전압계의 주파수 범위. 전자 전압계
강의 #5
전자 아날로그 장치 및 변환기
전자 아날로그 장치 및 변환기는 측정 정보 신호의 변환이 아날로그 전자 장치를 사용하여 수행되는 측정 기기입니다. 이러한 수단의 출력 신호는 측정된 값의 연속 함수입니다. 전자 장치 및 변환기는 전압, 전류, 주파수, 전력, 저항 등 거의 모든 전기량을 측정하는 데 사용됩니다.
장점전자 측정 기기:
증폭기 사용으로 인한 높은 감도;
측정이 이루어지는 회로의 낮은 에너지 소비량은 높은 값에 의해 결정됩니다. 입력 임피던스기기 데이터;
감도가 변하지 않는 넓은 주파수 범위.
결점:
많은 수의 부품과 요소로 인한 복잡성;
장치에 포함된 전자 장치용 전원 공급 장치의 필요성;
많은 수의 요소로 인해 상대적으로 낮은 신뢰성.
전자 전압계
전자 전압계에서 측정된 전압은 아날로그를 사용하여 변환됩니다. 전자 기기전압 단위로 보정된 눈금으로 자기전기 측정 메커니즘에 공급되는 직류로. 전자전압계는 감도가 높고 측정 전압 범위가 넓으며(직류에서 수십 나노볼트에서 수십 킬로볼트까지), 입력 저항이 높으며(1MΩ 이상), 넓은 주파수 범위(직류에서 주파수까지)에서 작동할 수 있습니다. 수백 MHz 정도).
많이있다 다양한 방식전압계. 그들의 목적과 작동 원리에 따라 가장 일반적인 전압계는 전압계로 나눌 수 있습니다 직류, 교류, 보편적이고 충동적이고 선택적입니다.
DC 전압계.이러한 전압계의 단순화 된 블록 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 5.1, 여기서 VD- 입력 전압 분배기; 업– DC 증폭기; 그들을- 자기전기 측정 메커니즘; 유 엑스- 측정된 전압.
쌀. 5.1. 전자 DC 전압계의 구조도
전압 분배기와 증폭기의 직렬 연결은 넓은 범위에 걸쳐 전체 변환 계수를 변경하여 전압계를 매우 민감하고 다중 제한할 수 있습니다. 이득을 증가시켜 DC 전압계의 감도 증가 업 케이 업작업의 불안정으로 인한 기술적인 어려움에 직면 업, 변화를 특징으로 하는 케이 업및 증폭기의 출력 신호의 자발적인 변화("제로" 드리프트). 따라서 이러한 전압계에서 케이 업≈1, 주요 목적 업- 전압계의 큰 입력 저항을 제공하십시오.
DC 전압계의 이 구조 다이어그램은 범용 전압계의 일부로 사용됩니다. AC-DC 변환기를 추가하면 AC 전압을 측정할 수 있기 때문입니다.
AC 전압계.이러한 전압계는 AC-DC 변환기, 증폭기 및 자기전기 측정 메커니즘으로 구성됩니다. 특성이 다른 두 가지 일반화된 AC 전압계 블록 다이어그램(그림 5.2)이 있습니다. 그림의 계획에 따른 전압계에서. 5.2, ㅏ측정 전압 유 엑스, 먼저 DC 전압으로 변환된 다음 에 적용됩니다. 업그리고 그들을, 본질적으로 DC 전압계입니다. 변환기 등비선형 링크이므로 이러한 구조의 전압계는 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다. 동시에 이러한 단점을 업저전압에서 비선형 요소 작동의 특징으로 인해 그러한 전압계를 매우 민감하게 만들 수 없습니다.
쌀. 5.2. AC 전압계의 구조도
그림 1의 구성표에 따라 만들어진 전압계에서. 5.2, 비, 사전 증폭으로 인해 감도를 높일 수 있습니다. 그러나 넓은 범위에서 작동하는 고이득 AC 증폭기의 생성 주파수 범위, 어려운 기술적 문제입니다. 따라서 이러한 전압계는 상대적으로 낮은 주파수 범위(1 - 10MHz)를 갖습니다.
진폭, 평균 또는 유효 값의 전압계가 있습니다.
쌀. 5.3. 개방 입력이있는 진폭 값 변환기 (피크 검출기) 신호의 계획 (a) 및 타이밍 다이어그램
피크 값 전압계개방된 진폭 값 변환기(피크 감지기)가 있어야 합니다(그림 5.3, ㅏ) 입력, 여기서 유 안에그리고 유 출구– 컨버터의 입력 및 출력 전압. 전압계가 Fig. 5.3, ㅏ, 변환기의 경우 유 안에 =유 엑스. 개방 입력이 있는 진폭 변환기에서 커패시터는 거의 최대로 충전됩니다. 유 엑스맥스입력 전압의 양수(다이오드가 포함된 경우) 값(그림 5.3, b). 전압 리플 유 출구커패시터의 경우 다이오드가 열린 상태에서 재충전하는 것으로 설명됩니다. 유 안에 >유 출구, 다이오드가 닫힌 상태에서 저항 R을 통한 방전, 유 안에 <유 출구 .
범용 전압계.이러한 전압계는 DC 및 AC 전압을 측정하도록 설계되었습니다. 일반화된 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 5.4, 어디 에- 스위치. 스위치 위치에 따라 에전압계는 변환기가 있는 교류 전압계 방식에 따라 작동합니다. 피(위치 1 ) 또는 DC 전압계(위치 2 ).
쌀. 5.4. 범용 전압계의 구조도
결합이라고도 하는 범용 전압계에서는 종종 저항을 측정하는 것이 가능합니다. 아르 자형 엑스. 이러한 전압계에는 변환기가 있습니다 피 아르 자형, 출력 전압은 알 수 없는 저항에 따라 달라집니다. 유 출구 =에프(아르 자형 엑스 ). 이 의존성을 기반으로 기기의 스케일은 저항 단위로 교정됩니다. 측정할 때 저항을 알 수 없는 저항을 변환기의 입력 단자에 연결하고 스위치를 위치로 설정합니다. 3 .
펄스 전압계.다양한 모양의 펄스 신호의 진폭을 측정하기 위해 펄스 전압계가 사용됩니다. 펄스 전압계 작동의 특징은 측정된 펄스의 짧은 지속 시간 τ(10-100ns)와 상당한 듀티 사이클에 의해 결정됩니다. 
(최대 10 9), 여기서 티펄스 반복 주기입니다.
펄스 전압계는 그림의 블록 다이어그램에 따라 만들 수 있습니다. 5.2, ㅏ, 개방 입력으로 진폭 값 변환기를 사용하는 동안 (그림 5.3, ㅏ). 펄스의 큰 듀티 사이클과 짧은 지속 시간은 진폭 값 변환기에 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 따라서 펄스 전압계에서는 진폭 변환기의 보상 회로가 사용됩니다(그림 5.5).
쌀. 5.5. 진폭 변환기의 보상 방식
입력 펄스 유 안에커패시터를 충전 에서 1
. 측정된 펄스의 재충전과 펄스 사이의 방전으로 인해 발생하는 이 커패시터 전압의 가변 성분(그림 5.3과 유사, 비), 증폭기에 의해 증폭 ~에교류 및 다이오드에 의해 정류 디 2
. 회로 시정수 RC 2
충분히 크게 선택되므로 커패시터 양단의 전압 에서 2
펄스 사이의 간격에서 미미하게 변화합니다. 저항을 사용하는 변환기의 출력에서 아르 자형 오.커패시터에 대한 피드백 에서 1
보상 전압이 적용됩니다. 증폭기의 이득이 크면 커패시터 양단의 전압 가변 성분이 크게 감소합니다. 에서 1
, 그 결과 정상 상태에서 커패시터의 전압은 측정된 펄스의 진폭과 거의 동일하고 출력 전압은 이 진폭에 비례합니다. 
.
선택적 전압계.이러한 전압계는 특정 주파수 대역에서 전압의 실효값 또는 측정된 신호의 개별 고조파 성분의 실효값을 측정하도록 설계되었습니다.
선택적 전압계의 작동 원리는 조정 가능한 대역 통과 필터를 사용하여 신호 또는 협대역 신호의 개별 고조파 성분을 분리하고 선택한 신호의 유효 값을 측정하는 것입니다.
물리적으로 구현된 대역통과 필터에는 엄격한 직사각형 주파수 응답(AFC)이 없습니다. 이것은 특정 이득을 가진 인접 고조파 성분이 그러한 필터를 통과한다는 사실로 이어질 수 있습니다. 이 경우 선택적 전압계는 각 성분의 실제 투과 계수를 고려하여 필터를 통과한 고조파 성분 합계의 실효값을 측정합니다.
쌀. 5.6. 선택적 전압계의 블록 다이어그램
측정된 신호 유 엑스선택적인 입력 증폭기를 통해 VU는 측정된 신호의 주파수 스펙트럼을 변환하도록 설계된 믹서 Cm에 공급됩니다. 믹서의 출력에서 측정된 신호에 비례하는 신호가 나타나지만 스펙트럼의 주파수는 
, 어디 
- 입력 신호의 고조파 성분의 주파수 
- 사인파 발생기의 신호 주파수 G(헤테로다인). IF 증폭기 HRO일부 고정 주파수로 조정 
. 그러므로 나가는 길에 HRO믹서 출력 신호의 해당 구성 요소만 통과합니다. 
. 이 신호는 주파수가 있는 측정 신호의 고조파 성분에 해당합니다. 
. 이 고조파 성분의 실효값은 실효값 전압계로 측정됩니다. VDZ. 발전기의 주파수를 변경하여 , 신호의 다양한 고조파 성분의 실효값을 측정할 수 있습니다. 유 엑스 .
이 회로에서 대역 통과 필터의 기능은 다음과 같이 수행됩니다. HRO. 조정 주파수의 고정(조정 불가) 값으로 인해 HRO이 증폭기는 높은 이득과 좁은 대역폭을 가지므로 선택 전압계의 높은 감도와 선택성을 보장합니다.
아날로그 전자 전압계의 일반화된 블록 다이어그램(그림 7.9)에는 최대 블록 수가 포함되어 있으며, 그 중 일부는 전압계의 목적에 따라 없을 수 있습니다. 증폭 장치가 장착된 전자 전압계에서 측정 회로의 전력 소비는 무시할 수 있습니다. 전자 전압계의 장점은 다음과 같습니다. 넓은 측정 한계 및 주파수 범위(20Hz ~ 1000MHz), 높은 감도, 우수한 과부하 용량.
그림 7.9.
1. 입력 장치는 다음을 위한 것입니다.
a) 주어진 횟수만큼 신호의 감쇠, 큰 측정 전압으로 범위 확장 가능
b) 전압계의 입력 매개변수 확인: 1 - 10 MΩ 이내의 입력 저항, 입력 커패시턴스 1 - 30 pF.
AC 증폭기는 다음 용도로 사용됩니다.
a) 감도 증가
b) 더 낮은 측정 전압을 향한 동적 범위 확장.
이러한 작업을 수행하기 위해 AC 증폭기는 작동 주파수 및 온도 범위에서 주어진 매우 안정적인 이득, 낮은 비선형 왜곡, 낮은 고유 잡음을 가져야 하며 다단 증폭기를 사용하여 달성되는 공급 전압 변동에 둔감해야 합니다. 부정적인 피드백으로 덮여 있습니다.
