρου συνεχούς ρεύματος όταν το τελευταίο τίθεται σε ένα ορισμένο όριο μέτρησης. Το εξάρτημα του ανιχνευτή κατασκευάζεται με τη μορφή προθέματος, που εκτελείται συχνότερα σύμφωνα με το σχήμα ενός ανιχνευτή πλάτους με κλειστή είσοδο (Εικ. 8, β) και συνδέεται με ένα βολτόμετρο εάν είναι απαραίτητο να μετρηθούν εναλλασσόμενες τάσεις. Η πολικότητα της ενεργοποίησης της διόδου D πρέπει να είναι συνεπής με την πολικότητα των τάσεων που μετράται από το βολτόμετρο DC. η δυνατότητα σύνδεσης ενός από τα καλώδια σύνδεσης εισόδου στην οθόνη και στο σώμα της συσκευής εξαρτάται επίσης από το σχήμα του τελευταίου.

Ρύζι. 7. Διαγράμματα διάταξης ηλεκτρονικών βολτόμετρων γενικής χρήσης τύπου «ανιχνευτής-ενισχυτής».

Ο πυκνωτής εισόδου C πρέπει να υπολογιστεί (καθώς και η δίοδος αντίστροφης τάσης D) για το μέγιστο πλάτος της μετρούμενης τάσης. Η χωρητικότητά του πρέπει να ικανοποιεί δύο αντικρουόμενες απαιτήσεις. Αφενός, για να εξασφαλιστεί ένα επαρκώς υψηλό ανώτερο όριο συχνοτήτων λειτουργίας, είναι επιθυμητό να υπάρχει μια μικρή χωρητικότητα C για να μειωθεί η επαγωγική αντίδραση του πυκνωτή και οι ενεργές απώλειες σε αυτόν σε υψηλές συχνότητες. Από την άλλη πλευρά, για να εξασφαλιστεί το κατώτερο όριο των συχνοτήτων λειτουργίας, είναι επιθυμητό να υπάρχει μεγάλη χωρητικότητα έτσι ώστε η χωρητικότητα του πυκνωτή C να είναι πολύ μικρότερη από την αντίστροφη αντίσταση της διόδου D. Στην πράξη, παίρνουν την χωρητικότητα C \u003d 0,001 ... 0,1 μF, βάσει συμβιβαστικών ζητημάτων και συγκεκριμένων ορίων εύρους συχνοτήτων.

Η αντίσταση της αντίστασης R επιλέγεται από την συνθήκη της σύμπτωσης (με τα ίδια όρια μέτρησης) των κλιμάκων ανάγνωσης των τάσεων AC και DC, η οποία είναι αρκετά εφικτή, καθώς το επιλεγμένο κύκλωμα του στοιχείου ανιχνευτή παρέχει μια σχεδόν γραμμική σχέση μεταξύ των διορθωμένες και τάσεις εισόδου. Εάν η αντίστροφη αντίσταση της διόδου D και η αντίσταση εισόδου Rin του δείκτη (βολτόμετρο DC) είναι αρκετά μεγάλες, τότε η σταθερή τάση κατά μήκος της διόδου θα είναι κοντά στο πλάτος Rm της μετρούμενης τάσης και τότε τα πλάτη μπορούν να διαβαστούν χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες κλίμακες τάσης DC στο R = 0. Εάν, ωστόσο, απαιτείται να ληφθούν ενδείξεις σε τιμές rms · U = 0,707 * Um (με ημιτονοειδή τάση), τότε η ανορθωμένη τάση που παρέχεται στο βολτόμετρο DC θα πρέπει να μειωθεί αναλόγως; Αυτό επιτυγχάνεται με αντίσταση R ≈ 0,415*Rin. Η ακριβής ρύθμιση της αντίστασης της αντίστασης R γίνεται κατά τη ρύθμιση της συσκευής.

Στα χαμηλότερα όρια τάσης (έως περίπου 3 V), η γραμμικότητα των κλιμάκων τάσης AC μπορεί να παραβιαστεί και μπορεί να μην συμπίπτουν πλήρως με τις αντίστοιχες κλίμακες τάσης συνεχούς ρεύματος λόγω της χαμηλής απόδοσης ανίχνευσης χαμηλών τάσεων από τη δίοδο και επίσης λόγω αλλαγών στην αντίσταση Rin, καθώς ο διαιρέτης τάσης εισόδου του βολτόμετρου βρίσκεται σε αυτά τα όρια, το DC μπορεί να είναι απενεργοποιημένο ή να λειτουργεί ως διακλάδωση. Προκειμένου να μειωθεί το σφάλμα σε ορισμένα βολτόμετρα σε όρια χαμηλής τάσης, χρησιμοποιείται ένα ειδικό εξάρτημα ανιχνευτή με μια ειδικά επιλεγμένη δίοδο D και αντίσταση R ή χρησιμοποιούνται γραφήματα ή πίνακες διόρθωσης.

