アナログ電圧計。 電子アナログ電圧計による電圧測定
講義＃5
電子アナログデバイスおよびコンバーター
電子アナログデバイスおよびコンバータは、アナログ電子デバイスを使用して測定情報信号の変換を行う測定器です。 このような手段の出力信号は、測定値の連続関数です。 電子デバイス変換器は、電圧、電流、周波数、電力、抵抗など、ほぼすべての電気量を測定するために使用されます。
周波数間周波数で水晶フィルターを使用すると、シャープな選択性を実現できます。 ヘテロダイン マイクロボルトでは、2 重および 3 重の混合がよく使用されます。 これにより、優れた感度、選択性、および安定性を同時に実現できます。 ただし、実際には、他のタイプの電圧計に出くわすこともあります。 パルス電圧計 パルス電子電圧計は、インパルス電圧を測定するように設計されています。 それはビデオまたは無線周波数パルスであり、その形状またはエンベロープは完全に長方形です。
利点電子測定器:
アンプの使用による高感度。
測定が行われる回路からの低エネルギー消費。 入力インピーダンス機器データ;
感度が変わらない広い周波数範囲。
測定の目的は、この値を決定することです。 したがって、ピーク電圧を測定する必要があり、この目的のために電圧を出力する測定用整流器を使用するのが論理的です。 直流測定されたインパルス電圧のピーク値に対応します。 米。 27 ピーク整流器によるインパルス電圧の処理。 充電抵抗が小さいので充電が早いです。 このことから、非常に短いパルスを長時間測定すると、重大なエラーが発生する可能性があることがわかります。
この状況は、並列ピーク整流器の場合と非常によく似ています。 小さなインパルス電圧測定を実現するには、放電抵抗が大きくなければなりません。つまり、入力電圧には定電圧計とそれに続くピーク整流器が必要です。 入力抵抗が高く、出力抵抗が低いインピーダンス変換器を整流器の前に配置することにより、充電抵抗を小さくすることができます。 適切な配置により、まれなパルスでも測定できます。
欠陥:
多数の部品と要素による複雑さ。
デバイスに含まれる電子デバイス用の電源の必要性;
要素数が多いため、信頼性が比較的低い。
電子電圧計
電子電圧計では、測定された電圧はアナログ電子デバイスによって直流に変換され、電圧単位で目盛りが付いた磁電測定機構に供給されます。 電子電圧計は、感度が高く、測定電圧範囲が広く（直流で数十ナノボルトから数十キロボルトまで）、入力抵抗が高く（1MΩ以上）、広い周波数範囲（直流から周波数まで）で動作できます。数百MHz程度）。
インパルス電圧の測定も補償法に基づくことができます。 測定した電圧を直流電圧で自動補正するのが原理です。 このスケールを実現するために、対数変換特性を備えた電子機能変換器がメーターの前に接続されています。 半導体ダイオードやバイポーラトランジスタの指数関数波形を利用した対数変換器が広く使われています。 指定された非線形フィードバックは、受動部品によって提供されます。
沢山あります さまざまな種類電圧計。 それらの目的と動作原理に従って、最も一般的な電圧計はDC電圧計に分けることができます。 交流電流、普遍的、衝動的、選択的。
DC電圧計。このような電圧計の簡略ブロック図を図 1 に示します。 5.1、ここで VD– 入力分圧器; UPT– DCアンプ; 彼ら– 磁気電気測定機構; う バツ– 測定電圧。
これらの対数コンバーターの欠点は、使用される非線形コンポーネントの動作に依存することです。 このコンポーネントの特性が変わると、ファンクション コンバータ全体の変換特性が変わります。 それらは曲線特性を持ち、必要な依存関係を十分な精度で近似します。
米。 31 位相計のブロック図。 高周波位相計では、ミキシングまたはサンプリングによって入力電圧の周波数が低下します。 補正入力分周器 アナログ低周波ミリボルト メーター。 それが理由です 電子機器電気信号を増幅します。 アンプは、アンプの振幅を変更します。
米。 5.1. 電子式直流電圧計の構造図
分圧器とアンプを直列に接続することで、電圧計全体の換算係数を広範囲に変化させ、高感度マルチリミット化を可能にします。 ゲインを上げて直流電圧計の感度を上げる UPT k UPT仕事の不安定さによる技術的な問題に遭遇する UPT、変化を特徴とする k UPTアンプの出力信号の自発的な変化 (「ゼロ」ドリフト)。 したがって、そのような電圧計では k UPT≈1、および主な目的 UPT- 電圧計の大きな入力抵抗を提供します。