3. DC 증폭기는 자기 전기 측정 메커니즘의 작은 내부 저항을 변환기의 큰 부하 저항과 일치시키는 데 사용됩니다. DC 증폭기는 이득의 불변성과 작은 제로 드리프트, 즉 입력에 정보 신호가 없을 때 출력 신호의 느린 변화와 관련하여 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. 그들은 네거티브 피드백이있는 브리지 회로 형태로 구현됩니다.
4. 변환기는 AC를 DC로 변환하는 데 사용되며 감지기는 변환기 역할을 합니다. 검출기는 입력 전압을 출력으로 변환하는 기능에 따라 2차, 선형, 진폭(피크) 유형으로 분류할 수 있습니다. 감지기 유형은 장치의 특성을 크게 결정합니다. 예를 들어 진폭 감지기가 있는 전압계는 가장 높은 주파수입니다. 2차 검출기가 있는 전압계를 사용하면 모든 형태의 전압을 측정할 수 있습니다. 선형 검출기가 있는 전압계는 고조파 신호 측정에만 적합하지만 가장 간단하고 신뢰할 수 있으며 가장 저렴합니다.
아날로그 전자 전압계는 증폭기 - 변환기 및 변환기 - 증폭기의 두 가지 주요 구성표에 따라 구축할 수 있습니다. 첫 번째 회로는 매우 민감하지만 이러한 전압계의 주파수 범위는 AC 증폭기의 대역폭에 의해 결정되며 수백 킬로헤르츠입니다. 두 번째 회로는 전압계에서 상당한 수준의 전압을 측정하는 데 사용됩니다. DC 증폭기를 사용하여 큰 이득을 제공하는 것은 어렵지만 그러한 증폭기의 주파수 범위와 그에 따라 전압계는 수백 메가 헤르츠가 될 수 있습니다.
전자 전압계는 측정된 전압의 DC 성분에 대해 개방 또는 폐쇄 입력을 가질 수 있습니다. 입력이 닫힐 때 전압계 회로에는 신호의 일정한 성분을 전달하지 않는 분리 커패시터가 포함되어 있습니다. 전압계가 차단됩니다.
AC 전압계 생성에 사용되는 기본 기반은 전압계 생성 당시의 최신 기술에 의해 결정되지만(샘플 반도체에서 마이크로 통합 설계에 이르기까지) 블록의 기능적 목적은 변경되지 않습니다.
AC 전압계(유형 B3)
AC 전압계는 증폭기 변환기 방식에 따라 제작됩니다. 2차 또는 선형 검출기를 변환기로 사용할 수 있습니다.
2차 검출기를 사용하는 경우 이러한 전압계를 rms 전압계라고 하며 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 7.10.
그림. 7.10.
2차 검출기 변환 교류 전압공식 (7.5)에 따라 측정된 전압의 평균 제곱근 값의 제곱에 비례하는 상수로 변환합니다. 이것은 rms 전압의 측정이 신호의 순시 값을 제곱하고, 평균을 구하고 평균 결과에서 근을 추출하는 세 가지 작업의 성능과 관련됨을 의미합니다(마지막 작업은 일반적으로 전압계 눈금을 교정할 때 수행됨). 순시 전압의 제곱은 일반적으로 2차 종속성으로 설명되는 전류-전압 특성의 초기 섹션을 사용하여 반도체 다이오드를 사용하여 수행됩니다. 그러나 특성의 2차 단면의 길이는 일반적으로 작으며(100mV 이하) 이 단면을 확장하는 방법 중 하나는 조각별 선형 근사 방법입니다. 이를 위해 여러 개의 다이오드 셀이 검출기 회로에 포함되어 있으며 다이오드의 바이어스 전압을 선택하여 2차 곡선에 가까운 형태의 전체 전류-전압 특성을 얻습니다(그림 7.11).
그림 7.11.
선형 검출기가 AC 전압계에 사용되는 경우 이러한 전압계를 중간 정류 전압계라고 하며 이러한 전압계의 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 7.12.
그림 7.12
이러한 전압계에서 선형 검출기는 측정 전압의 평균 정류 값에 비례하여 교류 전압을 직류로 변환하는 변환기로 사용됩니다. 이러한 변환기는 전파 정류 회로에 따라 만들어지며 반도체 다이오드의 전류-전압 특성의 선형 단면을 사용합니다. 정류기 전압계와 비교하여 평균 정류 값의 아날로그 전압계는 측정 회로에서 더 높은 감도와 더 낮은 전력 소비를 가지고 있습니다. 이 전압계는 평균 정류 값에 응답하고 rms 값으로 교정되며 교정 계수는 C=1입니다.
펄스 전압계(B4 유형)
펄스 전압계는 변환기-증폭기 방식에 따라 제작되며 진폭 검출기가 변환기로 사용되며 출력 전압은 측정된 신호의 최대(진폭) 값에 해당합니다. 펄스 전압계의 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 7.13.
그림. 7.13
진폭(피크) 검출기의 특징은 측정된 전압의 피크 값을 "기억"하는 커패시터인 메모리 요소가 있다는 것입니다.
진폭 검출기의 가장 간단한 방식:
a) 다이오드의 직렬 연결이 있는 감지기(개방 입력이 있는 감지기)
b) 다이오드의 병렬 연결이 있는 감지기(닫힌 입력이 있는 감지기).
그림 7.14
진폭 감지기는 입력 신호의 값에 비례하여 AC 신호를 DC 신호로 변환하므로 이러한 전압계는 최대값에 응답하고 최대값에서 교정되며 C \u003d 1입니다.
범용 전압계(B7 유형)
범용 전압계를 사용하면 직류와 교류를 모두 측정할 수 있습니다. AC 전압을 측정할 때 전압계에는 변환기-증폭기 회로가 있습니다. 진폭(피크) 검출기는 변환기로 사용되며 출력 전압은 측정된 신호의 최대(진폭) 값에 해당합니다. 직류 전압을 측정할 때 입력 장치를 통해 DC 증폭기에 공급되고 자기 전기 측정 메커니즘의 화살표 편차를 제공합니다. 범용 전압계의 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 7.15.
그림 7.15 4.12
진폭 검출기는 AC 신호를 입력 신호의 최대 값에 비례하는 DC 신호로 변환하므로 이러한 전압계는 최대 신호 값에 응답하고 RMS 값으로 보정됩니다. 이러한 AC 전압 매개변수는 진폭 계수에 의해 (7.7)에 따라 상호 연결되므로 범용 전압계의 교정 계수는 다음과 같습니다.
고려되는 전압계의 특성은 표 7.1에 나와 있습니다.
표 7.1
|
전압계 유형 |
변환기 유형 |
응답하는 전압 값 전압계, Uotk |
전압계가 교정된 전압 값, Udeg |
교정 계수의 값, С |
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만능인 |
최대 의미 |
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맥박 |
최대 의미 |
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중간 정류기 값 |
중간 vypyam. |
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실효값 값 |
실효값 값 |
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바르게 되다. |
중간 vypyam. |
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열전 |
실효값 값 |
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정전기. |
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일렉트로다인. |
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전자석. |
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자기전기 |
B / 1 - 반파 정류 회로가 있는 정류기
B / 1 - 전파 정류 회로가 있는 정류기
"전류 및 전압 측정" 섹션의 과정 자료를 마스터하기 위해 다양한 형태의 측정된 전압에 대한 전압계 판독값을 결정하는 문제를 해결할 계획입니다.
전압계 판독값을 확인하려면 다음 작업을 수행해야 합니다.
1) 측정된 전압의 수학적 모델을 기록합니다.
2) 항목 유형을 고려하십시오. 입력이 닫힌 상태에서 상수 항을 계산하고 측정된 전압에서 제거합니다.
3) 전압계 Uotk가 응답하는 전압을 찾으십시오.
4) 전압계 U=CUotk의 판독값 찾기
이러한 문제를 해결하기 위해 필요한 다양한 시스템의 전압계 특성은 표 7.1과 같다.
전압계에 가장 가까운 측정 기기는 psophometer와 레벨 미터입니다.
조도계- 이것은 제곱 평균 값의 전자 전압계이며 증폭기의 진폭 - 주파수 특성은 포함 된 psophometric 필터의 특성에 의해 결정됩니다. psophometric 필터는 지각 기관의 선택성의 주파수 응답을 반영하며 그 형태는 CCITT의 실험 연구 및 권장 사항을 기반으로 설정됩니다. 일반적으로 장치에는 전화 및 브로드캐스트 psophometric 특성이 있는 2개의 psophometric 필터가 포함되어 있습니다.
레벨 미터- 이것은 로그 단위(데시벨)로 눈금이 표시되는 2차 전압계입니다. 레벨 미터의 특정 값은 음성 주파수 채널의 입력 및 출력 임피던스에 해당하는 600옴, 그룹 경로의 경우 150, 135 및 75옴에 해당하는 입력 임피던스의 특정 값을 설정하는 기능도 있습니다.
전자 전압계에서 측정된 전압은 아날로그 전자 장치에 의해 직류로 변환되어 전압 단위로 눈금이 매겨진 자기전기 측정 메커니즘에 공급됩니다. 전자식 전압계는 고감도와 넓은 측정 전압 범위(직류에서 수십 나노볼트에서 수십 킬로볼트까지), 높은 입력 저항(1MΩ 이상)을 가지며 넓은 주파수 범위(직류에서 주파수까지)에서 작동할 수 있습니다. 수백 메가헤르츠 정도). 이러한 장점으로 인해 전자 전압계가 널리 사용되었습니다.
대부분의 경우 직접 신호 변환이 있는 회로가 전자 전압계에 사용됩니다(§ 4-5 참조). 이 경우 아날로그 전자 부품에 심각한 오류가 발생할 수 있습니다. 저전압 또는 고주파수 전압을 측정할 때 특히 그렇습니다. 따라서 전자 전압계는 일반적으로 정확도 등급(1-6)이 상대적으로 낮습니다. 밸런싱 변환 전압계는 더 높은 정확도 등급을 갖는 경향이 있지만 더 복잡하고 덜 사용하기 쉽습니다.
현재 사용할 수 있는 다양한 유형의 전압계가 있습니다. 목적과 작동 원리에 따라 가장 일반적인 전압계는 DC, AC, 범용, 펄스 및 선택적 전압계로 나눌 수 있습니다.
DC 전압계. 이러한 전압계의 단순화된 블록 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 6-1, 입력은 어디에
쌀. 6-1. 전자 DC 전압계의 구조도
전압 분배기; UPT - DC 증폭기; IM - 자기 전기 측정 메커니즘. 측정 메커니즘 포인터의 편차 각도 여기서 - 각각의 변환 계수(이득), VD 및 UPT - 측정 메커니즘의 전압 감도; - 전자 전압계의 변환 계수; - 측정된 전압.
분압기와 증폭기의 직렬 연결은 모든 전자 전압계 구성의 특징입니다. 이러한 구조는 전압계를 넓은 범위에 걸쳐 전체 변환 계수를 변경하여 고감도 및 다중 한계를 만드는 것을 가능하게 합니다. 그러나 UPT의 이득을 증가시켜 DC 전압계의 감도를 높이는 것은 증폭기의 "제로"(출력 신호의 자발적인 변화)의 변화 및 드리프트를 특징으로 하는 UPT의 불안정성으로 인해 기술적인 어려움에 직면합니다. 따라서 이러한 전압계에서 일반적으로 UPT의 주요 목적은 전압계의 큰 입력 저항을 제공하는 것입니다. 이와 관련하여 이러한 전압계의 측정 상한은 수십 또는 밀리볼트 단위보다 낮지 않습니다.