Η δεύτερη έκδοση του γενικού βολτόμετρου (Εικ. 7, β) χαρακτηρίζεται από την απουσία διακοπτών και αντικαταστάσιμων εξαρτημάτων στην είσοδο. Το κύκλωμα υπολογίζεται ως σύνολο για τη μέτρηση, πρώτα απ 'όλα, εναλλασσόμενων τάσεων στα απαιτούμενα όρια μέτρησης. Συγκεκριμένα, η αντίσταση R λαμβάνεται συνήθως με πολύ υψηλή αντίσταση (περίπου 10 MΩ), η οποία βελτιώνει το φιλτράρισμα της ανορθωμένης τάσης και περιορίζει την επίδραση τυχαίων υπερφορτώσεων στη συσκευή. Η αντίσταση Rc πρέπει να διασφαλίζει ότι οι κλίμακες τάσης DC ταιριάζουν με τις διαθέσιμες κλίμακες τάσης AC. Εάν η ένδειξη στις κλίμακες της εναλλασσόμενης τάσης γίνεται στις τιμές πλάτους Um, τότε παίρνουν Rc ≈ R 2 / (R + Rin) και κατά την ανάγνωση στις τιμές τάσης rms

Rc≈ (0,7 * R2 - 0,3 * R * Rin) / (R + R).

Το μειονέκτημα αυτής της επιλογής είναι η δυνατότητα παραβίασης της επιτευχθείσας σύμπτωσης των κλιμάκων των τάσεων AC και DC όταν αλλάζει η αντίστροφη αντίσταση της διόδου D. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί εάν το κύκλωμα του ανιχνευτή είναι απενεργοποιημένο κατά τη μέτρηση των τάσεων DC.

Εάν δεν υπάρχει διαιρέτης τάσης στην είσοδο του βολτόμετρου DC (όπως, για παράδειγμα, στα κυκλώματα στα Σχ. 5, α και 6), τότε η αντίσταση R μπορεί να χρησιμεύσει ως στοιχείο (Rf) του φίλτρου εισόδου Rf, Πρβλ. Η χωρητικότητα του φίλτρου πρέπει να είναι σχετικά μεγάλη (εκατοστά του microfarad) έτσι ώστε η αντίστασή του στη χαμηλότερη συχνότητα λειτουργίας να είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση Rf.

Η δίοδος που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα του εξαρτήματος του ανιχνευτή πρέπει να πληροί δύο κύριες απαιτήσεις: μια αρκετά υψηλή τιμή της μέγιστης επιτρεπόμενης αντίστροφης τάσης Uobr.max, καθώς καθορίζει το ανώτερο όριο των μετρούμενων εναλλασσόμενων τάσεων, το οποίο δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,5 * Uoar in πλάτος ή τιμή rms, αντίστοιχα, max και 0,35*Urev.max; ένα μικρό αντίστροφο ρεύμα ή, ισοδύναμα, μια πιθανώς μεγαλύτερη αντίστροφη αντίσταση Rrev, επειδή η ενεργή αντίσταση εισόδου Rv ενός βολτόμετρου AC εξαρτάται από αυτό. Το τελευταίο κυμαίνεται συνήθως από το 1/4 έως το 1/3 της αντίστασης συνεχούς ρεύματος του παράλληλου κυκλώματος που σχηματίζεται από την αντίστροφη αντίσταση της διόδου D και την αντίσταση φορτίου Rn \u003d R + Rin, δηλ.

Rin ≈ 0,3*Rrev*Rn/(Rrev + Rand).

Εάν Rbr<< Rн, то Rв ≈ 0,3*Rобр. И наоборот, при Rобр >> Rn παίρνουμε Rn ≈ 0,3*Rn. Εάν Rrev ≈ Rn, τότε Rv ≈ 0,15 * Rn.

Όταν χρησιμοποιείται σε ανιχνευτές με διόδους σωλήνα που αντέχουν σε υψηλές αντίστροφες τάσεις και έχουν σχεδόν απεριόριστη αντίστροφη αντίσταση και σταθερές παραμέτρους, το βολτόμετρο μπορεί να έχει πολύ υψηλή αντίσταση εισόδου (δεκάδες και εκατοντάδες megohms σε χαμηλές συχνότητες) και να παρέχει (χωρίς διαιρέτη τάσης εισόδου) τη μέτρηση σημαντικών εναλλασσόμενων τάσεων (μέχρι 100-150 V). Ωστόσο, η χρήση τους είναι περιορισμένη λόγω της ανάγκης να τροφοδοτηθεί το νήμα της διόδου και να αντισταθμιστεί το αρχικό του ρεύμα (Εικ. 8, α).

