Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

Вольтметрами амплитудного значения или просто амплитудными вольтметрами называются такие, у которых показания соответствуют амплитуде измеряемого синусоидального напряжения или пиковому его значению при искаженной форме кривой. Простейшая схема амплитудного диодного вольтметра приведена на рис. 73, а. Процессы, происходящие в схеме при подаче на ее вход измеряемого перемен­ ного напряжения, иллюстрируются графиком рис. 73, б.

В положительный полупериод диод открыт и конденсатор С заряжается до напряжения Uc, равного максимальному значению измеряемого напряжения. В отрицательный полупериод происходит

Рис. 73. Схемы амплитудных вольтметров: а — диодный амплитудный вольтметр; б — диаграмма напряжений в схе­ ме а; в — структурная схема вольтметра с закрытым входом

разряд конденсатора через измерительный механизм и сопротивле­

жения, то конденсатор за время отрицательной полуволны разря­ дится незначительно.

Как видно из графика рис. 73, б, включение диода происходит лишь в те короткие промежутки времени Ѳ (заштрихованные участки), когда напряжение на аноде лампы Л превышает напряжение на кон­ денсаторе. Напряжение на конденсаторе получается пульсирующим, однако при незначительной пульсации его среднее значение за период

т. е. показания вольтметра приблизительно пропорциональны ам­ плитудному значению напряжения.

126

Если Е измеряемом напряжении имеется постоянная составляю­ щая, она также через диод Л поступит в измерительный механизм. Для устранения этого недостатка используется так называемая схема с закрытым входом. Структурная схема амплитудного вольтметра с закрытым входом приведена на рис. 78, в. Пульсации выпрямленного напряжения, поступающего на усилитель постоянного тока (УПТ),

ВКС7-3 (А4-М2), предназначенные для измерения постоянных п переменных напряжений в широком диапазоне частот. Диодный детектор в подобного типа приборах выполняется на миниатюрной лампе (диоде пли триоде) и конструктивно оформляется в виде выносного «пробника», соединенного с прибором экраниро­ ванным проводом. Такая конструкция обеспечивает незначительные входные емкости вольтметра, состоящие фактически из емкости входной ламігы н емкости монтажа пробника. В результате частотный диапазон прибора расширяется до

лах измерения. Шкала переменного напряжения универсальных вольтметров обычно градуируется в действующих значениях. В таком случае при всяком изменении формы волны относительно синусоидальной в показаниях вольтметра возникает погрешность.

Для измерения амплитуд видеоили радиоимпульсов большой скважности используются импульсные электронные вольтметры. Импульсные напряжения характеризуются рядом параметров:

Форму кривой импульсного напряжения наблюдают и оценивают с помощью электронного осциллографа.

Для измерений амплитуд импульсов большой скваялности (по­ рядка сотен или тысяч) могут быть использованы диодные амплитуд­ ные вольтметры, у которых постоянная времени цепи разряда кон­ денсатора сильно увеличена. Увеличение постоянной времени необ­ ходимо для того, чтобы напряжение на выходе детектора изменялось незначительно в интервале времени между импульсами.

Схемы импульсных диодных вольтметров обычно имеют закрытый вход для исключения попадания постоянной составляющей напряже­ ния в цепь диода. При изменении полярности исследуемого импульса требуется менять включение диода на обратное. Для этого в схеме импульсного вольтметра предусматривается переключатель. Для ускорения разряда конденсатора в схеме диодного детектора преду­ сматривается специальная кнопка, при нажатии на которую цепь разряда конденсатора шунтируется небольшим сопротивлением. Шкалы импульсных вольтметров градуируются в амплитудных зна­ чениях напряжения.

127

Импульсный вольтметр типа В4-2 с пределами измерения 3—150 В пред­ назначается для исследования импульсов длительностью от 0,1 до 300 мкс с ча­ стотой следования не менее 20 Гц. Основная погрешность вольтметра ± 4 % , входное сопротивление 0,2 МОм на частоте 4 МГц входная емкость 14 пФ .

