Elektronický voltmetrový prístroj. Riadiaca práca: "analógové elektronické voltmetre.". Elektronické analógové voltmetre

Zovšeobecnená bloková schéma analógových elektronických voltmetrov (obr. 7.9) obsahuje maximálny počet blokov, z ktorých niektoré môžu v závislosti od účelu voltmetra chýbať. V elektronických voltmetroch vybavených zosilňovacími zariadeniami je spotreba energie z meracieho obvodu zanedbateľná. Medzi výhody elektronických voltmetrov patria: široké limity merania a frekvenčný rozsah (od 20 Hz do 1000 MHz), vysoká citlivosť, dobrá preťažiteľnosť.

Obrázok 7.9.

1. Vstupné zariadenie je určené pre:

a) zoslabenie signálu o daný počet krát, čo umožňuje rozšíriť rozsah smerom k veľkým meraným napätiam;

b) poskytnutie vstupných parametrov voltmetra: vstupná impedancia v rozsahu 1 - 10 MΩ, vstupná kapacita 1 - 30 pF.

Zosilňovače striedavý prúd slúžiť na:

a) zvýšiť citlivosť;

b) rozšírenie dynamického rozsahu smerom k nižším meraným napätiam.

Na vykonávanie týchto úloh musia mať AC zosilňovače dané a vysoko stabilné zosilnenie v rozsahu prevádzkovej frekvencie a teplôt, nízke nelineárne skreslenie, nízky vlastný šum a musia byť necitlivé na kolísanie napájacieho napätia, čo sa dosahuje použitím viacstupňových zosilňovačov. pokrytá negatívnou spätnou väzbou.

3. Jednosmerné zosilňovače slúžia na zosúladenie malého vnútorného odporu magnetoelektrického meracieho mechanizmu s veľkým zaťažovacím odporom meniča. Jednosmerné zosilňovače podliehajú prísnym požiadavkám na stálosť zosilnenia a nízky nulový drift, t.j. pomalú zmenu výstupného signálu pri absencii informačného signálu na vstupe. Sú realizované vo forme mostíkových obvodov s negatívnou spätnou väzbou.

4. Meniče slúžia na premenu AC na DC, detektory slúžia ako prevodníky. Detektory možno klasifikovať podľa funkcie premeny vstupného napätia na výstupné do nasledujúcich typov: kvadratické, lineárne, amplitúdové (špičkové). Typ detektora do značnej miery určuje vlastnosti zariadenia: napríklad voltmetre s amplitúdovými detektormi majú najvyššiu frekvenciu; voltmetre s kvadratickými detektormi umožňujú merať napätia akejkoľvek formy; voltmetre s lineárnymi detektormi sú vhodné len na meranie harmonického signálu, sú však najjednoduchšie, najspoľahlivejšie a najlacnejšie.

Analógové elektronické voltmetre môžu byť postavené podľa dvoch hlavných schém: zosilňovač - prevodník a prevodník - zosilňovač. Prvý z obvodov je vysoko citlivý, ale frekvenčný rozsah takýchto voltmetrov je určený šírkou pásma AC zosilňovača a je v stovkách kilohertzov; druhý obvod sa používa vo voltmetroch na meranie napätia na významnej úrovni, pretože. je ťažké poskytnúť veľký zisk pomocou jednosmerného zosilňovača, ale frekvenčný rozsah takýchto zosilňovačov a teda voltmetrov môže byť stovky megahertzov.

Elektronické voltmetre môžu mať otvorený alebo uzavretý vstup vzhľadom na jednosmernú zložku meraného napätia. Keď je vstup zatvorený, obvod voltmetra obsahuje oddeľovací kondenzátor, ktorý neprepúšťa konštantnú zložku signálu; keď je vstup otvorený, takýto kondenzátor neexistuje a premenná aj konštantná zložka signálu sa privádzajú do voltmeter blokuje.

Základňa prvkov používaná na vytvorenie voltmetrov striedavé napätie, je určená úrovňou technológie existujúcej v čase vzniku voltmetrov (od polovodičových vzoriek po mikrointegrálny dizajn), funkčný účel blokov však zostáva nezmenený.

AC voltmetre (typ B3)

AC voltmetre sú postavené podľa schémy zosilňovač-konvertor. Ako prevodníky možno použiť kvadratické alebo lineárne detektory.