Οι δίοδοι ημιαγωγών δεν απαιτούν ειδική ισχύ και δεν έχουν αρχικό ρεύμα, οι διαστάσεις τους είναι μικρές, ωστόσο, σε σύγκριση με τις διόδους λαμπτήρων, αντέχουν πολύ χαμηλότερες αντίστροφες τάσεις και έχουν πεπερασμένη αντίστροφη αντίσταση. Επιπλέον, οι παράμετροί τους εξαρτώνται αισθητά από τη θερμοκρασία και την τάση που εφαρμόζεται στη δίοδο και με την πάροδο του χρόνου αλλάζουν κάπως. Επομένως, για βολτόμετρα με ανιχνευτές ημιαγωγών, η αντίσταση εισόδου και η οριακή τιμή των μετρούμενων τάσεων είναι αρκετές φορές χαμηλότερες και το σφάλμα μέτρησης είναι υψηλότερο από ό,τι στα βολτόμετρα με ανιχνευτές λαμπτήρων. Όταν χρησιμοποιούνται δίοδοι υψηλής συχνότητας (σημείο) με μικρό αντίστροφο ρεύμα στον ανιχνευτή, η αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου μπορεί να φτάσει αρκετά megohm και το ανώτερο όριο μέτρησης μπορεί να φτάσει τα δεκάδες βολτ. Η χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων των διόδων υψηλής συχνότητας, τόσο των ημιαγωγών όσο και των λαμπτήρων, συνήθως ανέρχεται σε αρκετές μονάδες ή δέκατα του picofarad, επομένως, τα βολτόμετρα τύπου "ανιχνευτής-ενισχυτή", με ορθολογική εγκατάσταση του κυκλώματος εισόδου, μπορούν να έχουν ένα ανώτερο όριο συχνοτήτων λειτουργίας ίσο με δεκάδες ή και αρκετές εκατοντάδες megahertz.

Μερικές φορές τα βολτόμετρα παρέχονται με δύο αντικαταστάσιμα ή εναλλασσόμενα εξαρτήματα ανιχνευτή. Ένα από αυτά σε επίπεδη δίοδο με υψηλή επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση, αλλά σημαντική χωρητικότητα εισόδου, και με πυκνωτή αποσύνδεσης C με χωρητικότητα περίπου 0,1 μF, ενεργοποιείται κατά τη μέτρηση τάσεων σχετικά χαμηλών συχνοτήτων σε ένα ευρύ φάσμα τιμών (έως εκατοντάδες βολτ). Ο δεύτερος ανιχνευτής σε μια σημειακή δίοδο και με έναν πυκνωτή C με χωρητικότητα αρκετών χιλιάδων picofarads χρησιμοποιείται για τη μέτρηση σχετικά χαμηλών τάσεων (έως δεκάδες βολτ) υψηλών και μικροκυμάτων συχνοτήτων.

Σύμφωνα με το σχήμα τύπου «ανιχνευτής-ενισχυτής», τα βολτόμετρα παλμών είναι επίσης σχεδιασμένα για να μετρούν τα πλάτη των παλμών διαφόρων διάρκειων και κύκλων λειτουργίας. Συνήθως χρησιμοποιούν ανιχνευτές διόδων δύο σημείων για την ανίχνευση παλμών θετικής και αρνητικής πολικότητας, αντίστοιχα.

Χαρακτηριστικά σχεδιασμού και διαβάθμιση ηλεκτρονικών βολτόμετρων AC

Ο βαθμός επιρροής ενός ευρυζωνικού βολτόμετρου στα υπό μελέτη κυκλώματα κατά τη μέτρηση τάσεων διαφόρων συχνοτήτων καθορίζεται από τις τιμές των παραμέτρων εισόδου του Rv, Sv και Lpr (Εικ. 1).

Η χωρητικότητα εισόδου Sv αποτελείται από τη χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων εισόδου μιας λάμπας ή συσκευής ημιαγωγών που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα εισόδου, τη χωρητικότητα μεταξύ των αντίστοιχων υποδοχών του πίνακα που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση αυτής της συσκευής και την χωρητικότητα στερέωσης. Όταν χρησιμοποιείτε μικρού μεγέθους εξαρτήματα και σφιγκτήρες στην είσοδο, την ορθολογική τοποθέτησή τους και την πραγματοποίηση συνδέσεων με βραχείς αγωγούς, η χωρητικότητα της εγκατάστασης είναι 3-6 pF. Σε αυτή την περίπτωση, η σωστή επιλογή εισόδου ηλεκτρονική συσκευήκαι τα στοιχεία του κυκλώματος συγκόλλησης απευθείας στις ακίδες εξόδου του σάς επιτρέπουν να περιορίσετε την χωρητικότητα εισόδου του βολτόμετρου στα 6-10 pF.