電子部品 - 演習 1 増幅器としてのバイポーラ トランジスタ タスク: 周波数応答の測定 バイポーラトランジスタ共通のエミッターに関連して。 伝送技術 1 伝送技術の基本概念と単位 伝送技術は、輸送機器の設計、構築、運用を扱う通信技術の分野です。
電圧および電流センサー 研究時間: 15 分 目的 この段落を読んだ後、特定のタスクを個別に測定するための基本的な電圧および電流センサーの原理を説明できるようになります。 具体的には、これは交流電圧と周波数の両方を意味します。 インバータの主な区分 1 図
この DC 電圧計のブロック図は、ユニバーサル電圧計の一部として使用されます。AC から DC へのコンバーターを追加すると、AC 電圧を測定できるようになるためです。
AC電圧計。このような電圧計は、AC-DC コンバータ、アンプ、磁電測定機構で構成されています。 AC 電圧計には 2 つの一般化されたブロック図 (図 5.2) があり、特性が異なります。 図のスキームによる電圧計で。 5.2、 あ測定電圧 あなた バツ、最初に DC 電圧に変換され、次にに適用されます。 UPTと 彼ら、本質的に DC 電圧計です。 コンバータ 等は非線形リンクであるため、この構造の電圧計は広い周波数範囲で動作できます。 同時に、これらの欠点 UPTまた、低電圧での非線形素子の動作の特徴により、そのような電圧計を高感度にすることはできません。
ラジオ受信機の基本パラメータ。 無線受信機の基本特性を評価するために、標準化された基準がどの無線受信機に応じたパラメータに導入されます。 その接点は、アノードとカソードと呼ばれます。 アノードに正の電圧極があり、カソードが負の場合、ダイオードは逆に導通します。 動作整流器の学習時間: 15 分 目的 この段落を読んだ後、割り当てられたタスクを個別に測定することにより、基本的な整流器動作の動作を説明できるようになります。
手動、技術的および電気的調査 次の分野のスキルに焦点を当てた実践的なタスクの実装: 電気実験装置 回路図記号、はんだ付けの基本 物理的な基本。 アナログ変換方法を提供します。 電圧を番号付けし、アプリケーション フィールドをパラレル コンバータに割り当てます。
米。 5.2. 交流電圧計の構造図
図のスキームに従って作られた電圧計では、 5.2、 b、プリアンプにより感度を上げることが可能です。 ただし、広い範囲で動作する高ゲイン AC アンプの作成は、 周波数範囲、難しい技術的問題です。 したがって、そのような電圧計は比較的低い 周波数範囲(1 - 10 MHz)。
電流を何の単位で表したものか、名称と記号を示します。 インダクタンスは何の単位で表されているか、名称と記号を示してください。 周波数の単位は何ですか. オシレーター オシレーターはいくつかの方法で分離されます。 成熟した試験、2年目、電圧測定を備えた高校生向けに設計されています。
抵抗測定 電気抵抗 すべての受動素子と能動素子の基本特性 オーム計による直接測定 あまり正確ではありません 間接測定方法を使用します。 最初に、周波数間周波数の要素が計算されます。 質問 22 信号を測定する装置、時間と周波数を測定する方法。 通信技術における信号の多様性により、測定方法の分布が単純かつ明確になります。
振幅、平均値、または実効値の電圧計があります。
米。 5.3. スキーム（a）およびオープン入力を備えた振幅値のコンバーター（ピーク検出器）の信号のタイミング図
ピーク値電圧計開いた振幅値変換器（ピーク検出器）を持っています（図5.3、 あ) 入力、ここで あなた のと あなた 出口– コンバータの入力および出力電圧。 電圧計が図の構造を持っている場合。 5.3、 あ、次にコンバーター あなた の =あなた バツ. オープン入力の振幅変換器では、コンデンサはほぼ最大まで充電されます あなた xmax入力電圧の正の（ダイオードを含む）値（図5.3、b）。 電圧リップル あなた 出口コンデンサの充電は、ダイオードを開いた状態で再充電することによって説明されます。 あなた の >あなた 出口、およびダイオードを閉じた状態で抵抗Rを介して放電するとき、 あなた の <あなた 出口 .