Ak sa použijú kvadratické detektory, potom sa takéto voltmetre nazývajú root-mean-square voltmetre, ich bloková schéma je znázornená na obr. 7.10.

Kreslenie. 7.10.

Kvadratický detektor prevádza striedavé napätie na konštantné napätie úmerné podľa vzorca (7.5) druhej mocnine efektívnej hodnoty nameraného napätia. To znamená, že meranie odmocniny napätia je spojené s vykonaním troch operácií: kvadratúra okamžitej hodnoty signálu, spriemerovanie a extrakcia odmocniny z výsledku spriemerovania (posledná operácia sa zvyčajne vykonáva pri kalibrácii stupnica voltmetra). Kvadratúra okamžitého napätia sa zvyčajne vykonáva pomocou polovodičovej diódy s použitím počiatočnej časti charakteristiky prúdového napätia opísanej kvadratickou závislosťou. Dĺžka kvadratického rezu charakteristiky je však zvyčajne malá (nie viac ako 100 mV), jednou z metód rozšírenia tohto úseku je metóda po častiach lineárna aproximácia. Za týmto účelom je v obvode detektora zahrnutých niekoľko diódových článkov a výberom predpätia na diódach sa získa celková prúdovo-napäťová charakteristika, ktorá sa tvarom približuje kvadratickej krivke (obr. 7.11).

Obrázok 7.11.

Ak sa v striedavých voltmetroch používajú lineárne detektory, potom sa takéto voltmetre nazývajú stredne usmernené voltmetre, bloková schéma takýchto voltmetrov je znázornená na obr. 7.12.

Obrázok 7.12

V takýchto voltmetroch sa ako prevodník používa lineárny detektor, ktorý premieňa striedavé napätie na D.C., úmerné priemernej usmernenej hodnote nameraného napätia. Takéto meniče sú vyrobené podľa celovlnných usmerňovacích obvodov a využívajú lineárny úsek prúdovo-napäťovej charakteristiky polovodičovej diódy. V porovnaní s usmerňovacím voltmetrom má analógový voltmeter priemerných usmernených hodnôt vyššiu citlivosť a nižšiu spotrebu meracieho obvodu. Tieto voltmetre reagujú na priemernú rektifikovanú hodnotu, sú kalibrované v efektívnych hodnotách a majú kalibračný faktor C=1.

Pulzné voltmetre (typ B4)

Pulzné voltmetre sú postavené podľa schémy prevodník-zosilňovač, ako prevodník sa používa amplitúdový detektor, ktorého výstupné napätie zodpovedá maximálnej (amplitúdovej) hodnote meraného signálu. Bloková schéma impulzného voltmetra je znázornená na obr. 7.13.

Kreslenie. 7.13

Charakteristickým znakom amplitúdového (špičkového) detektora je prítomnosť pamäťového prvku, ktorým je kondenzátor, ktorý si „pamätá“ špičkovú hodnotu nameraného napätia.

Najjednoduchšie schémy amplitúdových detektorov:

a) detektor so sériovým zapojením diódy (detektor s otvoreným vstupom);

b) detektor s paralelné pripojenie dióda (detektor s uzavretým vstupom).

Obrázok 7.14

Amplitúdový detektor konvertuje striedavý signál na jednosmerný, úmerný hodnote vstupného signálu, preto takéto voltmetre reagujú na maximálne hodnoty, sú kalibrované na maximálne hodnoty a majú C = 1.

Univerzálny voltmeter (typ B7)

Univerzálny voltmeter umožňuje merať jednosmerný aj striedavý prúd. Pri meraní striedavého napätia má voltmeter obvod prevodník-zosilňovač. Ako prevodník je použitý amplitúdový (špičkový) detektor, ktorého výstupné napätie zodpovedá maximálnej (amplitúdovej) hodnote meraného signálu. Pri meraní jednosmerného napätia je cez vstupné zariadenie sa privádza do jednosmerného zosilňovača a poskytuje odchýlku ukazovateľa magnetoelektrického meracieho mechanizmu. Bloková schéma univerzálneho voltmetra je znázornená na obr. 7.15.