Η ενεργή αντίσταση εισόδου του βολτομέτρου Rv καθορίζεται από το συγκεκριμένο κύκλωμα του κυκλώματος εισόδου και την ενεργή αντίσταση εισόδου της ηλεκτρονικής συσκευής που είναι συνδεδεμένη στην είσοδο. Σε χαμηλές συχνότητες, αποδεικνύεται ότι είναι ίσο με μονάδες, λιγότερο συχνά δεκάδες, megohm. Όταν λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες, η αντίσταση Rv μειώνεται κάπως λόγω της αύξησης των διηλεκτρικών απωλειών στον κύλινδρο, το περίβλημα ή τη βάση της ηλεκτρονικής συσκευής και των πλακών κυκλωμάτων. Η μείωση αυτών των απωλειών επιτυγχάνεται με τη χρήση ραδιοσωλήνων χωρίς βάση στην είσοδο, την τοποθέτηση σφιγκτήρων εισόδου και άλλων στοιχείων του κυκλώματος εισόδου σε πάνελ από διηλεκτρικό υψηλής συχνότητας - πολυστυρένιο, ραδιοπορσελάνη κ.λπ.

Στην περιοχή των κυμάτων μετρητή και δεκατιανού, ο χρόνος διαδρομής ηλεκτρονίων μεταξύ των ηλεκτροδίων της λάμπας γίνεται ανάλογος με την περίοδο της μετρούμενης τάσης, με αποτέλεσμα οι απώλειες στα κυκλώματα εισόδου των ραδιοσωλήνων να αυξάνονται απότομα. Με την αυξανόμενη συχνότητα, οι απώλειες αυξάνονται επίσης στις μάζες των ημιαγωγών, οι οποίες για τις διόδους εκδηλώνονται με μείωση του συντελεστή ανόρθωσης και αντίστροφης αντίστασης και για τα τρανζίστορ σε μείωση της αντίστασης εισόδου και του συντελεστή μεταφοράς ρεύματος Vst. Αυτές οι απώλειες μειώνονται με τη χρήση μικροσκοπικών σωλήνων και συσκευών ημιαγωγών. Στην πράξη, είναι δυνατό να ληφθεί, σε μια μετρούμενη συχνότητα τάσης 100 MHz, η ενεργή αντίσταση εισόδου ενός βολτόμετρου της τάξης των δεκάδων, λιγότερο συχνά εκατοντάδων, kilo-ohms.

Κατά τη συναρμολόγηση με βραχείς αγωγούς και τη χρήση ενός μικρού μεγέθους και μη επαγωγικού πυκνωτή ζεύξης, η επαγωγή του κυκλώματος εισόδου είναι εκατοστά του microhenry και η δική του συχνότητα συντονισμού φτάνει τα εκατοντάδες megahertz. Τα καλώδια σύνδεσης εισόδου, με επαγωγή και χωρητικότητα κατανεμημένα κατά μήκος, μειώνουν την περιοριστική συχνότητα λειτουργίας fmax, που αντιστοιχεί στο επιτρεπόμενο σφάλμα μέτρησης. Η επίδραση αυτών των καλωδίων μπορεί πρακτικά να παραμεληθεί εάν το μήκος τους δεν υπερβαίνει το 1% του μήκους κύματος λ της μετρούμενης τάσης.

Εάν οι ακροδέκτες ή οι πρίζες εισόδου είναι τοποθετημένες στο σώμα της συσκευής, τότε κατά τη μέτρηση τάσεων υψηλής συχνότητας, δεν είναι πάντα δυνατό να φέρετε το βολτόμετρο πιο κοντά στο υπό μελέτη κύκλωμα, έτσι ώστε να μπορούν να διανεμηθούν καλώδια σύνδεσης αποδεκτού μήκους. . Επομένως, σε πολλά ηλεκτρονικά βολτόμετρα, το εξάρτημα εισόδου υψηλής συχνότητας (το εξάρτημα ανιχνευτή στα βολτόμετρα ανιχνευτή-ενισχυτή, η πηγή, ο πομπός ή ο ακολουθητής καθόδου σε βολτόμετρα ενισχυτή-ανιχνευτή) κατασκευάζεται με τη μορφή ξεχωριστής θωρακισμένης απομακρυσμένης μονάδας μικρού μεγέθους. ονομάζεται ανιχνευτής (βλ. Εικ. 7α). Ο αισθητήρας συνδέεται με το υπόλοιπο κύκλωμα του βολτόμετρου με ένα εύκαμπτο θωρακισμένο καλώδιο. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, ο αισθητήρας φέρεται στο υπό μελέτη κύκλωμα και ο πείρος δυναμικού που τοποθετείται στην κεφαλή του συνδέεται απευθείας ή ένας βραχύς αγωγός συνδέεται στο απαιτούμενο σημείο δυναμικού του κυκλώματος. ο δεύτερος σφιγκτήρας (συνήθως τύπου "κροκόδειλος), συνδεδεμένος στις περισσότερες συσκευές στο περίβλημα και το κοινό μείον του βολτόμετρου (με ασύμμετρο κύκλωμα εισόδου), συνδέεται προκαταρκτικά στο σημείο του χαμηλότερου δυναμικού του κυκλώματος.

Για να αποκλειστεί η επίδραση εξωτερικών ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, το βολτόμετρο τοποθετείται σε μεταλλικό περίβλημα, το οποίο συνιστάται να γειώνεται κατά τη λειτουργία. Το σώμα ή η οθόνη της υπό δοκιμή συσκευής είναι συνδεδεμένα με ασφάλεια σε αυτό το περίβλημα.