整流器、波形電圧フィルター、デュプリケーター、電圧増倍器は、交流電圧、ほとんどの場合、主電源変圧器の二次巻線の電圧を直流に変換するために使用されます。 整流および平滑 AC/DC 整流器 ダイオードは AC 回路と直列に接続されます。
これらのアンプの特徴です。 フィードバック フィードバックは、出力信号の一部を入力にフィードバックします。 ネガティブレック。 必須の制限。 測定器と測定方法 基本的な電気量は、電気回路や物体の質と量の両方の状態を決定します。 非電気物理量は電気量に変換できます。
ユニバーサル電圧計。このような電圧計は、DC および AC 電圧を測定するように設計されています。 一般化されたブロック図を図 1 に示します。 5.4、 の- スイッチ。 スイッチの位置による の電圧計は、コンバータを備えた交流電圧計のスキームに従って動作します P（位置 1 ) または DC 電圧計 (位置 2 ).
電圧および電流安定器 安定器は、負荷の電圧または電流の変化を自動的に補償する回路です。 それらは、最小限の脈動が必要な場合、または一定が必要な場合に使用されます。 センサーからの信号の処理。 パッシブとアクティブの両方のプロセス値コンバーターは、通常、出力信号をさらに処理するために、より使いやすい形式に変換するコンバーターを必要とします。
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米。 5.4. 万能電圧計の構造図
複合型とも呼ばれるユニバーサル電圧計では、多くの場合、抵抗を測定できます R バツ. そのような電圧計にはコンバータがあります P R、その出力電圧は未知の抵抗に依存します。 う 出口 =f(R バツ ). この依存性に基づいて、機器の目盛りは抵抗の単位で校正されます。 測定時は抵抗値不明の抵抗器を変換器の入力端子に接続し、スイッチを 3 .
親愛なるお客様へ この著作権表示は著作権によって保護されていることを思い出してください。 これは、デモが潜在的な購入者の個人的なニーズにのみ応える必要があることを意味します. オペアンプ アナログ回路は、時間をかけて連続的に信号を処理します。 現在最も一般的に使用されているコンポーネントはオペアンプです。
バイポーラトランジスタの伝達特性を測定します。 バイポーラトランジスタの出力特性を測定します。 電子回路理論の実験問題 1 測定手順 フィードバックと補償 オペアンプに接続された反転増幅器モジュールの周波数応答を測定します。
パルス電圧計。さまざまな形状のパルス信号の振幅を測定するために、パルス電圧計が使用されます。 パルス電圧計の動作の特徴は、測定パルスの短い持続時間 τ (10 ～ 100 ns) と重要なデューティ サイクルによって決まります。 
(最大 10 9)、ここで Tはパルス繰り返し周期です。
これらは、広い周波数範囲で連続電圧、交流電圧、およびインパルス電圧を測定するように設計されたデバイスです。 それらはスタンドアロンのデバイスとしてではなく、複数のサイズを測定するためのマルチメトリック オプションとして製造されていますが、張力はしばしば関心のあるサイズ クラスであるため、それらの研究は重要です。 それらの進化は、電子機器の性能向上に基づいており、その結果、精度、周波数領域、および速度が向上しています。 分類： - 測定電圧処理モードによる。
パルス電圧計は、図1のブロック図に従って作ることができます。 5.2、 あ、オープン入力で振幅値のコンバーターを使用しながら（図5.3、 あ）。 パルスの大きなデューティサイクルと短い持続時間は、振幅値のコンバーターに厳しい要件を課します。 したがって、パルス電圧計では、振幅変換器の補償回路が使用されます（図5.5）。
測定電圧の性質に従います。 デバイスで生成されるトルクは、可動コイルを通過する電流に比例するため、オームの法則と取り付けピンの電圧に従います。 したがって、デバイスのスケールは電圧ブロックで直接較正できます。
このタイプの電圧計の主な欠点は、入力インピーダンスが低いことです。 最大精度クラスは 1% を超えません。 直接接続で; - 研削あり。 減衰器を使用すると、電圧計の感度を変更できます。 フィルターは、連続信号上の代替のオーバーラップ コンポーネントをすべて削除します。 負の応答は、アンプのパフォーマンスの安定性を向上させます。
米。 5.5. 振幅変換器の補償スキーム
入力パルス あなた のコンデンサを充電する と 1
. 測定されたパルスの再充電とパルス間の放電によって引き起こされる、このコンデンサの電圧の可変成分（図5.3と同様、 b)、増幅器によって増幅される で交流でダイオード整流 D 2
. 回路時定数 RC 2
十分に大きく選択されているため、コンデンサの両端の電圧 と 2
パルス間の間隔でわずかに変化します。 抵抗器を使ってコンバータの出力から R オスコンデンサのフィードバック と 1
補償電圧をかけます。 アンプのゲインが大きいと、コンデンサ両端の電圧の可変成分が大幅に減少します。 と 1
その結果、定常状態では、コンデンサの電圧は測定されたパルスの振幅にほぼ等しくなり、出力電圧はこの振幅に比例します。 
.