Главным достоинством электронных вольтметров следует считать высокую чувствительность и удобство регулирования ее в широких пределах, практическое отсутствие потребляемой мощности при из­ мерении и широкий диапазон частот.

Повышение чувствительности вольтметров достигается примене­ нием электронных или транзисторных усилителей, а для расширения пределов используются различные делители напряжения. Таким образом обеспечивается возможность измерения одним прибором

как весьма малых, так и значительных напряжений. Предел повыше­ ния чувствительности электронных вольтметров ограничивается уров­ нем помех на входе усилителя, который для электронных ламп со­ ставляет 10—20 мкВ.

Д л я расширения пределов электронных вольтметров могут быть исполь­ зованы активные, реактивные и комбинированные делители (рис. 74). Делитель к вольтметру должен быть высокоомным, стабильным и малогабаритным. Актив­ ные делители (рис. 74, а) изготавливаются из проволочных или непроволочных высокоомных резисторов. Перспективным является применение манганиновых резисторов из мпкропроволоки в стеклянной изоляций. Такие резисторы изго­ тавливаются на высокие номиналы до 10 МОм, весьма стабильны и невелики по размерам. При использовании активных делителей на переменном токе в резуль­ тате шунтирования резисторов паразитными емкостями коэффициент деления делителя с частотой изменяется, Тогда целесообразно применять комбиниро­ ванные делители (рис. 74, б), в которых резисторы шунтируют стабильными ем­ костями. При определенных соотношениях между сопротивлениями и шунти­ рующими емкостями коэффициент деления не будет зависеть от частоты.

При работе на высоких частотах делитель делают емкостным (рис. 74, в). Схемы расширения пределов транзисторных вольтметров могут быть другие. Если управление работой усилителей на транзисторах производится не напря ­ жением, а током, для расширения пределов вольтметров используются добавоч­ ные сопротивления, аналогично тому, как это делается в электромеханических вольтметрах.

128

Потребление мощности вольтметрами определяется величиной входного сопротивления. Входное сопротивление усилителей на электронных лампах с использованием обратных связей достигает 108—10" Ом. Если входные цепи усилителей содержат специальные так называемые электрометрические лампы, входное сопротивление вольтметра может быть увеличено до 101 2 —10г з Ом. Входное сопротив­ ление вольтметров на транзисторах обычно меньше (0,5—1,0 МОм). При применении полевых транзисторов входное сопротивление при­ бора примерно такое же, как у ламповых вольтметров.

Основным недостатком электронных вольтметров, наряду с их сложностью и необходимостью наличия источника питания, следует считать ограниченную точность. Невысокая точность электронных

Рис. 75. Конденсаторный частотомер: а — принципиальная схема; 6 — упрощенная структурная схема

вольтметров объясняется сложностью всего прибора в целом и рабо­ той в широком диапазоне частот.

Существует большое число разновидностей и специализированных модификаций электронных вольтметров, являющихся основной частью электронных приборов другого назначения, но входной ве­ личиной которых является также напряжение. Таковыми являются электронные нуль-индикаторы постоянного и переменного тока, из­ мерители нелинейных искажений и анализаторы гармоник и др.

Электронные частотомеры. Электронные частотомеры применяются для измерения частоты электрических колебаний в диапазоне звуко­ вых и радиочастот. Большое распространение получили схемы элек­ тронных частотомеров конденсаторного типа. Важнейшим достоин­ ством этих приборов является возможность их использования для непосредственной оценки частоты в широком диапазоне (от промыш­ ленной до частот порядка 100—500 кГц).

Принцип действия конденсаторного частотомера поясняется схе­ мой рис. 75, а. В положении 1 переключателя П конденсатор С за­ ряжается до напряжения источника U, приобретая заряд q ----- CXJ.

В положении 2 переключателя конденсатор разряжается через магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ. Если поло­ жение переключателя Л'менять с частотой/, то среднее значение тока в измерительном механизме будет / с р — qf С Uf.

Если частотой переключения ключа П управляет напряжение, частоту которого необходимо измерить, показания магнитоэлектри-