Dispozitiv voltmetru electronic. Lucrări de control: „voltmetre electronice analogice.”. Voltmetre electronice analogice

Schema bloc generalizată a voltmetrelor electronice analogice (Fig. 7.9) conține numărul maxim de blocuri, dintre care unele, în funcție de scopul voltmetrului, pot fi absente. La voltmetrele electronice echipate cu dispozitive de amplificare, consumul de energie din circuitul de măsurare este neglijabil. Avantajele voltmetrelor electronice includ: limite largi de măsurare și interval de frecvență (de la 20 Hz la 1000 MHz), sensibilitate ridicată, capacitate bună de suprasarcină.

Figura 7.9.

1. Dispozitivul de intrare este destinat pentru:

a) atenuarea semnalului de un număr dat de ori, permițând extinderea domeniului către tensiuni mari măsurate;

b) furnizarea parametrilor de intrare ai voltmetrului: impedanta de intrareîntre 1 - 10 MΩ, capacitate de intrare 1 - 30 pF.

Amplificatoare curent alternativ servesc pentru:

a) crește sensibilitatea;

b) extinderea intervalului dinamic spre tensiuni mai mici măsurate.

Pentru a îndeplini aceste sarcini, amplificatoarele de curent alternativ trebuie să aibă un câștig dat și foarte stabil în frecvența de funcționare și intervalul de temperatură, distorsiune neliniară scăzută, zgomot intrinsec scăzut și să fie insensibile la fluctuațiile tensiunii de alimentare, ceea ce se realizează prin utilizarea amplificatoarelor cu mai multe trepte. acoperite de feedback negativ.

3. Amplificatoarele DC sunt folosite pentru a potrivi rezistența internă mică a mecanismului de măsurare magnetoelectric cu rezistența mare de sarcină a convertorului. Amplificatoarele de curent continuu sunt supuse unor cerințe stricte în ceea ce privește constanța câștigului și deviația zero scăzută, adică o schimbare lentă a semnalului de ieșire în absența unui semnal de informare la intrare. Ele sunt implementate sub formă de circuite punte cu feedback negativ.

4. Convertizoarele sunt folosite pentru a converti AC în DC, detectoarele servesc drept convertoare. Detectoarele pot fi clasificate în funcție de funcția de conversie a tensiunii de intrare în ieșire în următoarele tipuri: pătratice, liniare, de amplitudine (vârf). Tipul de detector determină în mare măsură proprietățile dispozitivului: de exemplu, voltmetrele cu detectoare de amplitudine sunt frecvența cea mai mare; voltmetrele cu detectoare pătratice vă permit să măsurați tensiuni de orice formă; voltmetrele cu detectoare liniare sunt potrivite doar pentru măsurarea unui semnal armonic, dar sunt cele mai simple, mai fiabile și mai ieftine.

Analogic voltmetre electronice poate fi construit după două scheme principale: amplificator - convertor și convertor - amplificator. Primul dintre circuite este foarte sensibil, dar gama de frecvență a unor astfel de voltmetre este determinată de lățimea de bandă a amplificatorului AC și este de sute de kiloherți; al doilea circuit este folosit în voltmetre pentru a măsura tensiunea la un nivel semnificativ, deoarece. este dificil să se asigure un câștig mare folosind un amplificator DC, dar gama de frecvență a unor astfel de amplificatoare și, în consecință, voltmetrele poate fi de sute de megaherți.

Voltmetrele electronice pot avea o intrare deschisă sau închisă în raport cu componenta DC a tensiunii măsurate. Când intrarea este închisă, circuitul voltmetrului conține un condensator de separare care nu trece de componenta constantă a semnalului; când intrarea este deschisă, nu există un astfel de condensator și atât componenta variabilă, cât și componenta constantă a semnalului sunt furnizate către blocurile voltmetrului.

Element de bază folosit pentru a crea voltmetre Tensiune AC, este determinată de nivelul de tehnologie existent la momentul creării voltmetrelor (de la eșantioane de semiconductori până la proiectarea micro-integrală), cu toate acestea, scopul funcțional al blocurilor rămâne neschimbat.

Voltmetre AC (tip B3)

Voltmetrele AC sunt construite conform schemei amplificator-convertor. Ca traductoare pot fi utilizați detectoare cuadratice sau liniare.