전압계에서 UPT 불안정성의 영향을 줄이기 위해 측정하기 전에 증폭기의 "0"과 변환 계수를 조정할 수 있습니다.
DC 전압계의 고려된 구조 다이어그램은 범용 전압계의 일부로 사용됩니다(아래 참조). 약간의 복잡성으로 AC-DC 변환기를 추가하면 AC 전압을 측정할 수 있게 되기 때문입니다.
고감도 DC 전압계(마이크로볼트미터)를 생성하기 위해 그림 4에 표시된 회로(변조기 - 복조기)에 따라 구축된 DC 증폭기가 사용됩니다. 6-2, a, 여기서 M은 변조기입니다. 복조기; G - 발전기; - 교류 증폭기. AC 증폭기는 신호의 DC 성분을 전달하지 않으므로 DCF의 "제로" 드리프트 특성이 없습니다. 무화과에. 6-2, 6은 단순화된
개별 블록의 출력에서 전압의 시간 다이어그램. 발생기는 변조기 및 복조기의 작동을 제어하며, 가장 단순한 경우 아날로그 스위치(8-3절 참조)로 특정 주파수로 동기적으로 닫고 여는 것입니다. 변조기의 출력에서 단극 펄스 신호가 나타나며 진폭은 측정된 전압에 비례합니다. 이 신호의 가변 성분은 증폭기에 의해 증폭된 다음 복조기에 의해 정류됩니다. 제어된 복조기를 사용하면 전압계가 입력 신호의 극성에 민감하게 반응합니다.
출력 신호 전압의 평균값은 입력 전압에 비례합니다.이러한 증폭기 회로는 "제로" 드리프트를 실질적으로 제거할 수 있고 안정적인 이득을 갖기 때문에 계수는 예를 들어 마이크로 전압계의 경우 큰 값에 도달할 수 있습니다. 결과적으로 마이크로볼트미터의 경우 최고 감도에서 측정 상한은 마이크로볼트 단위가 될 수 있습니다. 따라서 DC 마이크로 전압계는 주요 감소된 오류와 함께 상한 측정 한계를 갖습니다.
AC 전압계.
이러한 전압계는 AC-DC 변환기, 증폭기 및 자기전기 측정 메커니즘으로 구성됩니다. 특성이 다른 두 가지 일반화된 AC 전압계 블록 다이어그램(그림 6-3)이 있습니다. 그림의 계획에 따른 전압계에서. 6-3, 그리고 측정된 전압은 먼저 DC 전압으로 변환된 다음 UPT에 인가되며 본질적으로 DC 전압계입니다. 변환기 Pr은 저관성 비선형 링크(아래 참조)이므로 이러한 구조의 전압계는 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다.
쌀. 6-2. 증폭기가있는 전자 DC 전압계의 구조 다이어그램 (a) 및 신호 (b) 타이밍 다이어그램
쌀. 6-3. AC 전압계의 구조도
범위(수십 헤르츠에서 MHz까지). 입력 케이블의 분산 커패시턴스 및 인덕턴스의 영향을 줄이고 입력 회로기기 변환기는 일반적으로 원격 프로브 장치의 형태로 만들어집니다. 동시에 UPT의 이러한 단점과 저전압에서 비선형 요소 작동의 특징으로 인해 이러한 전압계를 매우 민감하게 만들 수 없습니다. 일반적으로 최대 감도에서 측정의 상한선은 수십 밀리볼트 단위입니다.
계획 6-3, b에 따라 만들어진 전압계에서는 예비 증폭으로 인해 감도를 높일 수 있습니다. 그러나 넓은 주파수 범위에서 작동하는 고이득 AC 증폭기를 만드는 것은 다소 어려운 기술적 문제입니다. 따라서 이러한 전압계는 상대적으로 낮은 주파수 범위(1 - 10MHz)를 갖습니다. 최대 감도에서 측정의 상한은 수십 또는 수백 마이크로볼트입니다.
AC-DC 변환기의 유형에 따라 전압계 측정 메커니즘의 포인터 편차는 측정된 전압의 진폭(피크), 평균(정류된 평균) 또는 유효 값에 비례할 수 있습니다. 이와 관련하여 전압계를 각각 진폭, 평균 또는 유효값 전압계라고 합니다. 그러나 변환기 유형에 관계없이 AC 전압계의 눈금은 일반적으로 사인파 전압의 유효 값으로 보정됩니다.
진폭 값 전압계에는 개방(그림 6-4, a) 또는 폐쇄(그림 6-5, a) 입력이 있는 진폭 값 변환기(피크 감지기)가 있으며, 여기서 변환기의 입력 및 출력 전압이 있습니다. 만약
쌀. 6-4. 개방 입력이 있는 진폭 값 변환기(피크 검출기)의 신호(b 및 c)의 구조(a) 및 타이밍 다이어그램
쌀. 6-5. 닫힌 입력이있는 진폭 값 변환기 신호 (b)의 계획 (a) 및 타이밍 다이어그램
전압계는 그림의 구조를 가지고 있습니다. 6-3, a, 변환기의 경우 개방 입력이 있는 진폭 변환기에서 커패시터는 입력 전압의 최대 양의 값(이 다이오드가 켜진 상태)까지 거의 충전됩니다(그림 6-4, b 참조). 커패시터의 전압 리플은 다이오드가 열려 있을 때의 재충전, 다이오드가 닫힐 때 저항을 통한 방전, 컨버터 출력의 전압 리플이 중요하지 않은 경우 다음을 제공해야 합니다. 전압계의 주파수 범위의 상한 및 하한. 이 경우 출력 전압의 평균값, 따라서 측정 메커니즘 포인터의 편차 각도
여기서 전압계의 변환 계수는 입니다.
개방 입력이 있는 진폭 변환기의 특징은 입력 신호의 일정한 성분(주어진 다이오드 연결에 대해 양수)을 전달한다는 것입니다. 따라서 (그림 6-4, c 참조) 출력 전압의 평균 값 따라서 분명히 IM의 가동 부분에서 벗어나지 않을 것입니다.이 경우 다이오드가 닫혀 있기 때문입니다
닫힌 입력이 있는 변환기(그림 6-5, a, b)에서는 정상 상태에서 입력 신호의 일정한 구성 요소가 있는지에 관계없이 저항에 맥동 전압이 있습니다. 입력 전압의 가변 성분의 진폭. 이 전압의 평균값은 거의 동일합니다. 이러한 변환기에서 출력 전압 리플을 줄이기 위해
저역 통과 필터가 설정되어 있으므로 이 경우 전압계 판독값은 입력 전압의 가변 성분의 진폭 값에 의해서만 결정됩니다.
전자 전압계로 측정할 때 개방 및 폐쇄 입력이 있는 진폭 변환기의 기능을 고려해야 합니다.
전압계의 눈금은 정현파 전압의 유효 값으로 보정되므로 다른 형태의 전압을 측정할 때 측정된 전압의 진폭 계수를 알고 있는 경우 적절한 재계산이 필요합니다. 비정현파 형태의 측정된 전압의 진폭 값 여기서 는 사인파의 진폭 계수입니다. 장치의 눈금에서 읽은 전압 값. 측정된 전압의 유효값입니다. 여기서 는 측정된 전압의 진폭 계수입니다.
평균값 전압계에는 정류기에 사용되는 것과 유사한 AC-DC 변환기가 있습니다(§ 5-4 참조). 이러한 전압계는 일반적으로 그림 1과 같은 구조를 가지고 있습니다. 6-3, 나. 이 경우 사전 증폭된 전압이 정류기에 인가되어 전압계의 감도를 높이고 다이오드 비선형성의 영향을 줄입니다. 이러한 전압계에 대한 측정 메커니즘의 움직이는 부분의 편차 각도는 측정된 전압의 평균 정류 값에 비례합니다.
이러한 전압계의 눈금은 사인파 전압의 유효 값으로도 보정됩니다. 비정현파 형태의 전압을 측정할 때 이 전압과 전류의 평균값 - 여기서 - 전압계 판독값; - 정현파 형태 인자; 측정된 전압의 폼 팩터입니다.
RMS 전압계에는 2차 정적 변환 특성이 있는 AC 전압 변환기가 있습니다. 이러한 변환기로 열 변환기, 포물선의 조각별 선형 근사를 갖는 제곱 장치, 진공관 등이 사용됩니다. 또한, 실효값 전압계가 에 나타낸 블록도에 따라 만들어진다면
쌀. 6-6. 전자 전압계 실효 값의 계획 (균일한 스케일로)
쌀. 6-3, 그런 다음 측정된 전압의 곡선 모양에 관계없이 측정 메커니즘의 포인터 편차는 측정된 전압의 유효 값의 제곱에 비례합니다.
보시다시피, 이러한 전압계는 2차 눈금을 가지고 있습니다.
주파수 범위에서
5Hz - 5MHz.
고려되는 AC 전압계 외에도 다이오드 보상 전압계가 현재 생산되고 있습니다.
이러한 전압계의 작동 원리는 그림 1의 다이어그램으로 설명됩니다. 6-7, a, 주요 요소는 다음과 같습니다. 다이오드 D; 고감도 자기전기 검류계 - 널 표시기 예시적인 전압 분배기 ODN. 다이오드(그림 6-7, b)의 전류-전압 특성을 파선 형태로 이상적으로 표현하면 전압계 입력에 전압이 가해지지 않을 때 전류가 다이오드를 통해 흐르지 않습니다. 전압이 에 연결되면 일부 전류가 다이오드를 통해 흐르기 시작하여 널 표시기가 벗어나게 됩니다. 보상 전압을 높이면(모듈로) NI를 통해 전류가 흐르지 않게 됩니다. NI의 전류가 사라지는 순간에 ODN 핸들의 위치에 따라 카운트다운을 합니다. NI의 높은 감도와 UK 설정의 높은 정확도로 인해 작은 측정 오류(최대 0.2%)를 얻을 수 있습니다.
이 전압계는 기존 전자 전압계 중 가장 정확하고 높은 입력 임피던스와 넓은 주파수 범위(최대 MHz)를 가지고 있습니다. 장치의 단점은 작동의 복잡성입니다.
다이오드 보상 전압계는 사인파 전압의 정확한 측정과 전자 전압계의 검증 및 교정에 사용할 수 있습니다. 다양한 유형 중에는 주기 및 펄스를 모두 측정하도록 설계된 전압계가 있습니다.
스트레스. 이러한 장치는 상한 측정 한계와 20Hz의 주파수 범위에서 교류에 대한 직류에 대한 기본 오류가 있는 보상 전압계입니다.
전압계와 함께 계측기 제조 산업은 전압(AC 및 DC) 및 전류(AC 및 DC)를 통합 DC 신호로 변환하는 측정 변환기를 생산합니다. 이러한 변환기의 구성 원칙은 여러 측면에서 고려되는 전자 전압계 구성 원칙과 유사합니다. 컨버터의 특징은 출력에 측정 메커니즘이 없다는 것입니다.
범용 전압계.
이러한 전압계는 DC 및 AC 전압을 측정하도록 설계되었습니다. 일반화된 블록 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 6-8, 여기서 B는 스위치입니다. 스위치 B의 위치에 따라 전압계는 변환기 P(위치 또는 DC 전압계(위치 2)가 있는 AC 전압계 구성표에 따라 작동합니다.
결합된 전압계라고도 하는 범용 전압계에서는 종종 저항을 측정할 수 있습니다. 이러한 전압계에는 출력 전압이 알 수 없는 저항에 따라 달라지는 변환기가 있습니다(§ 6-5 참조). 이 의존성을 기반으로 기기의 스케일은 저항 단위로 교정됩니다. 측정할 때 저항을 알 수 없는 저항을 변환기의 입력 단자에 연결하고 스위치를 위치 3으로 설정합니다.