Obrázok 7.15 4.12

Amplitúdový detektor konvertuje striedavý signál na jednosmerný signál úmerný maximálnej hodnote vstupného signálu, preto takéto voltmetre reagujú na maximálnu hodnotu signálu a sú kalibrované v efektívnych hodnotách. Tieto parametre striedavého napätia sú prepojené v súlade s (7.7) faktorom amplitúdy, takže kalibračný faktor univerzálneho voltmetra je

Charakteristiky uvažovaných voltmetrov sú uvedené v tabuľke 7.1.

Tabuľka 7.1

Typ voltmetra	Typ prevodníka	Hodnota napätia, na ktorú reaguje voltmeter, Uotk	Hodnota napätia, na ktorú je voltmeter kalibrovaný, Udeg	Hodnota kalibračného koeficientu, С
Univerzálny	Max. význam
Pulz	Max. význam
Stredný usmerňovač hodnotu	Stred vypyam.
RMS hodnotu	RMS hodnotu
Narovnať.	Stred vypyam.
Termoelektrické	RMS hodnotu
Elektrostat.
Electrodyne.
Elektromag.
Magnetoelektrické

B / 1 - usmerňovač s polovlnným usmerňovacím obvodom

B / 1 - usmerňovač s celovlnným usmerňovacím obvodom

Na zvládnutie učebného materiálu v časti "Meranie prúdu a napätia" je poskytnuté riešenie problémov na určenie hodnôt voltmetrov pre rôzne formy meraných napätí.

Ak chcete určiť hodnoty voltmetrov, musíte vykonať nasledujúce operácie:

1) Spáliť matematický model merané napätie;

2) Zvážte typ vstupu; so zatvoreným vstupom vypočítajte konštantný člen a odstráňte ho z nameraného napätia;

3) Nájdite napätie, na ktoré reaguje voltmeter Uotk;

4) Nájdite hodnoty voltmetra U=CUotk

Charakteristika voltmetrov rôzne systémy potrebné pri riešení takýchto problémov sú prevzaté z tabuľky 7.1.

Treba poznamenať, že najbližšie meracie prístroje k voltmetrom sú psofometre a hladinomery.

Psophometer- Jedná sa o elektronický voltmeter efektívnych hodnôt, ktorého amplitúdovo-frekvenčná charakteristika zosilňovača je určená charakteristikou psofometrického filtra, ktorý je v ňom zahrnutý. Psofometrický filter odráža frekvenčnú odozvu selektivity orgánov vnímania a jeho forma je stanovená na základe experimentálnych štúdií a odporúčaní CCITT. Zariadenie zvyčajne obsahuje dva psofometrické filtre - s telefónnymi a vysielacími psofometrickými charakteristikami.

Hladinomer- Toto je kvadratický voltmeter, ktorého stupnica je odstupňovaná v logaritmických jednotkách (decibeloch). Špecifikom pre merač úrovne je tiež možnosť nastavenia určitých hodnôt vstupnej impedancie: 600 ohmov, čo zodpovedá vstupným a výstupným impedanciám hlasového frekvenčného kanála, 150, 135 a 75 ohmov pre skupinové cesty.

REPUBLIKA KAZACHSTAN

univerzita AVIEK

FAKULTA INFORMAČNÝCH VIED

DISCIPLÍNA: "Technológie štandardizácie a merania"

TEST: "ANALOGOVÉ ELEKTRONICKÉ VOLTMETRE."

Dokončené:

St-t gr. ZPOS-96-1

Grinev M.V.

docent, Ph.D.

Nurmanov M.Sh.

Almaty 2000

MERANIE NAPÄTIA ELEKTRONICKÝM ANALOGOVÝM VOLTMETROM

Elektronické analógové voltmetre sú prvým príkladom elektronických meracích prístrojov zahrnutých v kurze. Medzi nimi sú voltmetre priamej konverzie aj porovnávacie voltmetre. Zvážte princíp činnosti, štrukturálne schémy a hlavné funkčné jednotky analógových voltmetrov na priamu konverziu a porovnanie.