Dacă se folosesc detectoare pătratice, atunci astfel de voltmetre se numesc voltmetre pătrate-rădăcină, schema lor bloc este prezentată în fig. 7.10.

Desen. 7.10.

Un detector pătratic transformă o tensiune alternativă într-o tensiune constantă proporțională, conform formulei (7.5), cu pătratul valorii efective a tensiunii măsurate. Aceasta înseamnă că măsurarea tensiunii rădăcină pătratică medie este asociată cu efectuarea a trei operații: pătrarea valorii instantanee a semnalului, medierea și extragerea rădăcinii din rezultatul mediei (ultima operație este de obicei efectuată la calibrare). scara voltmetrului). Punerea la pătrat a tensiunii instantanee se face de obicei folosind o diodă semiconductoare, folosind secțiunea inițială a caracteristicii curent-tensiune descrisă de o dependență pătratică. Cu toate acestea, lungimea secțiunii pătratice a caracteristicii este de obicei mică (nu mai mult de 100 mV), una dintre metodele de extindere a acestei secțiuni este metoda de aproximare liniară pe bucăți. Pentru a face acest lucru, în circuitul detector sunt incluse mai multe celule de diode și prin selectarea tensiunii de polarizare pe diode se obține o caracteristică curent-tensiune totală, apropiindu-se în formă de o curbă pătratică (Fig. 7.11).

Figura 7.11.

Dacă în voltmetrele de curent alternativ se folosesc detectoare liniare, atunci astfel de voltmetre se numesc voltmetre cu redresare medie, schema bloc a unor astfel de voltmetre este prezentată în fig. 7.12.

Figura 7.12

În astfel de voltmetre, un detector liniar este utilizat ca convertor, care transformă tensiunea alternativă în DC., proporțional cu valoarea medie redresată a tensiunii măsurate. Astfel de convertoare sunt realizate conform circuitelor de redresare cu undă completă și utilizează secțiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune a unei diode semiconductoare. În comparație cu un voltmetru redresor, un voltmetru analogic cu valori medii redresate are o sensibilitate mai mare și un consum mai mic de energie din circuitul de măsurare. Aceste voltmetre răspund la valoarea medie rectificată, sunt calibrate în valori eficace și au un factor de calibrare de C=1.

Voltmetre cu impulsuri (tip B4)

Voltmetrele cu impulsuri sunt construite conform schemei convertor-amplificator, ca convertor se folosește un detector de amplitudine, a cărui tensiune de ieșire corespunde valorii maxime (amplitudinii) a semnalului măsurat. Schema bloc a voltmetrului de impuls este prezentată în fig. 7.13.

Desen. 7.13

O caracteristică distinctivă a detectorului de amplitudine (vârf) este prezența unui element de memorie, care este un condensator care „amintește” valoarea de vârf a tensiunii măsurate.

Cele mai simple scheme de detectoare de amplitudine:

a) un detector cu conexiune serială a unei diode (detector cu intrare deschisă);

b) detector cu conexiune paralelă diodă (detector cu intrare închisă).

Figura 7.14

Un detector de amplitudine convertește un semnal AC într-unul DC, proporțional cu valoarea semnalului de intrare, prin urmare, astfel de voltmetre răspund la valori maxime, sunt calibrate la valori maxime și au C = 1.

Voltmetru universal (tip B7)

Voltmetrul universal vă permite să măsurați atât curentul continuu, cât și curentul alternativ. Când se măsoară tensiunea AC, voltmetrul are un circuit convertizor-amplificator. Ca convertor este utilizat un detector de amplitudine (vârf), a cărui tensiune de ieșire corespunde valorii maxime (amplitudinii) a semnalului măsurat. Când se măsoară tensiunea DC, aceasta este prin dispozitiv de intrare este alimentat la un amplificator de curent continuu și oferă o abatere a indicatorului mecanismului de măsurare magnetoelectric. Schema bloc a voltmetrului universal este prezentată în fig. 7.15.

Figura 7.15 4.12

Detectorul de amplitudine convertește un semnal AC într-un semnal DC proporțional cu valoarea maximă a semnalului de intrare, prin urmare, astfel de voltmetre răspund la valoarea maximă a semnalului și sunt calibrate în valori eficace. Acești parametri de tensiune AC sunt interconectați în conformitate cu (7.7) prin factorul de amplitudine, astfel încât factorul de calibrare al voltmetrului universal este

Caracteristicile voltmetrelor considerate sunt date în tabelul 7.1.