측정된 펄스(10-100 아님) 및 상당한 듀티 사이클(최대 109), 여기서 T는 펄스 반복 기간입니다.
펄스 전압계는 측정된 펄스의 진폭 값으로 교정됩니다.
펄스 전압계는 그림의 블록 다이어그램에 따라 만들 수 있습니다. 6-3, a, 동시에 개방 입력이있는 진폭 값 변환기가 사용되며 출력 전압은 측정 된 펄스의 진폭과 같아야합니다. 펄스의 큰 듀티 사이클과 짧은 지속 시간은 진폭 값 변환기에 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 따라서 최신 펄스 전압계에서는 진폭 변환기의 보상 회로가 사용됩니다(그림 6-9). 입력 펄스는 커패시터를 충전합니다.이 커패시터의 가변 전압 성분은 측정된 펄스에 의한 재충전과 펄스 사이의 방전(그림 6-4, c와 유사)으로 인해 AC 증폭기 U에 의해 증폭되고 정류됩니다. 다이오드 사용 회로의 시정수는 충분히 크게 선택되므로 펄스 사이의 간격에서 커패시터의 전압이 약간 변경됩니다. 피드백 저항을 사용하여 컨버터의 출력에서 커패시터에 보상 전압이 인가됩니다. 증폭기의 이득이 크면 커패시터 양단의 전압 가변 성분이 크게 감소하므로 정상 상태에서 이 커패시터 양단의 전압은 측정된 전압의 진폭과 거의 동일합니다. 펄스이며 출력 전압은 이 진폭에 비례합니다.
펄스 전압계에 대한 표준 및 기술 문서는 허용되는 펄스 지속 시간 값(또는 해당 주파수)의 범위와 전압계의 오류가 정규화된 값 내에 있는 듀티 사이클을 나타냅니다. 따라서 펄스 전압계는 2.5, 10, 20V의 상한 측정 한계를 가지며 기본 오차는
쌀. 6-10. 일부 신호의 스펙트럼과 이상적인 대역통과 필터의 주파수 응답
펄스 반복률이 1Hz - 300MHz이고 듀티 사이클이 2 - 3인 경우 108.
선택적 전압계.
이러한 전압계는 특정 주파수 대역에서 전압의 실효값 또는 측정된 신호의 개별 고조파 성분의 실효값을 측정하도록 설계되었습니다.
선택적 전압계의 작동 원리는 조정 가능한 대역 통과 필터를 사용하여 신호 또는 협대역 신호의 개별 고조파 성분을 분리하고 선택한 신호의 유효 값을 측정하는 것입니다. 무화과에. 6-10개의 실선 수직선은 일부 측정된 신호의 스펙트럼을 나타내며, 점선은 이득을 갖는 대역통과 필터의 이상적인 주파수 응답입니다. 또한, 측정된 신호의 스펙트럼은 대역통과 필터가 Leo 통과 대역은 이 신호의 여러 고조파 성분을 즉시 통과합니다. 이러한 경우 선택적 전압계는 각 구성 요소의 실제 이득을 고려하여 필터를 통과한 고조파 구성 요소 합계의 유효 값을 측정합니다. 이 신호는 측정된 신호의 고조파 성분에 해당하는 주파수에 해당하며, 이 고조파 성분의 실효값은 실효값 전압계로 측정되며, 발전기의 주파수를 변경하여 다양한 고조파의 실효값을 측정할 수 있습니다. 신호의 구성 요소.
이 회로에서 대역 통과 필터의 기능은 IF에 의해 수행됩니다. IF 튜닝 주파수의 고정(비 튜닝) 값으로 인해 이 증폭기는 높은 이득과 좁은 대역폭을 가지므로 선택 전압계의 높은 감도와 선택성을 보장합니다.
업계에서는 20Hz - 100kHz의 주파수 범위에서 주요 오류인 측정 상한이 있는 선택적 마이크로 전압계를 생산합니다.
무선 엔지니어링 실습의 다양한 조건에서 가장 필요한 장치 중 하나는 다중 범위 AC 전압계이며, 이는 저주파 및 고주파의 넓은 범위에서 큰 입력 저항과 상당히 높은 측정 정확도를 유지합니다.
쌀. 1. 고주파 전압계 입력의 등가 회로.
AC 전압계의 입력 저항은 복잡합니다. 어떤 경우에는 입력 능동 저항 Rv와 입력 커패시턴스 Cv(그림 1) 요소의 병렬 연결로 나타낼 수 있으며, 그 중 첫 번째는 가능한 한 크게, 두 번째는 - 작은. 고주파에서
또한 전압계의 입력을 연구 중인 회로와 연결하는 인덕턴스 L pr 와이어의 영향을 고려해야 합니다. 연결 와이어의 길이가 길면 인덕턴스 L pr 양단의 전압 강하는 전압계에 공급되는 전압의 현저한 감소로 이어질 수 있으며 외부 전기장 및 자기장은 와이어에 상당한 e를 유도합니다. 디.에스 또한 인덕턴스 L CR은 커패시턴스 C와 함께 자체 공진 주파수를 갖는 직렬 발진 회로로 형성됩니다.
f in \u003d 1 / (2π * (L pr * C in) 0.5). (하나)
주파수가 fv에 가까운 전압을 측정할 때 전압계는 입력 저항이 급격히 감소하는 동안 과대 평가된 판독값을 제공합니다. 따라서 고주파 전압계의 제한 작동 주파수는 일반적으로 값에 의해 제한됩니다.
f 최대 = (0.1...0.2) f in, (2)
공진 현상이 아직 측정 정확도에 크게 영향을 미치지 않는 경우. 약 20cm의 연결 와이어 길이와 알려진 입력 커패시턴스 Sv(피코패럿 단위)로 전압계의 최대 작동 주파수(메가헤르츠 단위)는 대략적으로 다음 식에 의해 결정될 수 있습니다.
f max ≈ 200/С in 2 .
예를 들어, 몇 피코패럿 단위의 커패시턴스 Sv에서 주파수 fmax는 수십 메가헤르츠에 도달하지만 Sv > 15pF이면 1MHz를 초과하지 않습니다.
정전기, 열전 및 전자 전압계는 넓은 주파수 범위에서 교류 전압을 측정하는 데 사용됩니다.
정전기 전압계는 대전된 금속 본체의 정전기 상호 작용 원리를 기반으로 하며 0.5의 정확도 등급으로 수행됩니다. 1.0과 1.5. 주파수 범위는 헤르츠 단위에서 1-30MHz입니다. 연구 중인 회로의 경우 10-30pF를 초과하지 않는 용량성 부하만을 나타냅니다. 전압계의 단점은 측정 한계를 변경하기가 어렵기 때문에 장치가 일반적으로 단일 한계이고 낮은 감도(측정 상한이 수십 볼트 이상임)로 인해 고전압 측정에 주로 사용됩니다. . 정전기 전압계는 또한 예를 들어 키네스코프의 양극에서 정전압, 특히 높은 전압을 측정하는 데 적합합니다. 동시에 입력 임피던스는 실제로 무한히 큰 것으로 간주될 수 있습니다.
열전 전압계는 20Hz에서 1-20MHz의 주파수에서 제한적으로 사용됩니다. 주요 단점은 낮은 입력 저항, 일반적으로 10kOhm 이하 및 낮은 과부하 용량입니다.
가장 일반적이고 다재다능한 장치는 전자 AC 전압계입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다. 증폭기 및 전압 분배기를 사용할 때 마이크로볼트 단위에서 수천 볼트에 이르는 전압 범위를 포괄하는 고감도 및 넓은 측정 한계; 낮은 입력 커패시턴스(수피코패럿) 및 높은 입력 능동 저항(최대 수십 메가옴); 넓은 작동 주파수 범위(수십 헤르츠에서 수백 메가헤르츠); 큰 하중을 견딜 수있는 능력. 전자 전압계의 단점은 다음과 같습니다. 직접 또는 교류 전압의 안정적인 소스에서 전원이 필요합니다. 측정을 시작하기 전에 전기적으로 미터 바늘을 0으로 설정하거나 전압계를 교정해야 할 필요성; 상대적으로 큰 측정 오류(최대 3-5%).
작동 원리에 따라 전자 전압계는 두 가지 주요 그룹으로 나뉩니다. "증폭기-검출기" 유형의 전압계는 측정된 전압을 먼저 증폭한 다음 DC 미터를 표시할 목적으로 정류합니다. 증폭기" 유형 전압계로 측정된 전압을 정류한 다음 직류로 증폭합니다. 사용되는 능동 소자의 유형에 따라 트랜지스터와 튜브 전압계가 구별됩니다.
"검출기-증폭기" 유형의 전압계는 종종 범용 AC 및 DC 전압계 또는 AC 및 DC 전압 외에도 무선 회로 요소의 일부 매개변수를 측정할 수 있는 결합된 기기로 수행됩니다.
광범위한 응용 분야의 전자 전압계에는 일반적으로 측정 된 사인파 전압의 RMS 값으로 읽는 눈금이 있습니다. 일부 장치에는 상대 전송 수준(데시벨) 측면에서 판독값이 있는 추가 눈금이 제공됩니다.
특수 유형의 전자 전압계에는 선택적, 펄스, 대수, 위상 감지, 보상, 디지털 전압계가 포함됩니다.
위상 감지 전압계는 다양한 저주파 4단자 증폭기, 필터 등의 진폭-주파수 및 위상-주파수 특성을 측정하는 데 사용됩니다. 연구 중인 장치의 입력 Uin 및 출력 Uout 전압은 전압계에 동시에 공급됩니다. 전압계에는 2개의 미터가 있습니다. 그 중 하나는 전압 Uin과 위상이 같은 측정된 전압 Uout의 실수 성분 Ud를 보여줍니다. 두 번째 미터는 전압 Uin에 대해 위상이 90° 이동한 전압 Uout의 허수 성분 Umn을 보여줍니다. 두 미터의 판독값을 기반으로 출력 전압의 값(모듈)을 계산할 수 있습니다.
Uout \u003d (U d 2 + U mn 2) 0.5
및 위상 이동:
φ \u003d arctg (U mn / U d).
보상 측정 방식에 기반한 보상 전자 전압계(직접 전압 측정을 위한 차동 및 보상 방법 참조)는 전자 교류 전압계 및 측정 발전기의 전압 교정 특성을 확인할 때 예시적인 전압계로 사용됩니다.
전자 전압계의 입력 전압 분배기.
전자 전압계는 회로를 복잡하게 만들지 않고 입력에서 저항성 또는 용량성 전압 분배기가 켜져 있는 경우에만 큰 교류 전압을 측정할 수 있습니다. 입력 전압 분배기(VDN)는 전압계에 별도로 부착되거나(그림 2) 구조적으로 결합됩니다(그림 4). 후자의 경우 전압계는 VDN을 사용하거나 사용하지 않고 작업할 수 있는 기능을 제공하는 스위치로 보완됩니다.
VDN을 사용하면 측정 오류가 증가하며, 이는 특히 많은 분할 단계에서 두드러집니다. 따라서 VDN은 일반적으로 단일 단계로 수행되지만 올바른 선택분할 계수 N, 전압계 자체의 측정 한계 수를 두 배로 늘릴 수 있음이 밝혀졌습니다. 전압계가 회로의 일부 스위치 설정에 의해 결정되는 1.3, 10 및 30V의 상한 측정 한계를 가지고 있다고 가정합니다. 그런 다음 N = 100으로 VDN을 연결할 때 100, 300, 1000 및 3000V의 추가 측정 한계를 얻을 수 있습니다. ) 및 4개의 위치(1-3-10-30V) 또는 섹션 수가 증가된 하나의 공통 스위치 8개 위치(1-3-10-30-100-300-1000-3000V)용.