ANALOGOVÝ PRIAMY KONVERZNÝ VOLTMETER

Bloková schéma elektronického analógového voltmetra s priamou konverziou zodpovedá typickej schéme na obr. 2.1 a ako je zrejmé z obr. 3.13 v hod všeobecný prípad obsahuje vstupné zariadenie (VU), na vstup ktorého je privedené namerané napätie Ux, IP a magnetoelektrické zariadenie používané ako IU.

vstupné zariadenie v najjednoduchšom prípade predstavuje delič meraného napätia - atenuátor, pomocou ktorého sa rozširujú meracie limity voltmetra. Okrem presného delenia ux, JV by nemala znižovať vstupnú impedanciu voltmetra, čo ovplyvňuje, ako už bolo opakovane zdôraznené, metodickú chybu merania Ux- Použitie JV vo forme atenuátora je teda navyše doplnkové

Ryža. 3.13. Zovšeobecnená bloková schéma priameho prevodného analógového voltmetra.

odporov a meracích transformátorov napätia, ďalší spôsob rozšírenia meracích limitov voltmetrov. Práve táto metóda sa používa v elektronických voltmetroch a iných rádiových meracích prístrojoch.

Ako napájací zdroj v DC voltmetroch (V2) sa používa jednosmerný zosilňovač (UCT) a pri AC a pulzných voltmetroch (VZ a V4) detektor v kombinácii s jednosmerným zosilňovačom alebo AC zosilňovačom. Prevodníky vo voltmetroch iných typov majú zložitejšiu štruktúru. Predovšetkým prevodníky selektívnych voltmetrov (B6) by mali zabezpečovať okrem detekcie a zosilnenia signálu aj jeho výber frekvencie a prevodníky fázovo citlivých voltmetrov (B5) by mali poskytovať možnosť merania nielen amplitúdy, ale aj fázové parametre skúmaného signálu.

Bloková schéma analógového jednosmerného voltmetra zodpovedá zovšeobecnenému obvodu na obr. 3.13. Hlavnou funkčnou jednotkou takýchto voltmetrov je UPT. Moderné jednosmerné voltmetre sú určené predovšetkým ako digitálne prístroje.

Voltmetre striedavého a impulzného prúdu v závislosti od účelu môžu byť navrhnuté podľa jednej z dvoch blokových schém (obr. 3.14), ktoré sa líšia typom IP. Vo voltmetroch prvej modifikácie (obr. 3.14, A) namerané napätie Ux^ prevedené na jednosmerné napätie Ux=, ktorý sa potom meria jednosmerným voltmetrom. Naopak, vo voltmetroch druhej modifikácie (obr. 3.14, b) merané napätie je najprv zosilnené AC zosilňovačom a následne detekované a merané. V prípade potreby je možné medzi detektor a DUT dodatočne pripojiť UPT.

Pri porovnaní blokových schém na obr. 3.14, ešte pred zvážením obvodových riešení ich funkčných jednotiek je možné vyvodiť určité závery týkajúce sa vlastností voltmetrov oboch modifikácií. Najmä voltmetre prvej modifikácie vo vzťahu k frekvenčnému rozsahu meraných napätí nemajú také obmedzenia ako voltmetre druhej modifikácie, kde tento parameter závisí od šírky pásma AC zosilňovača. Ale voltmetre druhej modifikácie majú vysokú citlivosť. Z kurzu "Zosilňovacie zariadenia" je známe, že pomocou AC zosilňovača je možné získať výrazne vyšší zisk ako pomocou UPT, t.j. navrhovať mikrovoltmetre s dolnou hranicou Ux^. obmedzený vlastným šumom zosilňovača. Cez zmenu

Ryža. 3.14. Štrukturálne schémy analógových voltmetrov striedavého a impulzného prúdu:

a - s detektorom pri vchode; b - so zosilňovačom striedavého prúdu na vstupe.

deliaci faktor VU a zosilnenie zosilňovačov, rozsah meraných napätí môže byť veľký pre voltmetre oboch modifikácií.

Typ detektora v blokových schémach obr. 3.14 určuje, či voltmetre oboch modifikácií patria medzi voltmetre amplitúdového, rms alebo stredného usmerneného napätia. Zároveň sú pulzné prúdové voltmetre (B4) navrhnuté len ako voltmetre prvej modifikácie, aby sa predišlo skresleniu tvaru impulzu v AC zosilňovači. Pri meraní napätia jednotlivých a zriedkavo sa opakujúcich impulzov sa používajú buď diódovo-kapacitné expandéry impulzov v kombinácii s detektormi, alebo amplitúdovo-časová konverzia impulzov, ktorá je typická pre digitálne voltmetre.

