Электронные вольтметры переменного тока

Структурная схема

Здесь: ВУ – входное устройство, Д – детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное, УПТ – усилитель постоянного тока.

Частотные характеристики таких вольтметров определяются только ВУ и детектором Д, частотный диапазон от 10 Гц до 1 ГГц. Диапазон измеряемых напряжений от 0,1 В и выше. Для повышения чувствительности в схему вводится дополнительный усилитель напряжения УН поэтому структурная схема милливольтметра имеет вид:

Диапазон измеряемых напряжений - от единиц милливольт до сотен вольт.

Однако введение усилителя напряжения ограничивает частотный диапазон до 1 МГц (т.к. сложно изготовить широкополосный усилитель переменного тока). Важным элементом вольтметра переменного тока является детектор Д. Напряжение на выходе Д может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямленному и среднеквадратичному значению измеряемого напряжения. Шкала электронных вольтметров градуируется в действующих значениях синусоидального тока. Для амплитудного (пикового) вольтметра детектор имеет вид:

Детектор с открытым входом

Если постоянная времени цепи велика по сравнению с периодом синусоиды то , в этом случае .

Если имеет постоянную составляющую ( ), то

«Открытый» понимается в том смысле, что постоянная составляющая проходит на выход. Бывают также детекторы с закрытым входом.

Детектор с закрытым входом:

В этом случае постоянная составляющая на выход детектора не поступает, а напряжение на резисторе R изменяется от 0 до – 2U_m.

Таким образом, магнитоэлектрический измерительный механизм покажет отклонение, равное U_m (среднее значение синусоиды с постоянной составляющей). Амплитудные вольтметры имеют диапазон измерений по частоте от 20 Гц до 1000 МГц, по напряжению от 100 мВ до 1 кВ, класс точности 4, 10. Входное сопротивление от 100 кОм до 5Мом.

Электронный вольтметр действующего значения

Для обеспечения равномерности шкалы вольтметра действующего значения применяют схему

Здесь: ТП – термопреобразователь, , ТП включены встречно, за счет большого коэффициента усиления УПТ

Уравнение шкалы

Таким образом, данная схема обеспечивает равномерную шкалу для действующих значений измеряемого напряжения.

Лекция №11

Электронно – лучевые осциллографы (эло)

ЭЛО служат для наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Основным элементом ЭЛО является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Накал (Н) (спираль) питается переменным током, служит для разогрева катода, который испускает пучок электронов. Модулятор (М) служит для фокусировки электронного потока.

Система электродов А₁, А₂ служит для обеспечения направленного движения потока электронов на экран (Э). Экран изнутри покрыт специальным составом (люминофором) который светится под воздействием потока электронов. С помощью двух систем пластин (вертикально отклоняющих “Y” и горизонтально отклоняющих “X”) можно управлять электронным лучом.

Система пластин “Y” – вертикально отклоняющие, а “X” – горизонтально отклоняющие пластины. Напряжение питания киловольты, на накал ~ 6 В.

Функциональная схема ЭЛО

Осциллограф имеет три основных канала. Первый (Y) – это канал входного сигнала “Y”, на этот вход подается исследуемый сигнал. Если переключатель П1 находится в положении 1, то исследуемый сигнал подается на входной делитель (ВД), далее сигнал попадает на усилитель вертикального отклонения (УВО). УВО имеет три блока: предварительный усилитель, линия задержки и выходной усилитель.

К выходу УВО подключены вертикально-отклоняющие пластины. Если П1 в положении 2, то в канал “Y” будет подаваться калиброванный сигнал от калибратора КА по которому можно определить масштаб по оси “Y”.

Для того, чтобы наблюдать сигнал во времени его нужно “развернуть”. Это обеспечивает генератор развертки (ГР). Генератор развертки вырабатывает линейно изменяющийся сигнал, обеспечивающий равномерное перемещение луча по горизонтали. Генератор развертки воздействует на устройство горизонтального отклонения УГО (П3 – 1), нагрузкой УГО являются горизонтально отклоняющие пластины. Под воздействием линейно изменяющегося напряжения луч перемещается по горизонтали с постоянной скоростью. Меняя скорость нарастания линейно изменяющегося напряжения, меняют масштаб по оси Х.

Для того, чтобы наблюдать периодические сигналы, необходимо обеспечить полное количество периодов за один проход луча, в противном случае, при каждом проходе луча будет рисоваться свой сигнал, что затрудняет его наблюдение, поэтому необходима синхронизация сигнала ГР и исследуемого сигнала. Если переключатель П2 установлен в положение 1, то включена внутренняя синхронизация, т.е. сигнал генератора развертки ГР синхронизируется с самим исследуемым сигналом. В случае внутренней синхронизации начало формирования линейно-изменяющегося напряжения соответствует ненулевому значению исследуемого сигнала на осциллографе. Для устранения этого недостатка в состав УВО и вводится линия задержки, которая задерживает сигнал во времени.

При положении П2 – 2 синхронизация обеспечивается внешним источником и называется внешней синхронизацией. Особенно часто внешняя синхронизация используется для наблюдения непериодических сигналов, в том числе одиночных импульсов. ЭЛО позволяет измерять амплитуду, частоту, длительность, период, сдвиг фаз.

Выпускаются однолучевые, двулучевые и многолучевые осциллографы.

Основные характеристики и параметры осциллографа С1- 151 (пример):

- полоса пропускания от 0 до 25 МГц,

- коэффициент развертки до 10нс/дел,

- коэффициент отклонения канала “Y” от 2 мВ/дел,

- два луча,

- входное сопротивление канала “Y” 10 МОм,

- входная емкость 12 пФ,

- основная погрешность коэффициента развертки и отклонения каждого канала 5%,

- вес 3,7 кг.

В настоящее время широко применяются и цифровые осциллографы:

- полоса пропускания 1 ГГц,

- чувствительность по вертикали 1 мВ/дел,

- входное сопротивление 100 МОм, 10 пФ

- жидкокристаллический экран,

- память на 25 осциллограмм,

- интерфейс USB, RS – 232.

Лекция №12