Tabelul 7.1

Tip voltmetru	Tip convertor	Valoarea tensiunii la care răspunde voltmetru, Uotk	Valoarea tensiunii în care este calibrat voltmetrul, Udeg	Valoarea coeficientului de calibrare, C
universal	Max. sens
Puls	Max. sens
Redresor mediu valoare	Vypyam mijlociu.
RMS valoare	RMS valoare
Îndreptați.	Vypyam mijlociu.
Termoelectric	RMS valoare
Electrostat.
Electrodină.
Electromag.
Magnetoelectric

B / 1 - redresor cu circuit de redresare cu jumătate de undă

B / 1 - redresor cu un circuit de redresare cu undă completă

Pentru a stăpâni materialul de curs din secțiunea „Măsurarea curentului și a tensiunii”, se oferă soluția problemelor pentru determinarea citirilor voltmetrelor pentru diferite forme de tensiuni măsurate.

Pentru a determina citirile voltmetrelor, trebuie să efectuați următoarele operații:

1) Arde model matematic tensiunea măsurată;

2) Luați în considerare tipul de intrare; cu intrarea închisă, calculați termenul constant și scoateți-l din tensiunea măsurată;

3) Aflați tensiunea la care răspunde voltmetrul Uotk;

4) Aflați citirile voltmetrului U=CUotk

Caracteristicile voltmetrelor diverse sisteme necesare în rezolvarea unor astfel de probleme sunt preluate din Tabelul 7.1.

Trebuie remarcat faptul că cele mai apropiate instrumente de măsurare de voltmetre sunt psofometrele și contoarele de nivel.

Psofometru- Acesta este un voltmetru electronic cu valori pătrate medii, a cărui caracteristică amplitudine-frecvență a amplificatorului este determinată de caracteristica filtrului psofometric inclus în acesta. Filtrul psofometric reflectă răspunsul în frecvență al selectivității organelor de percepție, iar forma sa este stabilită pe baza studiilor experimentale și a recomandărilor CCITT. De obicei, dispozitivul include două filtre psofometrice - cu caracteristici psofometrice de telefon și difuzare.

Contor de nivel- Acesta este un voltmetru pătratic, a cărui scară este gradată în unități logaritmice (decibeli). Specific pentru contorul de nivel este și capacitatea de a seta anumite valori ale impedanței de intrare: 600 ohmi, care corespund impedanțelor de intrare și ieșire ale canalului de frecvență vocală, 150, 135 și 75 ohmi pentru căile de grup.

REPUBLICA KAZAKHSTAN

Universitatea AVIEK

FACULTATEA DE INFORMAȚIE

DISCIPLINĂ: „Tehnologii de standardizare și măsurare”

TEST: "VOLTMETRE ELECTRONICE ANALOGICE."

Efectuat:

St-t gr. ZPOS-96-1

Grinev M.V.

Conf. univ. dr.

Nurmanov M.Sh.

Almaty 2000

MĂSURAREA TENSIUNII CU VOLTMETRU ELECTRONIC ANALOG

Electronic voltmetre analogice sunt primul exemplu de instrumente electronice de măsură abordate în curs. Printre acestea, există atât voltmetre cu conversie directă, cât și voltmetre de comparație. Luați în considerare principiul de funcționare, diagramele structurale și principalele unități funcționale ale voltmetrelor analogice pentru conversie și comparație directă.

VOLTMETRU ANALOG DE CONVERSIE DIRECTA

Schema bloc a unui voltmetru electronic analogic cu conversie directă corespunde diagramei tipice din fig. 2.1 și, după cum se poate observa din fig. 3.13, la chiar caz general include un dispozitiv de intrare (VU), la intrarea căruia se aplică tensiunea măsurată Ux, IP și un dispozitiv magnetoelectric folosit ca IU.

dispozitiv de intrareîn cel mai simplu caz, reprezintă un divizor al tensiunii măsurate - un atenuator, cu ajutorul căruia se extind limitele de măsurare ale voltmetrului. Pe lângă împărțirea exactă Ux, VU nu ar trebui să reducă impedanța de intrare a voltmetrului, care afectează, așa cum s-a subliniat în mod repetat, eroarea metodologică de măsurare. ux- Astfel, utilizarea unui VU sub formă de atenuator este, pe lângă suplimentară

Orez. 3.13. Schema bloc generalizată a unui voltmetru analogic cu conversie directă.

rezistențe și transformatoare de tensiune de măsurare, o altă modalitate de a extinde limitele de măsurare ale voltmetrelor. Această metodă este utilizată în voltmetre electronice și alte instrumente de măsurare radio.