Pozrime sa teraz na typickú blokovú schému selektívnych voltmetrov, ktoré sa používajú pri meraní nízkych harmonických napätí pri rušení, pri štúdiu spektier periodických signálov a v mnohých ďalších prípadoch. Ako je možné vidieť na obr. 3.15 je voltmeter v podstate superheterodynový prijímač, ktorého princíp činnosti je vysvetlený v kurze "Rádiové obvody a signály".

Výber frekvencie vstupného signálu sa vykonáva pomocou laditeľného lokálneho oscilátora, zmiešavača (Cm) a úzkopásmového medzifrekvenčného zosilňovača (IFA), ktorý poskytuje vysokú citlivosť a požadovanú selektivitu. Ak je selektivita nedostatočná, možno použiť dvojnásobnú a niekedy trojnásobnú frekvenčnú konverziu. Okrem toho musia mať selektívne voltmetre systém automatického riadenia frekvencie a kalibrátor. Kalibrátor - ukážkový

zdroj (generátor) striedavého napätia určitej úrovne, ktorý umožňuje eliminovať systematické chyby v dôsledku zmien napätia lokálneho oscilátora pri jeho ladení, zmeny koeficientov prenosu uzlov voltmetra, vplyv vonkajšie faktory atď. Kalibrácia voltmetra sa vykonáva pred meraním, keď je prepínač P nastavený z polohy 1 do polohy 2.

Ryža. 3.15. Bloková schéma selektívneho voltmetra.

Na záver poznamenávame, že v jednom zariadení nie je ťažké skĺbiť funkcie merania jednosmerných a striedavých napätí a pomocou prídavných funkčných jednotiek a vhodného spínania (podobne ako usmerňovacie zariadenia) vytvárať kombinované zariadenia, nazývané univerzálne voltmetre ( B7). Moderné typy takýchto voltmetrov sú spravidla navrhnuté ako digitálne prístroje, čo im umožňuje ďalej rozširovať ich funkčnosť a zlepšovať presnosť. V tomto ohľade sa v prácach kolegov zvážia vlastnosti konštrukcie štruktúrnych schém univerzálnych voltmetrov.

ANALOGOVÝ POROVNÁVACÍ VOLTMETER

Ryža. 3.16. Obvod meracieho potenciometra.

Elektronické analógové porovnávacie voltmetre z väčšej časti implementujú najbežnejšiu modifikáciu porovnávacej metódy - nulovú metódu. Preto sa často nazývajú kompenzačné voltmetre. V porovnaní s voltmetrami s priamou konverziou sú to zložitejšie, ale, ako už bolo zdôraznené, presnejšie prístroje. Okrem toho zo schémy na obr. 2.2 je vidieť, že v momente kompenzácie DX=0 a zariadenie nespotrebúva energiu zo zdroja X. S ohľadom na kompenzačné voltmetre to znamená možnosť merania nielen napätia, ale aj EMF zdrojov s nízkym výkonom. V praxi elektrorádiových meraní sa takéto merania vykonávajú ako pomocou elektronických kompenzačných voltmetrov, tak aj elektromechanických. Na vysvetlenie použitia nulovej metódy pri meraní EMF a napätia uvažujme najprv klasický obvod elektromechanického jednosmerného kompenzátora znázorneného na obr. 3.16.

Jednou z hlavných funkčných jednotiek akéhokoľvek kompenzátora je vysoko presný premenlivý odpor. R, na stupnici, na ktorej sa počíta nameraná hodnota EMF (Ex) alebo napätie (Ux). Preto je obvyklé volať kompenzátory podľa merania GOST 9245-79 potenciometre. Ako príklad merania EMF, normálny prvok(NE) - elektrochemický zdroj, EMP (Ea) ktorý je známy s veľmi vysokým stupňom presnosti. Kapacita SV je však malá a pri meraniach ide o dlhodobé porovnanie Napr(Ux) s Yong nemožné. Preto je obvod potenciometra doplnený o pomocný zdroj vysokokapacitného EMF (Eo). Pre porovnanie s Napr(Ux) použije sa úbytok napätia na referenčnom rezistore Rn., vytvorený prúdom zo zdroja EO- prevádzkový prúd (Ip), ktorý je prednastavený. Takže proces merania Napr{ Ux) by mala byť v dvoch etapách.