저항성 분압기는 두 개의 직렬 연결된 비유도성 및 비유도성 저항으로 구성됩니다(그림 2, a). 저항 R2에서 측정된 전압의 엄격하게 정의된 비율이 전압계의 입력에 공급되며 Ux / N과 동일하고 분할 계수로 설정됩니다.
N \u003d (R1 + R2v) / R2v,
이는 전압계 판독값의 승수이며 일반적으로 10-100 범위에서 취합니다. 여기
R2v \u003d R2Rv / (R2 + Rv)
입력 능동 저항의 션트 효과를 고려하여 VDN의 두 번째 암 임피던스를 나타냅니다.
전압계 Rv. Rv >> R2이면 R2v ≈ R2를 고려할 수 있습니다. 그러나 작은 분할 계수 N을 사용하면 측정 회로의 입력 활성 저항을 본질적으로 결정하는 VDN의 총 저항이 메그옴 단위로 선택되어야 하기 때문에 저항 Rv와 R2가 비슷한 것으로 판명되는 경우가 있습니다. 그런 다음 저항 Rv는 공식에 의해 결정된 저항 R2의 필요한 값에 크게 영향을 미칩니다
R2 = RvR1/((N-1)Rv - R1) = RvR2v/(Rv-R2v)
따라서 각 VDN은 일반적으로 특정 유형의 전압계에서만 작동하도록 계산됩니다.
쌀. 2. 저항성 (a) 및 용량 성 (b) 유형의 입력 전압 분배기 구성표.
저항 VDN의 단점은 전압계의 입력 커패시턴스 Cv의 영향으로 인해 측정된 전압의 주파수 f에 대한 분배 비율의 의존성이며, 고주파에서 저항은 저항 R2 및 Rv에 상응할 수 있습니다. . 실제 분할 계수인 커패시턴스 Sv를 고려하면
N "≈ (N 2 + (2π * f * Cv * R1) 2) 0.5.
예를 들어, 주파수 f = 1kHz에서 N = 10, R1 = 9mOhm, R2v = 1mOhm, Sv = 10pF에서 N "≈ 10, f = 10kHz에서 N" ≈ 11.5, f에서 = 100kHz N "≈ 57.5. 주파수가 증가함에 따라 전압계 Rv의 입력 저항이 여러 가지 이유로 감소하여 측정 오류가 증가한다는 점도 고려해야 합니다. 따라서 저항성 VDN의 사용은 다음으로 제한됩니다. 저주파 범위뿐만 아니라 전통적인 정전압 영역.
저항성 VDN의 상위 차단 주파수가 눈에 띄게 증가하는 것은 두 가지 방법으로 달성할 수 있습니다. 첫째, VDN의 임피던스를 줄임으로써(그러나 항상 허용되는 것은 아님). 예를 들어 Rx = 0.9mΩ 및 R2v = 0.1mΩ일 때 Sv = 10pF 및 측정된 전압 주파수 1 및 10kHz에서 N "≈ 10, f = 100kHz에서 N" ≈ 11 , 5 및 f \u003d 1 MHz N "≈ 57.5에서만. 또 다른 방법은 주파수 보정을 적용하는 것입니다. 이것은 점선으로 표시된 것처럼 커패시터 C1 및 C2를 사용하여 분배기 저항 R1 및 R2를 각각 분로하여 달성됩니다. 그림 2의 다이어그램, a 커패시터의 커패시턴스(전압계의 입력 데이터 고려)는 두 VDN 링크가 동일한 시간 상수를 갖도록 선택됩니다.
R1C1 \u003d R2v (C2 + St).
이 경우 커패시터 C1의 커패시턴스는 실제로 측정 회로의 입력 커패시턴스를 결정합니다. 두 번째 커패시터에는 커패시턴스가 있어야 합니다.
C2 = C1(N-1)-Cv.
이러한 커패시터 중 하나(일반적으로 C1)는 트리머로 사용되므로 VDN을 쉽게 디버깅할 수 있습니다. 고려된 두 가지 방법을 조합하여 적용하면 저항성 VDN의 주파수 적용 상한을 1-10MHz로 확장할 수 있습니다.
고주파 전압을 측정할 때 용량성 전압 분배기는 좋은 결과를 제공합니다(그림 2, b). 분배기 커패시터 중 하나는 일반적으로 커패시턴스 조정을 허용하므로 입력 커패시턴스 Sv의 영향을 보상할 수 있습니다. 반면 분할 요소
N = (C1 + C2 + Cv)/C1
측정 회로의 입력 커패시턴스를 줄이기 위해서는 커패시터 C1 및 C2의 커패시턴스가 작은 것이 바람직합니다. 그러나 이러한 VDN은 주파수가 감소함에 따라 커패시터 C2의 저항이 전압계의 저항 R3에 상응하는 것으로 판명될 수 있기 때문에 고주파수 영역에서만 측정에 적합합니다. 따라서 더 낮은 주파수의 전압을 측정하기 위해 커패시턴스 값이 증가한 별도의 VDN이 사용되는 경우가 있습니다.
고전압 회로에 연결된 VDN 설계에서 입력 단자 사이의 파손 및 유전 손실 증가를 방지하기 위해 입력 단자 사이에 양호한 절연을 제공하고 작동 안전성을 높이는 조치를 제공해야 합니다.
작업 1. 전자 전압계의 측정 상한은 Rv \u003d 5MΩ 및 C3 - 15pF에서 3, 6, 15 및 30V입니다. 입력 활성 저항 = 10MΩ으로 측정 범위를 600V로 확장하는 전압계에 대한 저항 전압 분배기를 계산합니다. 나눗셈 계수의 변화로 인한 추가 오차가 5%를 초과하지 않는 한계 주파수 fmax를 결정합니다.
답: N = 20; 이 경우 60, 120, 300 및 600V의 상한 값으로 추가 측정 한계를 얻습니다. R2v \u003d 500kOhm; R1 = 9.5MΩ; R2 = 556kOhm.
최대 허용 값 N max \u003d 1.05N \u003d 21은 주파수에서 발생합니다.
fmax = (N max 2 -N 2) 0.5 / (2πCvR1) = 7.15kHz.
답: C1 ≈ C "v \u003d 5pF; C2 \u003d 80pF.
"증폭기-검출기" 유형의 전자 전압계
정류기 전압계는 상대적으로 큰 교류 전압(최소 1/10 볼트)만 측정하는 데 적합합니다. 그들에 공급되는 전압이 예비 증폭되면 작은 교류 전압을 측정하는 것이 가능해집니다. 이 경우에 형성된 장치는 "증폭기-검출기" 유형의 전자 밀리볼트미터입니다.
쌀. 3. "증폭기-검출기" 유형의 다중 범위 전자 전압계의 기능 다이어그램.
크고 작은 전압을 측정해야 하는 경우 장치는 다중 한계입니다. 동시에 모든 측정 한계에서 입력 전압은 교정된 전압 분배기를 사용하여 초기(최저) 한계로 감소되며, 분배 계수는 정류기의 출력에 연결된 자기 전기 미터의 판독 눈금에 대한 승수를 결정합니다. 회로. 에 일반적인 경우다중 한계 전압계의 기능 다이어그램은 그림에 표시된 것과 일치합니다. 삼.
그들은 전압계 증폭기를 광대역으로 만들기 위해 노력합니다. 즉, 넓은 주파수 대역 내에서 이득의 불변성과 회로 요소의 공급 전압, 온도 및 매개 변수의 특정 한계 내에서의 변동을 보장하기 위해 특별한 조치를 취합니다. 이를 위해 증폭 단계의 부하 저항이 감소하고 주파수 및 온도 보상 체계가 사용되며 작동 모드가 안정화됩니다. 후자는 직접 및 교류 전압에 대해 깊은 음의 피드백(o.o.s.)을 사용하여 달성됩니다. 증폭 단계의 대역폭이 증가함에 따라 이득이 감소하기 때문에 광대역 증폭기는 다단계이어야 하며 필요한 단계 수가 많을수록 주파수 범위가 넓어지고 필요한 이득을 결정하는 초기 측정 한계가 낮아집니다. 실제로 전압계에는 3-5 개의 증폭 단계가 포함되어 있으며 작동 주파수의 상한선은 1MHz를 초과하지 않습니다. 전압계의 작동 범위가 저주파 영역으로 제한되면 필요한 증폭 단계 수가 감소하므로 필요하지 않습니다. 복잡한 계획주파수 보정은 작업의 전반적인 안정성을 높입니다.
전압계에 의해 측정된 전압의 가능한 최소값은 입력단 트랜지스터 또는 램프의 잡음 특성에 따라 달라지는 증폭기 자체 잡음의 레벨에 의해 제한됩니다. 다양한 픽업 및 AC 배경의 영향을 줄이기 위해 전압계는 조심스럽게 차폐되고 공급 전압은 잘 필터링됩니다.
"증폭기-검출기" 유형의 전압계 측정 블록은 일반적으로 정류기 장치 및 정류기 전압계의 측정 블록 섹션에서 설명한 것과 유사한 자기전기 미터에 로드된 정류기 회로입니다. 정류기는 절연 커패시터를 통해 증폭기의 출력에 연결되므로 입력에 측정된 전압이 없으면 미터 회로에 전류가 없습니다. 따라서 미터의 "0"을 설정할 필요가 없습니다.
연구 중인 회로에 대한 영향을 줄이고 크고 작은 전압을 측정할 때 판독값의 비교 가능성을 보장하려면 전압계에 모든 측정 한계에 걸쳐 높고 가능한 경우 안정적인 값을 유지하는 입력 저항이 있어야 합니다. 입력(활성) 저항은 전압계 입력에 음극 팔로어가 설치된 경우 수 메가옴에 도달할 수 있습니다.
트랜지스터의 AC 전압계는 트랜지스터 DC 전압계(트랜지스터 DC 전압계 참조)와 유사하게 만들 수 있습니다. 즉, 추가 저항과 직렬로 연결된 민감한 트랜지스터 AC 마이크로 전류계를 기반으로 합니다. 그러나 이러한 전압계의 입력 저항은 측정 한계에 따라 다르며 낮은 측정 전압에서는 충분히 크지 않을 수 있습니다. 또한 추가 저항의 반응성 매개변수는 고주파에서 전압계를 사용할 가능성을 제한합니다.
바이폴라 트랜지스터를 사용할 때 에미터 팔로워 회로에 따라 전압계의 입력에서 매칭 스테이지가 켜질 때 가장 안정적인 입력 저항(수백 킬로옴)이 제공됩니다. 입력 단계가 소스 팔로워(전계 효과 트랜지스터에서)인 경우 입력 저항은 수 메가옴에 도달합니다. 소스 팔로워(음극 및 이미터 포함)는 아시다시피 작은 입력 커패시턴스(몇 피코패럿)와 낮은 출력 임피던스를 가지므로 광대역으로 판명됩니다. 팔로워의 낮은 출력 임피던스는 후속 증폭기 단계의 낮은 임피던스 입력과 쉽게 일치시킬 수 있으며, 이는 다음에서 작동할 수 있습니다. 바이폴라 트랜지스터필요한 주파수 범위에서 안정적인 전압 증폭을 제공하는 방식에 따라.