Ca sursă de alimentare în voltmetrele de curent continuu (V2), este utilizat un amplificator de curent continuu (UCT), iar în voltmetrele de curent alternativ și pulsat (VZ și V4), un detector este utilizat în combinație cu un amplificator de curent continuu sau un amplificator de curent alternativ. Convertizoarele în voltmetre de alte tipuri au o structură mai complexă. În special, convertoarele voltmetrelor selective (B6) ar trebui să ofere, pe lângă detectarea și amplificarea semnalului, selecția acestuia în frecvență, iar convertoarele voltmetrelor sensibile la fază (B5) ar trebui să ofere capacitatea de a măsura nu numai amplitudinea, dar şi parametrii de fază ai semnalului studiat.

Schema bloc a voltmetrului analog DC corespunde circuitului generalizat din fig. 3.13. Unitatea funcțională principală a unor astfel de voltmetre este UPT. Voltmetrele moderne DC sunt proiectate în primul rând ca instrumente digitale.

Voltmetrele de curent alternativ și pulsat, în funcție de scop, pot fi proiectate conform uneia dintre cele două diagrame bloc (Fig. 3.14), care diferă prin tipul de IP. În voltmetrele primei modificări (Fig. 3.14, A) tensiunea măsurată Ux^ convertit la tensiune DC Ux=, care se măsoară apoi cu un voltmetru DC. Dimpotrivă, în voltmetrele celei de-a doua modificări (Fig. 3.14, b) tensiunea măsurată este mai întâi amplificată de un amplificator de curent alternativ și apoi detectată și măsurată. Dacă este necesar, un UPT poate fi conectat suplimentar între detector și DUT.

Comparând diagramele bloc din Fig. 3.14, chiar înainte de a lua în considerare soluțiile de circuit ale unităților lor funcționale, se pot trage anumite concluzii cu privire la proprietățile voltmetrelor ambelor modificări. În special, voltmetrele primei modificări în raport cu domeniul de frecvență al tensiunilor măsurate nu au restricții precum voltmetrele celei de-a doua modificări, unde acest parametru depinde de lățimea de bandă a amplificatorului AC. Dar voltmetrele celei de-a doua modificări au o sensibilitate ridicată. Din cursul „Dispozitive de amplificare” se știe că cu ajutorul unui amplificator de curent alternativ se poate obține un câștig semnificativ mai mare decât cu ajutorul UPT, adică să se proiecteze microvoltmetre cu o limită inferioară. Ux^. limitat de zgomotul propriu al amplificatorului. Prin schimbare

Orez. 3.14. Diagrame structurale ale voltmetrelor analogice de curent alternativ și pulsat:

a - cu detector la intrare; b - cu un amplificator AC la intrare.

factorul de diviziune al VU și câștigul amplificatoarelor, gama de tensiuni măsurate poate fi mare pentru voltmetrele ambelor modificări.

Tip detector în diagrame bloc fig. 3.14 stabilește dacă voltmetrele ambelor modificări aparțin voltmetrelor de amplitudine, rms sau de tensiune medie redresată. În același timp, voltmetrele de curent pulsat (B4) sunt proiectate doar ca voltmetre ale primei modificări pentru a evita denaturarea formei impulsului în amplificatorul de curent alternativ. Când se măsoară tensiunea impulsurilor unice și rareori repetitive, fie se folosesc expandoare de impulsuri capacitive cu diodă în combinație cu detectoare, fie conversia amplitudine-timp a impulsurilor, care este tipică pentru voltmetrele digitale.

Să luăm acum în considerare o diagramă bloc tipică a voltmetrelor selective, care sunt utilizate în măsurarea tensiunilor armonice joase sub interferență, în studiul spectrelor semnalelor periodice și într-un număr de alte cazuri. După cum se poate observa din fig. 3.15, voltmetrul este în esență un receptor superheterodin, al cărui principiu de funcționare este explicat în cursul „Circuite și semnale radio”.