V prvej fáze sa nastaví požadovaná hodnota Ir. Za týmto účelom nastavte prepínač do polohy 1 a použite potenciometer Rp dosiahnuť nulovú hodnotu indikátora AND (spravidla magnetoelektrický galvanometer). Ako je možné vidieť na obr. 3.16, to zodpovedá IPRn=En, t.j. prevádzkový prúd Ip, ktorý potom musí zostať konštantný, bude reprodukovať hodnotu počas procesu merania En.

V druhej fáze sa meria hodnota Ex(Ux). Za týmto účelom sa prepínač presunie do polohy 2, a zmenou odporu potenciometra R opäť dosiahnuť nulovú hodnotu I. Keď Ip = const, to zodpovedá Napr (Ux) = IPR, t.j. požadovaná hodnota Napr(U^}^. R a dá sa merať na stupnici R.

Metrologické charakteristiky DC meracích potenciometrov sú teda určené parametrami NO, referenčných rezistorov, indikátora a zdroja EÚ. Ako NE sa používajú nasýtené a nenasýtené reverzibilné galvanické články, ktorých kladná elektróda je tvorená ortuťou a záporná elektróda je tvorená amalgámom kadmia. Triedy presnosti NE sú regulované GOST 1954-82 v rozmedzí 0,0002 ... 0,02 a určujú triedu presnosti potenciometra ako celku. Potenciometer R sa vykonáva podľa špeciálnej schémy, ktorá zabezpečuje stálosť /p pri zmene R a potrebný počet znakov (desaťročí) pri počítaní Napr(Ux). Tieto požiadavky spĺňajú obvody s výmenou a shuntom desiatky rokov.

Meracie potenciometre je možné použiť aj na meranie striedavého napätia. Kompenzačné napätie však musí byť v tomto prípade regulované nielen v absolútnej hodnote, ale aj vo fáze. Preto majú takéto potenciometre viac komplexná schéma ako jednosmerné potenciometre a z hľadiska presnosti sú oproti nim výrazne horšie z dôvodu chýbajúceho vzorového merania striedavého prúdu, podobného svojimi charakteristikami ako NE. V praxi elektrických rádiových meraní sú úplne nahradené elektronickými kompenzačnými voltmetrami.

V kompenzačných voltmetroch sa namerané napätie (jednosmerné, striedavé, impulzné) porovnáva s konštantným kompenzačným napätím, ktoré je zase presne merané jednosmerným voltmetrom a je meradlom Ux. Typická bloková schéma takéhoto voltmetra je znázornená na obr. 3.17.

Ako je možné vidieť na obr. 3.17, základom voltmetra je kompenzačný IP, pozostávajúci z meracej diódy V s naložiť R, nastaviteľný zdroj konštantného kompenzačného napätia -Ek, zosilňovač a indikátor s dvoma stabilnými stavmi. S absenciou Ux indikátor implementovaný pomocou

funkčné uzly sú v prvom stabilnom stave a pri určitej prahovej hodnote prechádzajú do druhého stavu. Proces merania Ux sa znižuje na postupné zvyšovanie Ek kým indikátor neprejde do druhého stabilného stavu. Význam ek, zodpovedajúca momentu prechodu, sa meria jednosmerným voltmetrom a je mierou Ux.

Ryža. 3.17. Bloková schéma kompenzačného voltmetra.

V kombinácii s inými obvodovými riešeniami (použitie indikátora s nízkym prahovým napätím, lampovej meracej diódy so stabilnou charakteristikou a pod.) je možné navrhnúť vysoko presné kompenzačné voltmetre.

Nevýhodou uvažovanej schémy je potreba inštalácie Jej manuálne. Preto je vo väčšine voltmetrov obvod IP komplikovaný poskytovaním automatickej kompenzácie Ux A Ek. Voltmetre s automatickou kompenzáciou sú prístroje s priamym čítaním a ich použitie je pohodlnejšie.

HLAVNÉ ČASTI ANALOGOVÉHO VOLTMETERA

Zvážte obvodové riešenia hlavných funkčných jednotiek, ktoré určujú metrologické charakteristiky analógových voltmetrov. Väčšina týchto uzlov sa používa v iných typoch elektronických meracích prístrojov.

vstupné zariadenie

Ako bolo uvedené vyššie, WU je navrhnutý tak, aby rozšíril limity merania voltmetra. V najjednoduchšom prípade ide o atenuátor vyrobený podľa odporových (obr. 3.18, a), kapacitných (obr. 3.18, b) alebo kombinovaných (obr. 3.18, c) schém.