대부분의 전압계에서 주요 다단 전압 분배기는 입력 정합단(팔로어)의 직접 부하이므로 임피던스가 낮을 수 있습니다(수천 또는 수백 옴). 이것은 저항의 정확한 선택을 용이하게 하고 몇 메가헤르츠의 주파수까지 주파수 보정 없이 할 수 있습니다. 입력 전압 분배기가 없거나 큰 분배 계수와 주파수 보정 요소가 있는 단일 스테이지로 수행됩니다(섹션 참조).
무화과에. 4는 20Hz-200kHz의 주파수 범위에서 작동하고 10-30-100-300-1000V의 교류 전압(rms 값)을 측정하기 위한 상한을 갖는 다중 제한 트랜지스터 전압계의 다이어그램을 보여줍니다. 입력 단계 트랜지스터 T1의 소스 팔로워이며, 그 부하가 저저항 전압 분배기 R4-R8입니다. 장치의 입력에서 두 번째 주파수 보상 전압 분배기 R1, C1, R2, C2는 분할 계수 N = 1000으로 켜집니다. 스위치 B1의 설정에 따라 상한 측정 한계는 눈금에서 읽습니다. 밀리볼트 또는 볼트로 B2를 전환합니다. 저전압을 측정할 때 입력 전압 분배기는 사용하지 않으며 전압계의 입력 저항을 감소시키지 않기 위해 장치 회로에서 분리됩니다.
측정된 전압의 주요 증폭은 공통 이미 터 회로에 따라 연결된 바이폴라 트랜지스터 T2 및 T3의 증폭 단계에 의해 수행됩니다. 상당한 이득을 보장하려면 Vst 계수가 약 100인 트랜지스터를 선택해야 합니다. 전압계의 주파수 응답 확장은 증폭 단계 사이의 직접(갈바닉) 연결과 입력에 있는 존재에 의해 촉진됩니다. 트랜지스터 T2. 저주파 및 고주파. 증폭기의 상대적으로 높은 출력 임피던스와 측정 장치의 낮은 저항을 일치시키기 위해 T4 트랜지스터의 이미 터 팔로워가 출력에 설치됩니다.
증폭기의 작동 모드 안정화는 o를 사용하여 달성됩니다. 에 대한. 와 함께. 트랜지스터 T3의 에미터에서 동조 저항 R11을 통해 트랜지스터 T2의 베이스로 일정한 전압에 의해. 후자를 사용하면 피드백 깊이를 조정할 수 있으므로 전압계를 교정할 때 사용되는 이득을 조정할 수 있습니다.
필요한 주파수 대역폭을 보장하고 전압계에서 스케일의 선형성을 높이려면 강력한 o. 에 대한. 와 함께. 트랜지스터 T4의 에미터로부터 전해 커패시터 C9, 측정 유닛의 정류기 및 저항 R19를 통해 트랜지스터 T2의 에미터로 교류 전압에 의해; 튜닝 저항 R12로 장치를 설정할 때 피드백 정도가 조정됩니다. 2개의 정류 다이오드(D3 및 D4)를 고용량 전해 커패시터로 교체하고 반파 정류 회로를 사용하여 스케일의 선형성을 일부 개선할 수 있습니다.
쌀. 4. "증폭기 - 감지기"유형의 트랜지스터 전압계 구성표.
일부 전자 전압계에는 장치의 감도를 테스트하고 수정하는 데 사용되는 기준 교류 전압을 제공하는 교정기가 포함되어 있습니다. 교정기는 작동하기 위해 사인파 전압 소스가 필요하므로 AC 전원 튜브 전압계와 쉽게 호환됩니다. 트랜지스터 전압계에서 교정기의 입력을 외부 AC 소스에 연결하거나 저전력 DC-AC 변환기가 전압계 설계에 포함되는 경우가 있습니다.
가장 간단하지만 매우 안정적인 것은 실리콘 제너 다이오드 교정기입니다(그림 5). 역병렬로 연결된 두 개의 동일한 제너 다이오드 D1 및 D2는 U > Ust를 특성화하는 안정화 전압 Ust 수준에서 교류 전압 U의 두 반파의 안정화를 보장합니다. 제너 다이오드를 통과하는 전류가 Imin - Imax 내에서 변할 때 안정화가 수행되면 제한 저항 R1에 저항이 있어야 합니다.
R1 = (U-Ust)/((Imax-Imin)/2 + Ust/(R2 + R3)).
전압 분배기 R2, R3의 임피던스는 전압계의 입력 저항보다 10배 작아야 하며 동시에 전원 공급 장치에 눈에 띄게 부하가 걸리지 않을 만큼 커야 합니다. 그것의 분할 계수는 저전압 측정 한계 Up 중 하나와 동일한 출력에서 안정화된 전압을 얻도록 선택됩니다. 교정기를 조정할 때 필요한 전압은 조정 전위차계 R3에 의해 정확하게 설정됩니다(표준 전압계의 판독값에 따라). 측정을 시작하기 전에 이 전압은 해당 측정 한계에 연결된 교정된 전압계의 입력에 공급되며 전압계 회로에 제공된 조정은 미터 화살표의 편차를 끝까지 달성하는 데 사용됩니다. 규모.
쌀. 5. 반도체 제너 다이오드의 AC 전압 교정기 구성표.
선택적 마이크로 전압계는 무선 주파수 범위에서 매우 낮은 전압을 측정하는 데 사용됩니다. 그들은 일반적으로 단일 또는 이중 주파수 변환을 사용하는 슈퍼 헤테로 다인 수신기의 방식에 따라 수행됩니다. 장치의 고주파수 부분은 측정된 전압의 주파수로 조정되며, 이는 고주파수 및 중간 주파수에서 보정된 큰 이득을 수신합니다. 검출기의 부하는 측정된 전압 값으로 보정된 자기전기 미터입니다. 측정을 시작하기 전에 필요한 주파수의 기준 전압을 장치의 입력에 공급하는 내부 교정 생성기가 사용되는 이득의 제어 및 조정이 수행됩니다. 선택적 특성으로 인해 선택적 마이크로볼트미터는 주기적 및 잡음 신호의 스펙트럼을 연구하는 데(이러한 스펙트럼의 개별 구성 요소의 주파수에 연속적으로 조정함으로써) 전자기장의 강도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 안테나가 입력에서 켜져 있음) 및 기타 고주파수 측정.
"검출기-증폭기" 유형의 전자 전압계
넓은 주파수 범위(최대 극초단파)에서 너무 작은 전압(10분의 1볼트 이상)을 측정하도록 설계된 전자 전압계와 범용 및 결합된 측정 기기에 사용하도록 설계된 전자 전압계는 일반적으로 " 검출기-증폭기” 유형 회로(그림 6). 측정된 전압은 반도체나 관검출기에 의해 정류되고, 정류된 전압의 DC 성분은 AC 성분을 제거하는 저항 분압기와 RC 필터를 통해 DC 증폭기에 공급됩니다. 증폭기의 출력에서 자기 전기 미터 AND가 켜지고 측정 된 전압의 rms 또는 진폭 값으로 눈금이 보정됩니다. 전압 분배기, 필터 및 측정 증폭기는 기본적으로 일반적으로 높은 저항 입력을 갖는 다중 범위 DC 전압계입니다. 이 경우 AC 전압계는 모든 한계에서 거의 동일하고 높은 입력 저항을 유지하면서 다중 한계로 밝혀졌습니다. 증폭기 회로에서 측정 한계의 변경이 제공되면 전압 분배기가 없을 수 있습니다. 전압계의 단점은 미터의 "총알"을 미리 설치할 필요가 있다는 것입니다.
쌀. 6. "검출기-증폭기" 유형의 다중 범위 전자 전압계의 기능 다이어그램.
"검출기-증폭기" 유형의 전압계에 특정한 것은 진폭 전압계의 정류기 장치와 가장 유사한 검출기 구성요소뿐입니다. 일부 장치에서 검출기는 측정된 전압의 평균 정류값을 추출하는 전파 회로를 기반으로 형성됩니다.
"검출기 - 증폭기"유형의 전자 전압계는 정류기 전압계로 나타낼 수 있으며 표시기는 전자 DC 전압계입니다. 분명히, 이러한 전압계를 광범위한 값과 주파수에서 교류 및 정전압을 측정하기 위해 보편적 인 것으로 사용하는 것이 합리적입니다.이러한 전압계의 레이아웃은 그림의 두 가지 버전으로 제공됩니다. 7. 첫 번째 옵션(그림 7, a)의 기본은 의도한 목적에 직접 사용할 수 있는 일반적인 전자 DC 전압계입니다. 직류 전압을 측정하기 위해 추가 고전압 한계를 획득해야 하는 경우 직렬 연결된 고저항 저항기 Rc 그룹이 장착된 외부 잘 절연된 프로브가 사용되며 다음 경우 DC 전압계의 입력에 연결됩니다. 후자는 특정 측정 한계로 설정됩니다. 감지기 구성 요소는 접두어 형태로 만들어지며 가장 자주 닫힌 입력이있는 진폭 감지기의 방식에 따라 수행되며 (그림 8, b) 교류 전압을 측정해야 할 경우 전압계에 연결됩니다. 다이오드 D를 켜는 극성은 DC 전압계로 측정한 전압의 극성과 일치해야 합니다. 입력 연결 와이어 중 하나를 화면과 장치 본체에 연결할 가능성은 후자의 방식에 달려 있습니다.
쌀. 7. "검출기 - 증폭기"유형의 범용 전자 전압계의 레이아웃 다이어그램.
측정된 전압의 최대 진폭에 대해 입력 커패시터 C와 역전압 다이오드 D를 계산해야 합니다. 용량은 상충되는 두 가지 요구 사항을 충족해야 합니다. 한편으로, 작동 주파수의 충분히 높은 상한을 보장하기 위해 커패시터의 유도 저항과 고주파수에서의 능동 손실을 줄이기 위해 작은 커패시턴스 C를 갖는 것이 바람직합니다. 한편, 동작 주파수의 하한을 확보하기 위해서는 캐패시터 C의 캐패시턴스가 다이오드 D의 역저항보다 훨씬 작도록 캐패시턴스를 크게 하는 것이 바람직하다. 실제로는 캐패시턴스 C를 취한다. \u003d 0.001 ... 0.1μF, 절충 고려 사항 및 특정 경계 주파수 범위를 기반으로 합니다.
저항 R의 저항은 AC 및 DC 전압의 판독 스케일의 일치 조건(동일한 측정 한계)에서 선택되며, 이는 감지기 구성요소의 선택된 회로가 정류 및 입력 전압. 다이오드 D의 역 저항과 표시기(DC 전압계)의 입력 저항 Rin이 충분히 크면 다이오드 양단의 정전압이 측정된 전압의 진폭 Rm에 가까워지면 진폭을 읽을 수 있습니다. R = 0에서 해당 DC 전압 스케일을 사용합니다. 그러나 제곱 평균 제곱근 값으로 표시를 얻어야 하는 경우 U = 0.707 * Um(사인파 전압 포함), 정류 전압 공급 이에 따라 DC 전압계로 감소해야 합니다. 이것은 저항 R ≈ 0.415*Rin으로 달성됩니다. 저항 R의 저항은 장치를 설정할 때 정확하게 조정됩니다.