Selectarea frecvenței semnalului de intrare se realizează folosind un oscilator local reglabil, un mixer (Cm) și un amplificator de frecvență intermediară (IFA) cu bandă îngustă, care oferă o sensibilitate ridicată și selectivitatea necesară. Dacă selectivitatea este insuficientă, se poate aplica o conversie de frecvență de două ori și uneori de trei ori. În plus, voltmetrele selective trebuie să aibă un sistem automat de control al frecvenței și un calibrator. Calibrator - exemplar

o sursă (generator) de tensiune alternativă de un anumit nivel, care face posibilă eliminarea erorilor sistematice datorate modificărilor tensiunii oscilatorului local în timpul reglajului său, modificărilor coeficienților de transfer ai nodurilor voltmetrului, influenței factori externi etc. Calibrarea voltmetrului se realizează înainte de măsurare când comutatorul P este setat din poziţia 1 în poziţia 2.

Orez. 3.15. Schema bloc a unui voltmetru selectiv.

În concluzie, remarcăm că într-un singur dispozitiv nu este dificil să combinați funcțiile de măsurare a tensiunilor directe și alternative și cu ajutorul unităților funcționale suplimentare și a comutării adecvate (asemănătoare dispozitivelor redresoare) pentru a forma dispozitive combinate, numite voltmetre universale ( B7). Tipurile moderne de astfel de voltmetre, de regulă, sunt proiectate ca instrumente digitale, ceea ce le permite să-și extindă și mai mult funcționalitatea și să îmbunătățească precizia. În acest sens, caracteristicile construcției diagramelor structurale ale voltmetrelor universale vor fi luate în considerare în lucrările colegilor.

VOLTMETRU DE COMPARAȚIE ANALOG

Orez. 3.16. Circuit potențiometru de măsurare.

Voltmetrele electronice analogice de comparație implementează în cea mai mare parte cea mai comună modificare a metodei de comparație - metoda zero. Prin urmare, ele sunt adesea numite compensatorie voltmetre. În comparație cu voltmetrele cu conversie directă, acestea sunt instrumente mai complexe, dar, după cum am subliniat mai devreme, instrumente mai precise. În plus, din diagrama din Fig. 2.2 se poate observa ca in momentul compensarii DX=0 si aparatul nu consuma energie de la sursa X.În ceea ce privește voltmetrele de compensare, aceasta înseamnă posibilitatea de a măsura nu numai tensiunea, ci și EMF-ul surselor de putere redusă. În practica măsurătorilor electroradio, astfel de măsurători se efectuează atât cu ajutorul voltmetrelor electronice de compensare, cât și cu cele electromecanice. Pentru a explica utilizarea metodei zero în măsurarea EMF și a tensiunii, să luăm în considerare mai întâi circuitul clasic al unui compensator electromecanic DC prezentat în Fig. 3.16.

Una dintre principalele unități funcționale ale oricărui compensator este un rezistor variabil de înaltă precizie. R, pe scara căreia se numără valoarea măsurată a EMF (Ex) sau tensiune (Ux). Prin urmare, este obișnuit să apelați compensatori conform măsurării GOST 9245-79 potențiometre. Ca măsură exemplară a EMF, element normal(NE) - sursă electrochimică, EMF (Ea) care este cunoscut cu un grad foarte mare de acurateţe. Cu toate acestea, capacitatea NE este mică și o comparație pe termen lung în timpul măsurătorilor Ex(Ux) Cu Yong imposibil. Prin urmare, circuitul potențiometrului este completat cu o sursă auxiliară de EMF de mare capacitate (Eo). Pentru comparare cu Ex(Ux) se folosește căderea de tensiune pe rezistorul de referință Rn., creat de curentul de la sursă EO- curent de funcționare (Ip), care este prestabilit. Deci procesul de măsurare Ex{ Ux) ar trebui să fie în două etape.

În prima etapă, se setează valoarea necesară a lui Ir. Pentru a face acest lucru, setați comutatorul în poziția 1 și utilizați potențiometrul Rp obțineți o citire zero a indicatorului și (de regulă, un galvanometru magnetoelectric). După cum se poate observa din fig. 3.16, aceasta corespunde IPRn=En, adică curentul de funcționare Ip, care apoi trebuie să rămână constant, va reproduce valoarea în timpul procesului de măsurare En.