Splnenie zostávajúcich požiadaviek a predovšetkým zabezpečenie vysokého vstupného odporu a minimálnej vstupnej kapacity voltmetra vedie v niektorých prípadoch ku komplikácii konštrukcie WU. Najuniverzálnejším a najčastejšie používaným v moderných AC voltmetroch je VU, ktorého bloková schéma je znázornená na obr. 3.19.

Základnou vlastnosťou tohto obvodu je zmena Uv pomocou nízkoodporového odporového atenuátora s konštantnou vstupnou a výstupnou impedanciou. To zlepšuje presnosť merania. Ux~, ale vyžaduje zavedenie impedančného meniča (PI) do konštrukcie JV, ktorý zabezpečuje transformáciu vysokého vstupného odporu voltmetra na nízku vstupnú impedanciu atenuátora. Ako PI sa najčastejšie používa sledovač napätia na tranzistore s efektom poľa s hlbokou negatívnou spätnou väzbou. Používaním

Ryža. 3.18. Obvody útlmu voltmetra:

a-on odpory; b - na kondenzátoroch; c - kombinované.

Ryža. 3.19. Štrukturálna schéma univerzálneho vstupného zariadenia.

delič vstupného napätia (VDN) poskytuje ďalšiu príležitosť na rozšírenie limitov merania voltmetra. VDN je pevný odporovo-kapacitný delič (pozri obr. 3.18, V)

Pri vysokých frekvenciách vstupný odpor voltmetra klesá a vstupná kapacita a indukčnosť vodičov tvoria sériový oscilačný obvod, ktorý má pri rezonančnej frekvencii takmer nulový odpor. Na neutralizáciu týchto účinkov je PI navrhnutý ako diaľkový ovládač sonda s VDN vo forme trysky.

Zosilňovače

Jednosmerné zosilňovače, ako je zrejmé z blokových schém (pozri obr. 3.13 a 3.14, o), poskytujú dostatočný výkon na pohon IM magnetoelektrického zariadenia a vyrovnávajú vstupnú impedanciu DUT s výstupnou impedanciou JV resp. detektor. Na UPT sú kladené dve hlavné požiadavky: vysoká stálosť zosilnenia a zanedbateľné kolísanie výstupnej hodnoty pri absencii Ux= (Drift nula). Preto všetko praktické schémy UPT majú hlbokú negatívnu spätnú väzbu (NFB), ktorá zabezpečuje ich stabilnú prevádzku a necitlivosť na preťaženie. Radikálnymi metódami boja proti nulovému posunu sú jeho periodická korekcia, ako aj transformácia Uх= do striedavého napätia s následným zosilnením a usmernením tohto napätia.

AC zosilňovače, v súlade s ich funkčným účelom (pozri obr. 3.14, b), musia mať vysokú citlivosť, veľký význam a vysoká stabilita zisku, nízke nelineárne skreslenie a široká šírka pásma (s výnimkou IF selektívneho voltmetra). Tieto protichodné požiadavky môžu uspokojiť iba viacstupňové zosilňovače s OOS a prepojeniami na korekciu frekvenčnej odozvy. V niektorých prípadoch sa na získanie lineárnej stupnice v decibeloch používajú logaritmické zosilňovače. Ak je úlohou minimalizovať aditívnu chybu voltmetra, zosilňovače môžu byť dvojkanálové so zosilnením hlavného signálu a signálu, ktorý koriguje aditívnu chybu. Na rozšírenie funkčnosti má veľa voltmetrov špeciálny výstup zosilňovača a možno ich použiť ako širokopásmové zosilňovače. Okrem toho môžu byť zosilňovače vyrábané ako nezávislé meracie prístroje, ktoré tvoria podskupinu U.

Jednosmerné a striedavé zosilňovače sú podrobne diskutované v kurze Amplifying Devices.

Detektor

Typ detektora určuje, ako už bolo spomenuté, či striedavé voltmetre patria medzi amplitúdové, rms alebo priemerne usmernené voltmetre napätia. V súlade s tým sú samotné detektory klasifikované nasledovne: podľa parametra Ux~^ ktorý zodpovedá prúdu alebo napätiu vo výstupnom obvode detektora: detektor špičkových hodnôt, rms a detektory priemerného usmerneného napätia; podľa schémy vstupu: detektory s otvorenými a uzavretými vstupmi jednosmerného napätia;

podľa detekčnej charakteristiky: lineárne a kvadratické detektory.

