Файл: Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник.pdf

На рис. 10.3 представлена принципиальная схема про­ стейшего линейного детекторного вольтметра с однополупериодиым выпрямлением. Положительная полуволна из­ меряемого напряжения поступает через детектор Ді на магнитоэлектрический микроамперметр. Переменные со­ ставляющие шунтируются конденсатором С, а постоян­ ная составляющая — средневыпрямленное значение, со­ ответствующее однополупериодному выпрямлению, — воздействует на измерительный механизм. Сопротивле­ ние R "“достаточно велико. Оно существенно больше соп­ ротивления диода Д х (в направлении пропускания) и по­ этому делает вольтамперную характеристику практиче­ ски линейной; кроме того, создает необходимую величи­ ну входного сопротивления вольтметра и определяет диа­ пазон измеряемых напряжений.

Назначение детектора Д 2 состоит в создании для от­ рицательной полуволны измеряемого напряжения при­ мерно такого же сопротивления, как и для положитель­ ной. Если бы Д 2 не было, то благодаря резкому увеличе­ нию сопротивления Ді для отрицательной полуволны, во-первых, входное сопротивление схемы для нее сильно бы возросло, а во-вторых (особенно для небольших зна­ чений R или при его отсутствии, когда измерялась бы си­ ла тока), на сопротивлении Ді возникало бы большое па­ дение'напряжения, опасное для полупроводника.

При использовавшихся ранее купроксных полупровод­ никовых элементах, вследствие их значительной емкости, приходилось для уменьшения зависимости показаний прибора от частоты вводить в схему элементы частотной компенсации (включая, например, последовательно с со­ противлением R некоторую емкость). В настоящее время используют обычно германиевые диоды, емкость которых настолько мала, что частотная компенсация, как прави­ ло, не требуется. Однако существенным недостатком мно­ гих кристаллических полупроводниковых элементов яв­ ляется значительная зависимость их параметров от тем­ пературы. Наибольшую температурную стабильность имеют кремниевые диоды.

Широкое применение нашли приборы с кристалличе­ скими детекторами и линейным детектированием в уст­ ройствах, предназначенных для быстрых ориентировоч­ ных измерений, допускающих сравнительно большую по­ грешность (до 10%). Такие устройства, обычно комбини­ рованные, позволяют контролировать постоянные и пере­ менные токи и напряжения в диапазоне звуковых частот,

а часто и сопротивления (на постоянном токе, используя схему омметра).

На рис. 10.4 приведена принципиальная схема подоб­

постоянного тока /= и сопротивлений постоянному току Q. Последнее осуществляется с помощью вмонтирован­ ных в прибор двух сухих элементов типа 1,5-ФМЦ-25.

измерений. Входными зажимами являются зажимы « + »

и <г—».

Для измерения переменных напряжений используют линейное однополупериодное детектирование с помощью двух полупроводниковых диодов Д2В. Микроамперметр магнитоэлектрической системы на 100 мкА (типа ИП-1) имеет (совместно с постоянно подключенным к нему соппротивлением R) сопротивление 1000 Ом. Входное сопро­ тивление вольтметра для постоянного тока 10000 Ом/В, для переменного — 3333 Ом/В. Падение напряжения на приборе при измерении постоянного тока равно: на пре­

шкалы до 100 В, и для частот 50—500 Гц для других шкал). Погрешность измерения напряжений постоянного тока не более 2,5% (кроме шкалы с пределами 0,1 В, где она 4%). Погрешность измерения силы постоянного то­ ка до 3 мА ± 1,5%, для других пределов ±12,5%. Все пог­ решности указаны относительно верхнего предела шка­ лы.

Для двухполулериодного выпрямления в детекторных приборах большей частью используют схему моста, в каждом из плеч которого полупроводниковый диод по­ ставлен таким образом, чтобы токи обеих полуволн про­ ходили через включенный в диагональ прибор в одном направлении. При этом устраняется опасность пробоя по-

196

+ 0

Ряс. 10.4. Схема авометра ВК7-1

107

лупроводника при отрицательной полуволне и достигает­ ся практическое равенство сопротивлений прибора для обеих полуволн, а, кроме того, возможно использование индикатора меньшей чувствительности (см. задачу № 142).