În a doua etapă, se măsoară valoarea Ex(Ux). Pentru a face acest lucru, comutatorul este mutat în poziția 2, și modificarea rezistenței potențiometrului R realizați din nou o citire zero a lui I. Când Ip = const, aceasta corespunde Ex (Ux) = IPR, adică valoarea dorită Ex(U^}^. Rși poate fi măsurat pe o scară R.

Astfel, caracteristicile metrologice ale potențiometrelor de măsurare DC sunt determinate de parametrii NO, rezistențe de referință, indicator și sursă. UE. Ca NE, se folosesc celule galvanice reversibile saturate și nesaturate, al căror electrod pozitiv este format din mercur, iar electrodul negativ este format din amalgam de cadmiu. Clasele de precizie ale NE sunt reglementate de GOST 1954-82 în intervalul 0,0002 ... 0,02 și determină clasa de precizie a potențiometrului în ansamblu. Potențiometru R se realizează după o schemă specială care asigură constanta lui /p la schimbare Rși numărul necesar de caractere (decenii) la numărare Ex(Ux). Aceste cerințe sunt îndeplinite de circuite cu decenii de înlocuire și derivație.

Potențiometrele de măsurare pot fi utilizate și pentru măsurarea tensiunilor alternative. Cu toate acestea, tensiunea de compensare trebuie reglată în acest caz nu numai în valoare absolută, ci și în fază. Prin urmare, astfel de potențiometre au mai multe schema complexa decât potențiometrele de curent continuu, iar din punct de vedere al preciziei sunt semnificativ inferioare acestora din cauza lipsei unei măsuri exemplare asupra curentului alternativ, asemănătoare ca caracteristici cu NE. În practica măsurătorilor radio electrice, acestea sunt complet înlocuite cu voltmetre electronice de compensare.

În voltmetrele de compensare, tensiunea măsurată (DC, AC, impuls) este comparată cu o tensiune de compensare constantă, care, la rândul său, este măsurată cu precizie de un voltmetru DC și este o măsură Ux. O diagramă bloc tipică a unui astfel de voltmetru este prezentată în fig. 3.17.

După cum se poate observa din fig. 3.17, baza voltmetrului este o compensare IP, constând dintr-o diodă de măsurare V s sarcină R, sursă reglabilă de tensiune de compensare constantă -Ek, amplificator și indicator cu două stări stabile. Cu absenta Ux indicator implementat folosind

nodurile funcționale se află în prima stare stabilă, iar la o anumită valoare de prag intră în a doua stare. Procesul de măsurare Ux se reduce la o creștere treptată Ek până când indicatorul intră în a doua stare stabilă. Sens Ek, corespunzător momentului de tranziție, se măsoară cu un voltmetru de curent continuu și este o măsură Ux.

Orez. 3.17. Schema bloc a unui voltmetru de compensare.

În combinație cu alte soluții de circuit (utilizarea unui indicator cu o tensiune de prag scăzută, o diodă de măsurare a lămpii cu o caracteristică stabilă etc.), este posibil să se proiecteze voltmetre de compensare de înaltă precizie.

Dezavantajul schemei luate în considerare este necesitatea instalării Pentru ea manual. Prin urmare, la majoritatea voltmetrelor, circuitul IP este complicat prin furnizarea de compensare automată UxȘi Ek. Voltmetrele cu autocompensare sunt instrumente cu citire directă și sunt mai ușor de utilizat.

PĂRȚI PRINCIPALE ALE VOLTMETRULOR ANALOG

Luați în considerare soluțiile de circuit ale principalelor unități funcționale care determină caracteristicile metrologice ale voltmetrelor analogice. Majoritatea acestor noduri sunt utilizate în alte tipuri de instrumente electronice de măsurare.

dispozitiv de intrare

După cum sa menționat mai sus, WU este proiectat pentru a extinde limitele de măsurare ale voltmetrului. În cel mai simplu caz, este un atenuator realizat după scheme rezistive (Fig. 3.18, a), capacitive (Fig. 3.18, b) sau combinate (Fig. 3.18, c).