Ryža. 3.20. Špičkové obvody detektorov:

A - s otvoreným vchodom; B - c uzavretý vchod.

Špičkový detektor - ide o detektor, ktorého výstupné napätie priamo zodpovedá t/max resp<7min (Ov alebo nás). Špičkový detektor je lineárny a môže mať otvorený (obr. 3.20, a) alebo uzavretý (obr. 3.20, b) vstup jednosmerného napätia.

Princíp činnosti špičkových detektorov je špecifický a spočíva v nabíjaní kondenzátora C cez diódu V až po maximálnu (špičkovú) hodnotu Ux~ , ktorá sa potom uloží, ak je časová konštanta vybíjania C (cez R) oveľa väčšia ako časová konštanta nabíjania. Prepínanie polarity V definuje zhodu Ux= alebo Umax(UV), alebo Umin(Un) a možné pulzácie U x= sú vyhladené reťazou RF, SF. Ak má detektor otvorený vstup, U x= je určená súčtom U a UV(Un), t.j. zodpovedá Umax (Umin) S uzavretým prívodom U x= zodpovedá UV(Un). Ak Ux~ neobsahuje konštantnú zložku, potom obvody znázornené na obr. 3.20, a, b, sú rovnaké a U x= zodpovedá hm. V niektorých prípadoch sa používajú celovlnné špičkové detektory so zdvojením napätia, ktoré umožňujú priame meranie medzišpičkovej hodnoty napätia.

Podstatnou výhodou špičkových detektorov je ich veľká vstupná impedancia (rovnajúca sa R/2 pre obvod na obr. 3,20, A A R/3- pre obvod na obr. 3,20, b) a najlepšie frekvenčné vlastnosti v porovnaní s inými typmi detektorov. Špičkové detektory sa preto najčastejšie používajú vo voltmetroch prvej modifikácie (pozri obr. 3.14, o), ktoré sú konštrukčne riešené spolu s JV vo forme externej sondy. V tomto prípade kábel spájajúci sondu so zariadením prenáša Ux=.

RMS detektor - je to AC/DC menič (napätie) úmerný k U 2 sk. Detekčná charakteristika by v tomto prípade mala byť kvadratická a keď je zapnutá. Ak U- je potrebný detektor s otvoreným vstupom. V moderných typoch voltmetrov sa používajú najmä kvadratické detektory s tepelnými prevodníkmi, podobne ako prevodníky termoelektrických ampérmetrov. Ich hlavnou nevýhodou, ako sme už uviedli, je kvadratický charakter stupnice prístroja. Vo voltmetroch je táto nevýhoda eliminovaná použitím diferenciálneho obvodu na zapnutie dvoch (alebo viacerých) tepelných meničov, ako je znázornené na obr. 3.21.

Ryža. 3.21. Schéma štruktúry detektora napätia RMS.

Keď je namerané napätie privedené na tepelný prevodník TP1 Ux~ výstupné napätie TP1 analogicky s (3.26) U 1 =k t U 2 sk.

Okrem TP1 má obvod druhý tepelný menič TP2, ktorý je pripojený oproti TP1. Na TP2 je privedené spätnoväzbové napätie

výstupné napätie U 2 == kt BU 2 3 .

Na vstupe UPT je teda výsledné napätie

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

čo robí

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

Ak sú parametre schémy zvolené tak

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

potom konečne U 3 º Usk, t.j. stupnica DUT bude jednotná.

Detektor priemernej rektifikovanej hodnoty - ide o menič striedavého napätia na jednosmerný prúd, úmerný Usv. Schematicky je založený na plnovlnnom polovodičovom usmerňovači, ktorý sa uvažuje pri analýze usmerňovacích ampérmetrov (pozri § 3.4.1). Treba však dodať, že linearita charakteristík takýchto detektorov bude tým lepšia, čím viac Ux~(pre malé Ux~ detektor sa zmení na kvadratický). Preto sa detektory priemernej rektifikovanej hodnoty spravidla používajú vo voltmetroch druhej modifikácie (obr. 3.14, b).