アンプは、トランジスタ化するか、オペアンプを装備することができます。 正弦波変動を伴う周期信号の実際の平均値とピーク値の間にはリンクがあります。 フォームファクタ これらの電圧計は、正弦波モードでの平均値と実際の値の比率に基づいて実効値で校正されています。 平均電圧計は、実際の値よりもシンプルで安価です。
交流電圧はダイオードブリッジによって整流され、図のようにデバイス内の電流が変化します。 インジケーターの動きは、整流電流の平均値に比例する平均トルクの作用で発生します。 使用される回路は、実際にはデュアル可変整流器を備えた電圧から電流へのコンバーターです。 ダブルインターリーブの平均値と rms の関係に基づいて、rms 単位でキャリブレーションが実行されます。
選択電圧計。このような電圧計は、特定の周波数帯域の電圧の実効値、または測定信号の個々の高調波成分の実効値を測定するように設計されています。
選択型電圧計の動作原理は、信号または狭帯域信号の個々の高調波成分を調整可能なバンドパス フィルターを使用して分離し、選択した信号の実効値を測定することです。
後者のオプションには、不平衡信号によるエラーを排除できるという利点があります。 この測定モードは、特に高周波で示されます。 定義された電圧のうち、波形に関係なく、交流電圧と連続電圧の効果の間に直接的な関係を提供する唯一の電圧であるため、実効電圧ははるかに重要な形式です。 実際の値の電圧計は次のとおりです。 - 熱電対電圧計。 ・カートリッジ検出器を用いた特殊回路の実効値電圧計です。
二次検波を使用する回路は、図 1 と図 2 の回路に似ています。 方形検出器として、低入力電圧で 2 次の非線形特性を持つ半導体ダイオードを使用できます。 回路を図に示します。 この関係は、どの波形にも当てはまります。 係数は、特定の波形 (通常は正弦波) に対して決定されます。 波形は正弦波ではないため、デバイスは測定電圧の真の 2 乗値ではなく、対応する波形の平均値による値を示します。
物理的に実現されたバンドパス フィルターには、厳密な矩形周波数応答 (AFC) はありません。 これは、特定のゲインを持つ隣接する高調波成分がそのようなフィルターを通過するという事実につながる可能性があります。 この場合、選択電圧計は、各成分の実際の透過係数を考慮して、フィルターを通過した高調波成分の合計の実効値を測定します。
米。 5.6. 選択電圧計のブロック図
測定信号 あなた バツ選択入力アンプを介して、VU は、測定信号の周波数スペクトルを変換するように設計されたミキサー Cm に供給されます。 ミキサーの出力では、測定信号に比例する信号が現れますが、スペクトルの周波数は 
、 どこ 
- 入力信号の高調波成分の周波数; 
- 正弦波発生器の信号周波数 G(ヘテロダイン)。 IFアンプ HRO一定の周波数に合わせて 
. そのため、外出先では HROミキサー出力信号のその周波数成分のみが通過します。 
. この信号は、周波数を持つ測定信号の高調波成分に対応します。 
. この高調波成分の実効値を実効値電圧計で測定します。 VDZ. 発電機の周波数を変えることで 、信号のさまざまな高調波成分の実効値を測定できます あなた バツ .