Îndeplinirea cerințelor rămase și, mai ales, asigurarea unei rezistențe mari de intrare și a unei capacități de intrare minime a voltmetrului duce în unele cazuri la o complicație a structurii WU. Cel mai versatil și utilizat frecvent în voltmetrele moderne de curent alternativ este VU, a cărui diagramă bloc este prezentată în fig. 3.19.

Caracteristica fundamentală a acestui circuit este modificarea Uv folosind un atenuator rezistiv de rezistență scăzută cu o impedanță constantă de intrare și ieșire. Acest lucru îmbunătățește acuratețea măsurătorilor. Ux~, dar necesită introducerea unui convertor de impedanță (PI) în structura VU, care asigură transformarea rezistenței mari de intrare a voltmetrului într-o impedanță de intrare scăzută a atenuatorului. Ca PI, cel mai des este folosit un adept de tensiune pe un tranzistor cu efect de câmp cu feedback negativ profund. Prin utilizarea

Orez. 3.18. Circuite de atenuare a voltmetrului:

rezistențe a-on; b - pe condensatoare; c - combinate.

Orez. 3.19. Schema structurală a dispozitivului universal de intrare.

divizorul de tensiune de intrare (VDN) oferă o oportunitate suplimentară de a extinde limitele de măsurare ale voltmetrului. VDN este un divizor rezistor-capacitiv fix (vezi Fig. 3.18, V)

La frecvențe înalte, rezistența de intrare a voltmetrului scade, iar capacitatea de intrare și inductanța conductorilor formează un circuit oscilator în serie, care are rezistență aproape nulă la frecvența de rezonanță. Pentru a neutraliza aceste efecte, PI este proiectat ca o telecomandă sondă cu VDN sub formă de duză.

Amplificatoare

Amplificatoarele de curent continuu, după cum se poate vedea din diagramele bloc (vezi Fig. 3.13 și 3.14, o), oferă suficientă putere pentru a conduce IM-ul unui dispozitiv magnetoelectric și potrivesc impedanța de intrare a DUT cu impedanța de ieșire a VU sau detector. Două cerințe principale sunt impuse UPT: constanta ridicată a câștigului și fluctuații neglijabile ale valorii de ieșire în absența Ux= (Drift zero). De aceea totul scheme practice UPT-urile au un feedback negativ profund (NFB), care le asigură funcționarea stabilă și insensibilitatea la suprasarcini. Metode radicale pentru a combate deriva zero sunt corectarea periodică a acestuia, precum și transformarea Uх=într-o tensiune alternativă cu amplificarea și redresarea ulterioară a acestei tensiuni.

Amplificatoarele de curent alternativ, în conformitate cu scopul lor funcțional (vezi Fig. 3.14, b), trebuie să aibă o sensibilitate ridicată, mare importanțăși stabilitate ridicată a câștigului, distorsiune neliniară scăzută și lățime de bandă largă (cu excepția voltmetrului selectiv IF). Doar amplificatoarele cu mai multe trepte cu OOS și legături pentru corectarea răspunsului în frecvență pot satisface aceste cerințe conflictuale. În unele cazuri, amplificatoare logaritmice sunt folosite pentru a obține o scară liniară ^ în decibeli. Dacă sarcina este de a minimiza eroarea aditivă a voltmetrului, amplificatoarele pot fi cu două canale cu amplificarea semnalului principal și a semnalului care corectează eroarea aditivă. Pentru a extinde funcționalitatea, multe voltmetre au o ieșire specială de amplificator și pot fi folosite ca amplificatoare de bandă largă. Mai mult, amplificatoarele pot fi produse ca instrumente de măsurare independente, formând un subgrup U.

Amplificatoarele DC și AC sunt discutate în detaliu în cursul Dispozitive de amplificare.

Detector

Tipul de detector determină, după cum sa menționat deja, dacă voltmetrele AC aparțin voltmetrelor de amplitudine, rms sau de tensiune medie redresată. În conformitate cu aceasta, detectoarele înșiși sunt clasificate după cum urmează: în funcție de parametru Ux~^ care corespunde curentului sau tensiunii din circuitul de ieșire al detectorului: detector de vârf, detectoare rms și de tensiune medie redresată; conform schemei de intrare: detectoare cu intrări de tensiune DC deschise și închise;

după caracteristica de detecţie: detectoare liniare şi pătratice.