가장 낮은 전압 한계(최대 약 3V)에서 AC 전압 스케일의 선형성이 위반될 수 있으며 다이오드에 의한 저전압 감지의 낮은 효율로 인해 해당 DC 전압 스케일과 완전히 일치하지 않을 수 있습니다. 저항 Rin의 변화로 인해 전압계의 입력 전압 분배기가 이러한 한계에 있기 때문에 DC가 꺼지거나 션트 역할을 할 수 있습니다. 저전압 한계에서 일부 전압계의 오류를 줄이기 위해 특별히 선택된 다이오드 D 및 저항 R과 함께 특수 검출기 구성 요소가 사용되거나 수정 그래프 또는 표가 사용됩니다.
범용 전압계의 두 번째 버전(그림 7, b)은 입력에 스위치와 교체 가능한 구성 요소가 없다는 특징이 있습니다. 회로는 우선 필요한 측정 한계에서 교류 전압을 측정하기 위해 전체적으로 계산됩니다. 특히 저항 R은 일반적으로 매우 높은 저항(약 10MΩ)으로 사용되며, 이는 정류된 전압의 필터링을 개선하고 우발적인 과부하가 장치에 미치는 영향을 제한합니다. 저항 Rc는 DC 전압 스케일이 사용 가능한 AC 전압 스케일과 일치하는지 확인해야 합니다. 교류 전압 스케일에 대한 판독이 Um의 진폭 값에서 이루어지면 Rc ≈ R 2 / (R + Rin)을 취하고 rms 전압 값을 읽을 때
Rc ≈ (0.7 * R 2 - 0.3 * R * Rin) / (R + R).
이 옵션의 단점은 다이오드 D의 역 저항이 변경될 때 달성된 AC 및 DC 전압 스케일의 일치를 위반할 가능성이 있다는 것입니다. DC 전압을 측정할 때 검출기 회로가 꺼지면 이를 피할 수 있습니다.
DC 전압계의 입력에 전압 분배기가 없으면(예: 그림 5, a 및 6의 회로에서와 같이) 저항 R은 입력 필터 Rf의 요소(Rf) 역할을 할 수 있습니다. 참조 필터 커패시턴스는 가장 낮은 작동 주파수에서 저항이 저항 Rf보다 훨씬 작도록 상대적으로 커야 합니다(100분의 1마이크로패럿).
감지기 구성 요소의 회로에 포함된 다이오드는 두 가지 주요 요구 사항을 충족해야 합니다. 최대 허용 역 전압 Urev.max의 충분히 높은 값은 측정된 교류 전압의 상한을 결정하므로 0.5 * Urev를 초과해서는 안 됩니다. 최대 및 0.35*Urev.max; AC 전압계의 입력 능동 저항 Rv가 이에 의존하기 때문에 작은 역전류 또는 동등하게 더 큰 역 저항 Rrev. 후자는 일반적으로 다이오드 D의 역 저항과 부하 저항 Rn \u003d R + Rin, 즉
Rin ≈ 0.3*Rrev*Rn/(Rrev + Rand).
만약 Rbr<< Rн, то Rв ≈ 0,3*Rобр. И наоборот, при Rобр >> Rn 우리는 Rn ≈ 0.3*Rn을 얻습니다. Rrev ≈ Rn이면 Rv ≈ 0.15 * Rn입니다.
높은 역 전압을 견디고 거의 무제한의 역 저항 및 안정적인 매개변수를 갖는 튜브 다이오드가 있는 검출기에 사용되는 경우 전압계는 매우 높은 입력 저항(저주파에서 수십 및 수백 메가옴)을 가질 수 있고 (입력 전압 분배기 없이) 제공할 수 있습니다. 상당한 교류 전압 측정(최대 100-150V). 그러나 다이오드 필라멘트에 전원을 공급하고 초기 전류를 보상해야 하기 때문에 사용이 제한됩니다(그림 8, a).
반도체 다이오드는 특별한 전력이 필요하지 않고 초기 전류가 없으며 치수가 작지만 램프 다이오드에 비해 훨씬 낮은 역 전압을 견디고 유한 역 저항을 갖습니다. 또한 매개 변수는 다이오드에 적용되는 온도 및 전압에 따라 크게 달라지며 시간이 지남에 따라 다소 변경됩니다. 따라서 반도체 감지기가 있는 전압계의 경우 입력 저항과 측정된 전압의 한계값이 몇 배 더 낮고 측정 오차는 램프 감지기가 있는 전압계보다 높습니다. 역전류가 작은 고주파(점) 다이오드가 검출기에 사용될 때 전압계의 입력 저항은 수 메가옴에 도달할 수 있고 상한 측정 한계는 수십 볼트에 도달할 수 있습니다. 반도체와 램프의 고주파 다이오드 전극 사이의 커패시턴스는 일반적으로 피코 패럿의 몇 단위 또는 1/10이므로 입력 회로를 합리적으로 설치하면 "검출기-증폭기"유형의 전압계는 다음을 가질 수 있습니다 작동 주파수의 상한선은 수십 또는 수백 메가헤르츠입니다.
때때로 전압계에는 두 개의 교체 가능하거나 전환 가능한 감지기 구성 요소가 제공됩니다. 그들 중 하나는 허용 가능한 역전압이 높지만 상당한 입력 커패시턴스를 갖는 평면 다이오드와 약 0.1μF 용량의 디커플링 커패시터 C를 사용하여 광범위한 값에서 상대적으로 낮은 주파수의 전압을 측정할 때 켜집니다. (최대 수백 볼트). 포인트 다이오드의 두 번째 검출기와 수천 피코패럿 용량의 커패시터 C가 있는 두 번째 검출기는 고주파 및 마이크로파 주파수의 상대적으로 낮은 전압(최대 수십 볼트)을 측정하는 데 사용됩니다.
"검출기-증폭기" 유형 체계에 따르면 펄스 전압계는 다양한 지속 시간 및 듀티 사이클의 펄스 진폭을 측정하도록 설계되었습니다. 그들은 일반적으로 양극 및 음극의 펄스를 각각 감지하기 위해 두 개의 포인트 다이오드 감지기를 사용합니다.
전자 AC 전압계의 설계 기능 및 눈금
다양한 주파수의 전압을 측정할 때 연구 중인 회로에 대한 광대역 전압계의 영향 정도는 입력 매개변수 Rv, Sv 및 Lpr의 값에 의해 결정됩니다(그림 1).
입력 커패시턴스 Sv는 입력 회로에 포함된 램프 또는 반도체 소자의 입력 전극 사이의 커패시턴스, 이 디바이스를 연결하는 데 사용되는 소켓의 해당 소켓 사이의 커패시턴스 및 장착 커패시턴스로 구성됩니다. 입력에서 소형 부품 및 클램프를 사용하고 합리적인 배치 및 짧은 도체로 연결할 때 설비의 커패시턴스는 3-6pF입니다. 이 경우 올바른 입력 선택 전자 기기회로 요소를 출력 핀에 직접 납땜하면 전압계의 입력 커패시턴스를 6-10pF로 제한할 수 있습니다.
전압계 Rv의 입력 능동 저항은 입력 회로의 특정 회로와 입력에 연결된 전자 장치의 입력 능동 저항에 의해 결정됩니다. 저주파에서는 단위와 같으며 덜 자주는 수십 메가옴입니다. 고주파에서 작동할 때 저항 Rv는 전자 장치 및 회로 기판의 실린더, 하우징 또는 베이스의 유전 손실 증가로 인해 다소 감소합니다. 이러한 손실의 감소는 입력에서 베이스가 없는 무선 튜브를 사용하고, 입력 클램프 및 입력 회로의 기타 요소를 고주파 유전체(폴리스티렌, 라디오 도자기 등)로 만든 패널에 장착하여 달성됩니다.
미터 및 데시 미터 파의 범위에서 램프의 전극 사이의 전자 이동 시간은 측정 된 전압의 주기에 비례하여 결과적으로 무선 튜브의 입력 회로 손실이 급격히 증가합니다. 주파수가 증가함에 따라 반도체 질량의 손실도 증가합니다. 이는 다이오드의 경우 정류 계수 및 역 저항의 감소로 나타나고 트랜지스터의 경우 입력 저항 및 전류 전달 계수 Vst의 감소로 나타납니다. 이러한 손실은 소형 튜브 및 반도체 장치를 사용하여 감소됩니다. 실제로, 100MHz의 측정된 전압 주파수에서 수십 킬로옴, 덜 자주 수백 킬로옴 정도의 전압계의 입력 활성 저항을 얻는 것이 가능합니다.
짧은 도체로 실장하고 소형의 비유도 결합 커패시터를 사용하는 경우 입력 회로의 인덕턴스는 마이크로헨리의 1/100이고 자체 공진 주파수는 수백 MHz에 이릅니다. 길이를 따라 분포된 인덕턴스 및 커패시턴스를 갖는 입력 연결 와이어는 허용 측정 오류에 해당하는 제한 작동 주파수 fmax를 줄입니다. 이들 전선의 길이가 측정된 전압의 파장 λ의 1%를 초과하지 않는 경우 이러한 전선의 영향은 실제로 무시할 수 있습니다.
입력 단자 또는 소켓이 장치 본체에 장착된 경우 고주파 전압을 측정할 때 허용 가능한 길이의 연결 와이어를 사용하기 위해 전압계를 연구 중인 회로에 더 가깝게 가져오는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 따라서 많은 전자 전압계에서 입력 고주파 부분(검출기-증폭기 전압계의 검출기 부품, 증폭기-검출기 전압계의 소스, 이미 터 또는 음극 팔로워)은 별도의 소형 차폐 원격 장치 형태로 만들어집니다. 프로브라고 합니다(그림 7a 참조). 프로브는 유연한 차폐 케이블로 전압계 회로의 나머지 부분에 연결됩니다. 측정하는 동안 프로브를 연구 중인 회로로 가져와 헤드에 있는 전위 핀을 직접 연결하거나 단락 도체를 회로의 필요한 전위 지점에 연결합니다. 두 번째 클램프(일반적으로 "악어" 유형)는 대부분의 장치에서 케이스에 연결되고 전압계의 공통 마이너스(비대칭 입력 회로 포함)는 회로의 가장 낮은 전위 지점에 미리 연결됩니다.
외부 전기장 및 자기장의 영향을 배제하기 위해 전압계는 금속 케이스에 배치되며 작동 중에 접지하는 것이 좋습니다. 테스트 중인 장치의 본체 또는 화면이 이 케이스에 단단히 연결됩니다.
쌀. 8. AC 전압계 교정 계획.
전자(및 기타) AC 전압계의 조정 및 교정은 그림 1에 표시된 회로를 사용하여 수행할 수 있습니다. 8. 여기에서 전압계 V는 기준으로 사용되며, 교정된 전압계로 측정한 전압의 한계값과 같거나 약간 큰 측정 한계를 가져야 합니다. 지속적으로 조정 가능한 Tr 자동 변압기를 사용하여 측정된 한계와 동일한 전압이 저항 분배기 R1-R3에 적용되고 스위치 B가 "x1" 위치로 설정되면 전자 전압계의 요소를 조정하여 바늘 미터의 끝 부분으로 편향됩니다. 그런 다음 자동 변압기 슬라이더를 이동하여 전압을 서서히 낮추고 눈금의 여러 중간 지점에서 교정 특성을 확인합니다. 전압 분배기를 사용하면 여러 측정 한계에서 전자 전압계를 교정하기 위해 동일한 1 한계 기준 전압계 V를 사용할 수 있습니다. 기준 전압계가 다중 범위인 경우 교정 회로는 그에 따라 전압 분배기를 제외하여 단순화됩니다.
전자 전압계용 전원 공급 장치
사용 방식 및 조건에 따라 전자 전압계는 직류 또는 교류 소스에서 전원을 공급받습니다.