Ρύζι. 8. Σχέδιο βαθμονόμησης βολτόμετρων AC.

Η ρύθμιση και η βαθμονόμηση των ηλεκτρονικών (και άλλων) βολτόμετρων AC μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας το κύκλωμα που φαίνεται στην εικ. 8. Εδώ, ως αναφορά χρησιμοποιείται ένα βολτόμετρο V, το οποίο πρέπει να έχει όριο μέτρησης ίσο ή ελαφρώς μεγαλύτερο από την οριακή τιμή της τάσης που μετράται από ένα βαθμονομημένο βολτόμετρο. Μέσω ενός συνεχώς ρυθμιζόμενου αυτομετασχηματιστή Tr, εφαρμόζεται τάση ίση με το μετρούμενο όριο στον ωμικό διαιρέτη R1-R3 και όταν ο διακόπτης Β είναι ρυθμισμένος στη θέση «x1», ρυθμίζοντας τα στοιχεία του ηλεκτρονικού βολτόμετρου, τη βελόνα του μετρητή του εκτρέπεται στο τέλος της κλίμακας. Στη συνέχεια, μετακινώντας το ρυθμιστικό του αυτομετασχηματιστή, η τάση μειώνεται σταδιακά και ελέγχεται το χαρακτηριστικό βαθμονόμησης σε ορισμένα ενδιάμεσα σημεία της κλίμακας. Ο διαιρέτης τάσης σάς επιτρέπει να χρησιμοποιείτε το ίδιο βολτόμετρο αναφοράς ενός ορίου V για τη βαθμονόμηση ενός ηλεκτρονικού βολτόμετρου σε διάφορα όρια μέτρησης. Εάν το βολτόμετρο αναφοράς είναι πολλαπλής εμβέλειας, το κύκλωμα βαθμονόμησης απλοποιείται αναλόγως με την εξαίρεση του διαιρέτη τάσης από αυτό.

Τροφοδοτικό για ηλεκτρονικά βολτόμετρα

Ανάλογα με το σχήμα και τις συνθήκες χρήσης, τα ηλεκτρονικά βολτόμετρα τροφοδοτούνται από πηγές συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος.

Τα βολτόμετρα τρανζίστορ, κατά κανόνα, τροφοδοτούνται από μικρού μεγέθους ξηρές ή επαναφορτιζόμενες μπαταρίες με e. δ.σ. 4,5 ... 9 V, τα οποία τοποθετούνται μέσα στο περίβλημα της συσκευής σε ειδικό διαμέρισμα απομονωμένο από το υπόλοιπο κύκλωμα. Ενας από επιλογέςτο κύκλωμα τροφοδοσίας φαίνεται στο σχ. 9. Η επίπεδη δίοδος D2 προστατεύει τη συσκευή εάν η μπαταρία B είναι συνδεδεμένη σε λάθος πολικότητα. Η παραμετρική σταθεροποίηση της τάσης τροφοδοσίας πραγματοποιείται από τη δίοδο zener D1, η οποία συνδέεται με την πηγή μέσω της αντίστασης R1. Η απαιτούμενη λειτουργία σταθεροποίησης παρέχεται με αντίσταση

R1 = (U-Ust) / ((Imax - Imin) / 2 + In),

όπου Imin και Imax είναι οι μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές ρεύματος μέσω της διόδου zener και In είναι η ονομαστική (μέση) τιμή του ρεύματος φορτίου στην πηγή ισχύος. Εάν επιθυμείτε μια εξαιρετικά υψηλή σταθερότητα της τάσης τροφοδοσίας, τότε ενεργοποιείται μια δεύτερη σύνδεση μιας διόδου zener και μιας αντίστασης με παρόμοιο τρόπο, σχεδιασμένη να επιτυγχάνει μια σταθεροποιημένη τάση κάπως χαμηλότερη από την έξοδο της πρώτης ζεύξης. Εάν τα σταθεροποιητικά στοιχεία εγκαταλειφθούν, η πηγή ισχύος διακόπτεται με έναν πυκνωτή χωρητικότητας περίπου 100 microfarads.

Ρύζι. 9. Σχέδιο παραμετρικής σταθεροποίησης της τάσης τροφοδοσίας ενός βολτόμετρου τρανζίστορ.

Σε ορισμένες συσκευές, προβλέπουν την παρακολούθηση της τάσης τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο, το οποίο, εάν είναι απαραίτητο, συνδέεται με μια πηγή ισχύος μέσω μιας πρόσθετης αντίστασης.