Orez. 3.20. Circuite detectoare de vârf:

A - cu intrare deschisă; B - c intrare închisă.

Detector de vârf - este un detector a cărui tensiune de ieșire corespunde direct t/max sau<7min (Ov sau Ne). Detectorul de vârf este liniar și poate avea o intrare de tensiune continuă deschisă (Fig. 3.20, a) sau închisă (Fig. 3.20, b).

Principiul de funcționare al detectoarelor de vârf este specific și constă în încărcarea condensatorului C printr-o diodă V până la valoarea maximă (de vârf) Ux~ , care este apoi stocat dacă constanta de timp de descărcare C (via R) mult mai mare decât constanta de timp de încărcare. Comutarea polarității V definește o potrivire Ux= sau Umax(UV), sau Umin(Un) și posibile pulsații U x= sunt netezite de un lant RF, SF. Dacă detectorul are o intrare deschisă, U x= este determinată de suma U și UV(Un), adică corespunde Umax (Umin) Cu intrare închisă U x= corespunde UV(Un). Dacă Ux~ nu conține o componentă constantă, atunci circuitele prezentate în Fig. 3.20, a, b sunt identice și U x= corespunde um. În unele cazuri, se folosesc detectoare de vârf cu undă completă cu dublare a tensiunii, permițând măsurarea directă a valorii de vârf la vârf a tensiunii.

Un avantaj esențial al detectorilor de vârf este impedanța lor mare de intrare (egal cu R/2 pentru circuitul din fig. 3.20, AȘi R/3- pentru circuitul din fig. 3.20, b)și cele mai bune proprietăți de frecvență în comparație cu alte tipuri de detectoare. Prin urmare, detectoarele de vârf sunt utilizate cel mai adesea la voltmetrele de prima modificare (vezi Fig. 3.14, o), fiind proiectate structural împreună cu UV-ul sub forma unei sonde externe. În acest caz, cablul care conectează sonda la dispozitiv transmite Ux=.

detector RMS - este un convertor AC la DC (tensiune) proporțional cu U 2 ck. Caracteristica de detectare în acest caz ar trebui să fie pătratică, iar când este activată. Dacă U- este necesar un detector cu o intrare deschisă. În tipurile moderne de voltmetre, se folosesc în principal detectoare pătratice cu convertoare termice, similare convertoarelor de ampermetre termoelectrice. Principalul lor dezavantaj, așa cum sa menționat mai devreme, este caracterul pătratic al scalei instrumentului. La voltmetre, acest dezavantaj este eliminat prin utilizarea unui circuit diferențial pentru pornirea a două (sau mai multe) convertoare termice, așa cum se arată în Fig. 3.21.

Orez. 3.21. Schema structurală a detectorului de tensiune RMS.

Când tensiunea măsurată este aplicată la convertorul termic TP1 Ux~ tensiunea de ieșire TP1 prin analogie cu (3.26) U 1 =k t U 2 sk.

În plus față de TP1, circuitul are un al doilea convertor termic TP2, care este conectat vizavi de TP1. O tensiune de feedback este aplicată la TP2, deci

tensiune de ieșire U 2 == k t BU 2 3 .

Astfel, la intrarea UPT-ului, rezultă o tensiune

U 1 - U 2 = kt(U 2 sc - BU 2 3)

ce face

U 3 \u003d k upt k t (U 2 sk - BU 2 3).

Dacă parametrii schemei sunt aleși astfel încât

k upt k t BU 2 3 >> U 3 ,

apoi in sfarsit U 3 º Uck, adică scara DUT va fi uniformă.

Detector de valoare medie rectificată - acesta este un convertor de tensiune alternativă în curent continuu, proporțional cu Usv. Schematic, se bazează pe un redresor semiconductor cu undă întreagă, considerat în analiza ampermetrelor redresor (vezi § 3.4.1). Cu toate acestea, trebuie adăugat că liniaritatea caracteristicilor unor astfel de detectoare va fi cu atât mai bună, cu atât mai mult Ux~(pentru mici Ux~ detectorul devine pătratic). Prin urmare, detectoarele valorii medii rectificate, de regulă, sunt utilizate în voltmetrele celei de-a doua modificări (Fig. 3.14, b).