트랜지스터 전압계는 일반적으로 e. 디.에스 4.5 ... 9 V, 회로의 나머지 부분과 격리 된 특수 구획의 장치 케이스 내부에 배치됩니다. 중 하나 옵션전원 공급 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 9. 평면 다이오드 D2는 배터리 B의 극성이 잘못 연결된 경우 장치를 보호합니다. 공급 전압의 매개 변수 안정화는 저항 R1을 통해 소스에 연결된 제너 다이오드 D1에 의해 수행됩니다. 필요한 안정화 모드에는 저항이 제공됩니다.
R1 = (U-Ust) / ((Imax - Imin) / 2 + In),
여기서 Imin 및 Imax는 제너 다이오드를 통한 최대 허용 전류 값이고 Iн은 전원의 부하 전류 공칭(평균) 값입니다. 공급 전압의 예외적으로 높은 안정성이 필요한 경우 제너 다이오드와 저항의 두 번째 링크가 비슷한 방식으로 켜지고 첫 번째 링크의 출력보다 다소 낮은 안정화 전압을 얻도록 설계되었습니다. 안정화 요소가 폐기되면 전원은 약 100마이크로패럿 용량의 커패시터로 분로됩니다.
쌀. 9. 트랜지스터 전압계의 공급 전압의 매개 변수 안정화 계획.
일부 장치에서는 필요한 경우 추가 저항을 통해 전원에 연결된 전압계 미터를 사용하여 공급 전압을 모니터링합니다.
휴대용 관 전압계는 대부분의 경우 내부적으로 배터리로 구동됩니다. 낮은 양극 전압(5-10V)에서 작동하는 전압계의 필라멘트 전류가 낮은 경제적인 무선 튜브를 사용하여 하나의 저전압 배터리를 사용하는 경향이 있습니다. 어떤 경우에는 필라멘트 배터리로 구동되는 저전력 트랜지스터화된 전압 변환기가 양극 회로에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.
관 전압계에 AC 주전원이 공급되면 회로, 램프 및 작동 모드를 선택하는 옵션이 확장됩니다. 이를 통해 입력 저항을 높이고 측정 한계 및 작동 주파수 범위를 확장하면서 장치에서 덜 민감한 미터를 사용할 수 있습니다. 전원 회로의 직류는 10-20mA를 초과하지 않으며 리플은 높은 전압전압계의 작동에 거의 영향을 미치지 않는 경우 전원 공급 장치 정류기는 일반적으로 부하와 병렬로 연결된 수 마이크로 패럿 용량의 커패시터가 필터 역할을하는 단파 회로에 따라 수행됩니다. 공급 전압의 변동 가능성이 있는 전압계의 안정성을 높이기 위해 램프의 전원 공급 모드를 안정화하기 위해 다양한 방법이 사용됩니다. 전력 변압기의 모든 2차 권선에서 교류 전압을 동시에 안정화하는 철공진 안정기를 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 공급 네트워크의 전선을 통해 전파되는 고주파 간섭이 전압계에 미치는 영향을 제거하기 위해 전압계 케이스에서 바로 나오는 전원 전선은 수천 피코패럿 용량의 커패시터가 있는 케이스에 연결됩니다.
무화과에. 86은 기본적인 간단한 트랜지스터 DC 전압계 회로약 100kΩ의 입력 저항과 7개의 하위 범위에서 0~1000V의 측정 범위: 0-1; 0-5, 0-10; 0-50; 0-100; 0-500 및 0-1000 V. 이러한 장치는 트랜지스터 및 램프 증폭기 단계의 작동 모드를 측정하는 데 유용할 수 있습니다.
이 장치는 전압이 1.5V인 단일 갈바니 전지에 의해 전원이 공급됩니다. 브라질 라디오 아마추어 잡지에 설명되어 있습니다.
장치를 설정하는 것은 쉽습니다. 먼저 입력이 열린 상태에서 가변 저항 R8을 사용하여 장치의 밀리암미터 바늘을 0으로 설정합니다. 그런 다음 저울이 보정됩니다. 이를 위해 전압계 입력은 기준 전압 소스, 예를 들어 외부 갈바니 배터리의 극에 연결되고 장치의 프로브는 입력 소켓 "O" 및 해당 측정 한계에 삽입되고 가변 저항 R9에서 전압계 판독 값은 기준 배터리의 전압에 해당합니다.
하나의 스케일에서만 장치를 교정할 수 있으려면 저항 R1-R7의 저항을 매우 정확하게 선택해야 합니다(허용 오차는 1-2% 이하).
전압계 제조를 위해 모든 문자 인덱스가 있는 GT108 또는 MP41, MP42와 같은 트랜지스터를 사용할 수 있지만 항상 Vst \u003d 50-80의 동일한 값, 0-전류에 대한 밀리암미터 1mA 전원은 단일 요소 316 또는 343, 373일 수 있습니다.
작동 중에 이 전압계의 높은 입력 저항은 주변 온도에 크게 의존하는 매개변수인 트랜지스터에 DC 증폭기를 사용하기 때문에 달성된다는 점을 기억해야 합니다. 따라서 측정하기 전에 기구 바늘을 0으로 조심스럽게 설정해야 하며, 주변 온도저울을 추가로 보정하십시오. 이것은 기존의 avometer와 비교하여 설명된 전압계의 단점입니다.
DC 증폭기가 전계 효과 트랜지스터로 만들어진 전압계는 훨씬 더 큰 안정성을 가지고 있습니다. 무화과에. 87 DC 전압계의 개략도를 보여줍니다 2개의 전계 효과 트랜지스터에 수집된 0~1V의 전압 측정용. 장치의 입력 임피던스는 약 4MΩ입니다. 이러한 장치는 설명에서 권장하는 대로 수신기 및 증폭기의 트랜지스터 단의 기본 회로에서 DC 전압을 측정하는 데 매우 유용할 수 있습니다.
이 전압계에는 KP102E 및 KP103K 유형의 전계 효과 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 직렬로 연결된 3개의 3336 L 배터리를 전원으로 사용할 수 있으며, 필요한 경우 공급 전압을 9V로 낮출 수 있습니다. 계수 분할이 10:1 또는 100:1인 저항 전압 분배기. 고저항 입력이 있는 밀리볼트미터. 일반적으로 라디오 아마추어는 입력 임피던스가 낮은 avometer로 AC 전압을 측정합니다. 밀리볼트 단위로 계산되는 매우 낮은 저주파 전압을 측정할 수 있는 표준 밀리볼트미터를 사용하여 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 자동계는 기껏해야 0.1V를 측정할 수 있습니다.
무화과에. 88은 입력 저항이 약 2MΩ인 간단한 저주파 밀리볼트미터의 개략도를 보여줍니다. 측정 장치 포인터의 전체 편차는 15 ~ 100mV의 입력 전압에 해당합니다. 전압계는 4.5V 배터리로 구동되는데, 이 장치의 저주파 증폭기 입력에서 전계 효과 트랜지스터가 켜져 있기 때문에 이러한 좋은 결과를 얻을 수 있었습니다.
미국 라디오 잡지 중 하나에 게시 된 다이어그램 (그림 88)에 따르면 밀리볼트 미터에는 전계 효과 트랜지스터 T1의 소스 팔로워, 공통 이미 터 회로에 따라 연결된 트랜지스터 T2의 전압 증폭기 및 전류 측정기가 장착된 2/2 파장 신호 전압 정류기 - 마이크로 전류계 . 정류기로의 신호 증폭, 따라서 장치의 감도는 가변 저항 R5에 의해 조절됩니다. 또한 가변 저항 슬라이더가 다이어그램에 따라 더 낮은 위치에 있으면 밀리볼트 미터의 감도는 100mV입니다. 이 장치의 측정 범위는 입력에서 측정된 신호의 추가 전압 분배기를 포함하여 크게 확장할 수 있습니다. 이 경우 입력 저항이 10MΩ 이상인 다중 범위 측정 장치를 얻을 수 있습니다.
밀리볼트미터는 트랜지스터 KP103Zh 또는 KP103L(T1,) 및 MP41A(T2)와 다이오드 D9V-D9E(D1, D2)를 사용하여 만들 수 있습니다. 3336L 배터리는 전원으로 사용할 수 있습니다. 외부 간섭을 피하기 위해 밀리볼트미터의 부품을 금속 케이스에 넣는 것이 바람직합니다.
선형 눈금이 있는 밀리볼트미터. 대부분의 교류계 및 밀리볼트계(위에서 설명한 것을 포함)의 단점은 0에 가까운 스케일의 불균일성으로, 이는 작은 신호를 갖는 다이오드 정류기 이득의 비선형성으로 인한 것입니다. 이러한 장치의 규모를 선형화하는 방법에는 여러 가지가 있지만 대부분의 경우 아마추어 무선 설계에서는 어렵습니다. 이와 관련하여 영어 아마추어 라디오 잡지의 페이지에 설명 된 AC 전압계는 작동의 단순성과 신뢰성으로 구별되며 그 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 89. 이 전압계는 다이오드 D1-D4의 브리지 정류기로 구성되며, 하나의 대각선에는 0-500μA 및 500옴의 내부 저항을 갖는 밀리암미터가 로드되고 다른 하나는 컬렉터와 컬렉터 사이에 연결됩니다. 공통 이미 터가있는 회로에 따라 연결된 트랜지스터 T1에 조립 된 증폭기 스테이지의베이스. 다른 유사한 전압계에서 두 번째 대각선은 컬렉터와 이미 터 사이에 연결됩니다. 여기에 오류가 있습니까? 아니. 이 장치에서 직렬 연결된 브리지 정류기와 커패시터 C2를 통해 컬렉터에서 트랜지스터 T1의 베이스로 비선형 음의 전류 피드백이 발생합니다.
다이오드를 통과하는 전류도 낮은 신호 전압에서 작기 때문에 네거티브 피드백의 영향은 미미하고 캐스케이드에 의해 제공되는 이득은 큽니다(60-100). 신호 전압이 증가함에 따라 다이오드의 컨덕턴스가 증가하고 이에 따라 음의 피드백 전류가 증가하여 스테이지의 이득이 감소합니다. 입력에서 신호가 클수록 정류기로 증폭되는 신호가 줄어듭니다. 결과적으로 전압계 눈금의 초기 섹션이 정렬(선형화)되고 전압계 판독값이 마이크로 전류계 눈금의 분할과 완전히 일치할 수 있습니다. 이 장치에 의해 측정된 교류 전압의 최대값은 마이크로암미터의 최대 판독값을 저항 R3의 저항(킬로옴)으로 나눈 비율과 수치적으로 동일합니다. 예를 들어 그림 1의 다이어그램에 표시된 경우. 89 저항 R3 전압계는 0-5V 범위의 교류 전압을 측정할 수 있습니다.
이 전압계를 제조할 때 Vst \u003d 80-120이 있는 KT315G 유형의 트랜지스터를 사용하는 것이 좋습니다. 트랜지스터의 컬렉터 회로에 흐르는 직류의 양은 저항 R1의 저항을 선택하여 조절됩니다. 다이오드는 D18 또는 D20, D9D, D9I 유형일 수 있습니다. 그림에 표시된 경우. 89개의 커패시터로 전압계는 20Hz에서 600kHz 사이의 주파수 대역에서 전압을 측정할 수 있습니다. 장치에 전원을 공급하기 위해 직렬로 연결된 Krona-VT 배터리 또는 2개의 3336L 배터리가 사용됩니다.
Vasiliev V. A. 외국 아마추어 라디오 디자인. M., "에너지", 1977.