Τα φορητά βολτόμετρα σωλήνων τροφοδοτούνται στις περισσότερες περιπτώσεις με εσωτερική μπαταρία. Τείνουν να τα βγάζουν πέρα ​​με μια μπαταρία χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας οικονομικούς ραδιοσωλήνες με χαμηλό ρεύμα νήματος στο βολτόμετρο, που λειτουργούν σε χαμηλή τάση ανόδου (5-10 V). Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένας μετατροπέας τάσης με τρανζίστορ χαμηλής ισχύος που τροφοδοτείται από μπαταρία νήματος χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των κυκλωμάτων ανόδου.

Όταν το βολτόμετρο σωλήνα τροφοδοτείται από το δίκτυο AC, επεκτείνονται οι επιλογές για την επιλογή κυκλώματος, λαμπτήρων και τρόπου λειτουργίας. Αυτό επιτρέπει τη χρήση ενός λιγότερο ευαίσθητου μετρητή στη συσκευή ενώ αυξάνει την αντίσταση εισόδου και επεκτείνει τα όρια μέτρησης και το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας. Δεδομένου ότι το συνεχές ρεύμα στα κυκλώματα ισχύος δεν υπερβαίνει τα 10-20 mA, και ο κυματισμός υψηλής τάσηςέχουν μικρή επίδραση στη λειτουργία του βολτόμετρου, τότε ο ανορθωτής τροφοδοσίας συνήθως εκτελείται σύμφωνα με ένα κύκλωμα μονού κύματος, στο οποίο ένας πυκνωτής χωρητικότητας πολλών μικροφαράδων, συνδεδεμένος παράλληλα με το φορτίο, χρησιμεύει ως φίλτρο. Για να αυξηθεί η σταθερότητα του βολτόμετρου με πιθανές διακυμάνσεις στην τάση τροφοδοσίας, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη σταθεροποίηση της λειτουργίας τροφοδοσίας των λαμπτήρων. Καλά αποτελέσματα επιτυγχάνονται με τη χρήση σταθεροποιητών σιδηροσυντονισμού, οι οποίοι παρέχουν ταυτόχρονη σταθεροποίηση των εναλλασσόμενων τάσεων σε όλες τις δευτερεύουσες περιελίξεις ενός μετασχηματιστή ισχύος. Για να εξαλειφθεί η επίδραση στο βολτόμετρο των παρεμβολών υψηλής συχνότητας που διαδίδονται μέσω των καλωδίων του δικτύου τροφοδοσίας, τα καλώδια τροφοδοσίας στην ίδια την έξοδο από το περίβλημα του βολτόμετρου συνδέονται στη θήκη με πυκνωτές χωρητικότητας αρκετών χιλιάδων picofarads.

Στο σχ. 86 δείχνει το θεμελιώδες απλό κύκλωμα βολτομέτρου DC τρανζίστορμε αντίσταση εισόδου περίπου 100 kΩ και εύρος μέτρησης από 0 έως 1000 V σε επτά υποπεριοχές: 0—1; 0-5, 0-10; 0-50; 0-100; 0-500 και 0-1000 V. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να είναι χρήσιμη στη μέτρηση των τρόπων λειτουργίας των σταδίων του τρανζίστορ και του ενισχυτή λαμπτήρων.

Η συσκευή τροφοδοτείται από ένα ενιαίο γαλβανικό στοιχείο με τάση 1,5 V. Περιγράφεται στο περιοδικό των Βραζιλιάνων ραδιοερασιτεχνών.

Η ρύθμιση της συσκευής είναι εύκολη. Αρχικά, με την είσοδο ανοιχτή, χρησιμοποιώντας μια μεταβλητή αντίσταση R8, μηδενίστε τη βελόνα του χιλιοστόμετρου της συσκευής. Στη συνέχεια η ζυγαριά βαθμονομείται. Για να γίνει αυτό, η είσοδος του βολτόμετρου συνδέεται με μια πηγή τάσης αναφοράς, για παράδειγμα, στους πόλους μιας εξωτερικής γαλβανικής μπαταρίας, οι αισθητήρες της συσκευής εισάγονται στις υποδοχές εισόδου "O" και το αντίστοιχο όριο μέτρησης, και ρυθμίζοντας τη μεταβλητή αντίσταση R9, λαμβάνεται η ένδειξη του βολτόμετρου που αντιστοιχεί στην τάση της μπαταρίας αναφοράς.

Για να μπορείτε να βαθμονομήσετε τη συσκευή μόνο σε μία κλίμακα, οι αντιστάσεις των αντιστάσεων R1-R7 πρέπει να επιλέγονται με μεγάλη ακρίβεια (με ανοχή όχι μεγαλύτερη από 1-2%).

Για την κατασκευή ενός βολτόμετρου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τρανζίστορ όπως GT108 ή MP41, MP42 με οποιουσδήποτε δείκτες γραμμάτων, αλλά πάντα με τις ίδιες τιμές Vst \u003d 50-80, ένα χιλιοστόμετρο για ρεύμα 0- 1 mA. Η πηγή ενέργειας μπορεί να είναι ένα μεμονωμένο στοιχείο 316 ή 343, 373.