この回路のバンドパス フィルターの機能は、次のように実行されます。 HRO. チューニング周波数の固定値 (チューニング不可) のため HROこのアンプは高ゲインと狭帯域幅を備えているため、選択電圧計の高い感度と選択性が保証されます。
アナログ電子電圧計 - ランプ、半導体素子、集積回路、磁電計で作られた電子コンバーターの組み合わせである測定装置。
任命により、アナログ電子電圧計は区別されます：直流、交流、パルス電流、位相敏感、選択的、普遍的。
アナログ電圧計の主な目的は、電子回路の電圧を測定することです。
電子式 DC 電圧計は、磁気電気電圧計と比較して、非常に大きな入力抵抗 (約 5 ～ 10 MΩ) と高感度を備えています。 測定リミットを切り替えても入力抵抗値は変化しません。
電圧計は、入力デバイス - 高抵抗抵抗分圧器 - で構成されています。 電子コンバーター - DCアンプ; 電気機械変換器 - 磁電計。
DCアンプは、電圧計の感度を上げる働きをし、磁電計を駆動するために必要なパワーアンプです。 振幅特性の直線性が高く、ゲインが一定で、ゼロの小さなドリフトが必要です。
振幅特性の線形性は、ランプ、トランジスタ、増幅器のマイクロ回路の動作モードを正しく選択することによって保証されます。 アンプの負帰還は、ゲインの安定性を高め、振幅応答の直線性を改善します。 電源電圧の安定化は、ゲインの安定化にも貢献します。
電源電圧の安定化に加えて、ゼロドリフトを低減するために、アンプはバランスブリッジ回路に従って作られています。
測定限界の拡張は、分圧器とフィードバック抵抗を使用して実行されます。
Ⅱ AC AEV 2つのスキームに従って構築されています。
A), 20 Hz ～ 700 MHz の広い周波数範囲が特徴ですが、感度が不十分です。
スキームに従って構築された電圧計 b)、AC アンプの帯域幅によって決まる 10 Hz ～ 10 MHz の比較的狭い周波数範囲が特徴ですが、感度は高くなります。
ユニバーサルアナログ電子電圧計, DC および AC 回路での測定を目的としたもので、図に示すように実装されています。
アナログ電子AC電圧計の特性とそのスケールの性質は、主に電子コンバーター（検出器）の回路によって決まります。 測定電圧のピーク（最大）、平均整流および二乗平均平方根値に比例して、交流電圧を直流電圧に変換する、ピーク、平均整流、二乗平均平方根値のコンバーターがあります。それぞれ。
測定電圧の一定成分に対するトランスデューサの入力は、オープンまたはクローズ (絶縁コンデンサを使用) のいずれかです。
周波数範囲に応じて、アナログ電子AC電圧計は低周波、高周波、超周波に分けられます。
アナログ電子電圧計の主要部品
入力デバイスさらに変換するために必要な測定電圧値を提供します。 測定電圧の振幅と周波数範囲に応じて、入力デバイスは高抵抗コンバータ入力、抵抗分圧器、抵抗-コンデンサ分圧器、またはコンデンサ分圧器のいずれかになります。
振幅（ピーク）値のコンバーターでマイクロアンメータの読み値は、測定された電圧のピーク値に比例します および (t)、. 図は、それぞれオープン入力とクローズ入力を備えた振幅値変換器の回路を示しています
オープン入力の振幅値変換器では、ダイオードは高抵抗Rと直列に接続され、測定対象物に直接接続されます。 コンバーターのパラメーターは、このように選択されます。
(R\u003e Rpr、R \u003d 50 - 100 MΩ、C \u003d 0.02 - 0.05 μF)、
そのため、測定電圧の最初の正の半波と（t）\u003d UM sin wtで、抵抗Rnpを持つオープンダイオードDを通る大電流パルスiがコンデンサCを特定の電圧値UC1に急速に充電します（図. (t)< UC, и при отрицательной полуволне напряжения и (t). Постоянные
充電時間 RnpC と放電 RC は、条件 RC>> RnpC によって関連付けられます (抵抗 R とマイクロアンメータは値が小さいため考慮されません)。
2番目の正の半波と