Примером полупроводникового квадратичного детек­ тирования может служить схема, приведенная на рис. 10.5. Такой детектор имеет кусочно-ломаную (сегмент-

Рнс. 10.5. Полупроводни­ ковый детекторный вольгметр с кусочно-линеГиіоі’і аппроксимлиней

пую) характеристику, близкую к квадратичной. На каж­ дый последующий диод подается смещение больше, чем на предыдущий, и он открывается только тогда, когда входное напряжение возрастает на некоторую опреде­ ленную величину. При этом увеличивается число прово­ дящих диодов и возрастает крутизна вольтамперной ха­ рактеристики. Отпиранию каждого из диодов соответст­ вует переход от одного кусочка линейно-ломаной харак­ теристики к другому. На рис. 10.6 (левом и среднем) но-

І

о-

аUm

о

Pme. 10.6. Получение ызадратичн'оп характеристи­ ки в вольтметре рис. 10.5

казано получение одного отрезка характеристики, а на рис. 10.6 правом — итоговая характеристика из ряда от­ резков.

Требуемое приближение к параболе достигается выбо­ ром напряжения.смещения и сопротивлений нагрузок для каждого из диодов. Такой квадратичный детектор имеет большую стабильность характеристики, чем квадратич­ ная характеристика отдельного нелинейного элемента

198

(например, лампы). Это объясняется тем, что сопротив­ ления проводящих диодов не оказывают влияния на ха­ рактеристику детектора благодаря их малости сравни­ тельно с линейными сопротивлениями. Закрытые же дио­ ды также не влияют на характеристику вследствие малой их 'проводимости. Напряжение смещения поддерживает­ ся постоянным путем питания от стабилизированного вы­ прямителя.

Для подачи на цепочку квадратичного детектора обо­ их полупериодов измеряемого напряжения перед ним обычно ставят линейный детектор на двух диодах, соб­ ранный по двухполупериодной схеме. В минусовую цепь включают магнитоэлектрический микроамперметр, сред­ нее значение тока через который благодаря наличию сег­ ментной цепочки оказывается пропорциональным квад­ рату поступившего на вход напряжения UBX.

10.4. Вольтметры с ламповыми и транзисторными преобразователями

Ламповые вольтметры в наибольшей степени удовлетворяют требованиям эксплуатации при измере­ ниях на высоких частотах, так как в них можно получить весьма высокое входное сопротивление и малую зави­ симость показаний от частоты. Применение усилителей позволяет весьма расширить пределы измерений. Кро­ ме того, схемные решения могут обеспечить практически полную защиту таких вольтметров от действия перегру­ зок. Основной их недостаток — необходимость питания и сложность поддержания его режима постоянным, что за­ трудняет получение большой точности измерений.

Весьма распространены диодные пиковые вольтметры, простейшие принципиальные схемы которых представле­ ны на рис. 10.7. Схема 10.7 а, в которой через измери-

Рис. 10.7. 'Простейший амплитудный (пиковый)

вольтметр с:

а) открытым входом; б) закрытым входом

199

тельный прибор протекает постоянная составляющая входного тока, представляет пиковый вольтметр с откры­ тым входом; схема рис. 10.7 б, в которой постоянная со­ ставляющая входного тока на прибор не воздействует, поскольку путь ей прегражден конденсатором, представ­ ляет пиковый (амплитудный) вольтметр с закрытым входом.

Работа пикового вольтметра пояснена на рис. 10.8, где показаны изменение напряжения на конденсаторе С

Рис. .10.8. Изменение напряжения на конденсато­ ре пикового вольтметра

и токи заряда этого конденсатора в предположении, что конденсатор успевает зарядиться до значения t/макс. рав­ ного амплитуде положительной полуволны измеряемого напряжения U BXj в течение одного периода. Если это про­ изойдет за больший промежуток времени, картина не из­

нем снова достигнет величины t/MaKс- Далее процесс пов­ торяется и в итоге на конденсаторе постоянно присутству­ ет напряжение, изменяющееся от значения t/MaKC до весьма

2 0 0