Κατά τη λειτουργία, πρέπει να θυμόμαστε ότι η υψηλή αντίσταση εισόδου αυτού του βολτόμετρου επιτυγχάνεται λόγω της χρήσης ενός ενισχυτή DC σε τρανζίστορ, οι παράμετροι του οποίου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Επομένως, πριν από τη λήψη μετρήσεων, είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε προσεκτικά τη βελόνα του οργάνου στο μηδέν και με αυξημένη θερμοκρασία περιβάλλοντοςβαθμονομήστε περαιτέρω τις κλίμακες του. Αυτό είναι ένα μειονέκτημα του περιγραφόμενου βολτόμετρου σε σύγκριση με τα συμβατικά αβόμετρα.

Τα βολτόμετρα, στα οποία ο ενισχυτής συνεχούς ρεύματος είναι κατασκευασμένος σε τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, έχουν πολύ μεγαλύτερη σταθερότητα. Στο σχ. 87 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ενός βολτόμετρου συνεχούς ρεύματοςγια τη μέτρηση τάσεων από 0 έως 1 V, που συλλέγονται σε δύο τρανζίστορ πεδίου. Η αντίσταση εισόδου της συσκευής είναι περίπου 4 MΩ. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη στη μέτρηση της τάσης συνεχούς ρεύματος στα κυκλώματα βάσης των σταδίων τρανζίστορ των δεκτών και των ενισχυτών, όπως συνιστάται στην περιγραφή της.

Σε αυτό το βολτόμετρο μπορούν να χρησιμοποιηθούν τρανζίστορ πεδίου των τύπων KP102E και KP103K. Τρεις μπαταρίες 3336 L συνδεδεμένες σε σειρά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ρεύματος. Εάν είναι απαραίτητο, η τάση τροφοδοσίας μπορεί να μειωθεί στα 9 V. Για τη μέτρηση υψηλών τάσεων, για παράδειγμα, εντός 0–10 V ή 0–100 V, εξωτερικές υψηλές διαιρέτες τάσης αντίστασης με συντελεστή 10:1 ή 100:1. Millivoltmeter με είσοδο υψηλής αντίστασης. Συνήθως, οι ραδιοερασιτέχνες μετρούν την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος με ένα αβόμετρο, η σύνθετη αντίσταση εισόδου του οποίου είναι χαμηλή. Τα καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας τυπικά χιλιοβολτόμετρα, τα οποία σας επιτρέπουν να μετράτε τάσεις πολύ χαμηλών συχνοτήτων, υπολογιζόμενες σε χιλιοστόβολα. Ένα αυτόματο μέτρο μπορεί να μετρήσει 0,1 V στην καλύτερη περίπτωση.

Στο σχ. Το 88 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ενός απλού χιλιοβολτομέτρου χαμηλής συχνότητας με αντίσταση εισόδου περίπου 2 MΩ. Η πλήρης απόκλιση του δείκτη της συσκευής μέτρησης αντιστοιχεί σε τάση εισόδου 15 έως 100 mV. Το βολτόμετρο τροφοδοτείται από μπαταρία 4,5 V. Τέτοια καλά αποτελέσματα θα μπορούσαν να επιτευχθούν μόνο επειδή ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι ενεργοποιημένο στην είσοδο του ενισχυτή χαμηλής συχνότητας αυτής της συσκευής.

Σύμφωνα με το σχήμα (Εικ. 88), που δημοσιεύτηκε σε ένα από τα αμερικανικά περιοδικά ραδιοφώνου, το μιλιβολτόμετρο περιέχει έναν ακόλουθο πηγή σε ένα τρανζίστορ πεδίου T1, έναν ενισχυτή τάσης σε ένα τρανζίστορ Τ2 συνδεδεμένο σύμφωνα με ένα κοινό κύκλωμα εκπομπού και ένα ανορθωτής τάσης σήματος δύο μισών κυμάτων φορτωμένος με μετρητή ρεύματος - ένα μικροαμπερόμετρο . Ενίσχυση του σήματος στον ανορθωτή, και επομένως, η ευαισθησία της συσκευής ρυθμίζεται από μια μεταβλητή αντίσταση R5. Επιπλέον, εάν ο ολισθητήρας μεταβλητής αντίστασης βρίσκεται στην κάτω θέση σύμφωνα με το διάγραμμα, τότε η ευαισθησία του χιλιοβολτομέτρου είναι 100 mV. Το εύρος μέτρησης αυτής της συσκευής μπορεί να επεκταθεί σημαντικά με τη συμπερίληψη ενός πρόσθετου διαιρέτη τάσης του μετρούμενου σήματος στην είσοδό του. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να αποκτήσετε μια συσκευή μέτρησης πολλαπλών εύρους με αντίσταση εισόδου μεγαλύτερη από 10 MΩ.

Ένα millivoltmeter μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τρανζίστορ KP103Zh ή KP103L (T1,) και MP41A (T2), καθώς και διόδους D9V-D9E (D1, D2). Μια μπαταρία 3336L μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας. Για την αποφυγή εξωτερικών παρεμβολών, είναι επιθυμητό να τοποθετήσετε τα μέρη του χιλιοβολτομέτρου σε μεταλλική θήκη.

Millivoltmeter με γραμμική κλίμακα. Το μειονέκτημα των περισσότερων αβόμετρων και χιλιοστοβολτόμετρων εναλλασσόμενου ρεύματος (συμπεριλαμβανομένων αυτών που περιγράφονται παραπάνω) είναι η ανομοιομορφία της κλίμακας κοντά στο μηδέν, η οποία οφείλεται στη μη γραμμικότητα του κέρδους του ανορθωτή διόδου με ένα μικρό σήμα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι γραμμικοποίησης της κλίμακας τέτοιων συσκευών, αλλά ως επί το πλείστον είναι δύσκολοι για ραδιοερασιτεχνικά σχέδια. Από αυτή την άποψη, το βολτόμετρο AC, που περιγράφεται στις σελίδες ενός αγγλικού ραδιοερασιτεχνικού περιοδικού, διακρίνεται από την απλότητα και την αξιοπιστία λειτουργίας του, το σχηματικό διάγραμμα του οποίου φαίνεται στο Σχ. 89. Αυτό το βολτόμετρο αποτελείται από έναν ανορθωτή γέφυρας στις διόδους D1-D4, η μία διαγώνιος του οποίου είναι φορτωμένη με ένα χιλιοστόμετρο με κλίμακα 0-500 μA και εσωτερική αντίσταση 500 ohms και η άλλη συνδέεται μεταξύ του συλλέκτη και του βάση της βαθμίδας του ενισχυτή, συναρμολογημένη σε τρανζίστορ Τ1, συνδεδεμένο σύμφωνα με ένα κύκλωμα με κοινό πομπό. Σε άλλα παρόμοια βολτόμετρα, η δεύτερη διαγώνιος συνδέεται μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού. Υπάρχει κάποιο λάθος εδώ; Οχι. Σε αυτή τη συσκευή, μέσω ενός ανορθωτή γέφυρας συνδεδεμένου σε σειρά και του πυκνωτή C2, εμφανίζεται μια μη γραμμική αρνητική ανάδραση ρεύματος από τον συλλέκτη στη βάση του τρανζίστορ Τ1.

Δεδομένου ότι το ρεύμα μέσω των διόδων είναι επίσης μικρό σε χαμηλή τάση σήματος, η επίδραση της αρνητικής ανάδρασης θα είναι ασήμαντη και το κέρδος που δίνεται από τον καταρράκτη είναι μεγάλο (60-100). Καθώς αυξάνεται η τάση του σήματος, αυξάνεται η αγωγιμότητα των διόδων και μαζί της αυξάνεται το ρεύμα αρνητικής ανάδρασης και αυτό μειώνει το κέρδος της βαθμίδας. Και όσο μεγαλύτερο είναι το σήμα στην είσοδο, τόσο λιγότερο ενισχύεται το σήμα στον ανορθωτή. Ως αποτέλεσμα, το αρχικό τμήμα της κλίμακας του βολτόμετρου είναι ευθυγραμμισμένο (γραμμικό) και οι ενδείξεις του βολτόμετρου μπορεί να συμπίπτουν πλήρως με τις διαιρέσεις της κλίμακας μικροαμπερόμετρου. Η μέγιστη τιμή της εναλλασσόμενης τάσης που μετράται από αυτή τη συσκευή είναι αριθμητικά ίση με την αναλογία της μέγιστης ένδειξης του μικροαμπερόμετρου διαιρεμένη με την αντίσταση της αντίστασης R3 σε kiloohms. Για παράδειγμα, όταν υποδεικνύεται στο διάγραμμα στο Σχ. Το βολτόμετρο R3 με αντίσταση 89 μπορεί να μετρήσει την εναλλασσόμενη τάση στην περιοχή από 0-5 V.

Κατά την κατασκευή αυτού του βολτόμετρου, συνιστάται η χρήση τρανζίστορ τύπου KT315G με Vst \u003d 80-120. Η ποσότητα του συνεχούς ρεύματος που ρέει στο κύκλωμα συλλέκτη του τρανζίστορ ρυθμίζεται επιλέγοντας την αντίσταση της αντίστασης R1. Οι δίοδοι μπορεί να είναι τύπου D18 ή D20, D9D, D9I. Όταν υποδεικνύεται στο Σχ. Με 89 πυκνωτές, το βολτόμετρο μπορεί να μετρήσει την τάση στη ζώνη συχνοτήτων από 20 Hz έως 600 kHz. Για την τροφοδοσία της συσκευής χρησιμοποιείται μια μπαταρία Krona-VTs ή δύο μπαταρίες 3336L συνδεδεμένες σε σειρά.

Vasiliev V.A. Σχέδια ξένων ραδιοερασιτεχνών. Μ., «Ενέργεια», 1977.