3. Особенности вольтметров импульсного тока

Электронные вольтметры для измерения амплитуды напряже­ния импульсов, образующих периодическую последовательность,— это приборы с пиковым преобразователем, шкалы которых градуи­рованы в пиковых значениях. Стрелочные вольтметры импульсно­го тока, как правило, выполняют по схеме преобразователь — УПТ — магнитоэлектрический прибор (см. рис. 5.5). Конструктив­но вольтметр состоит из выносного пробника и УПТ со стрелоч­ным измерительным прибором, заключенных вместе с источником питания в общий футляр, на лицевую панель которого выводятся выключатели ,и показывающий прибор. В пробнике имеется пе­реключатель, изменяющий схему включения диода при измерении импульсов различных полярностей.

Принцип действия такого вольтметра не отличается от прин­ципа действия амплитудного вольтметра синусоидального напря­жения.

Вольтметры импульсного тока преимущественно выполняют по схеме с закрытым входом, однако имеются и вольтметры с от­крытым входом. При закрытом входе прибор измеряет пиковое значение импульсного напряжения без постоянной составляющей Определим погрешность измерения амплитуды U_т импульса, обусловленную закрытым входом. При исследовании периодичес­кой последовательности прямоугольных импульсов с большой скважностью Q закрытый вход практически не влияет на показа­ния вольтметра, так как постоянная составляющая мала (U₀= U_т/ Q). При низкой скважности, когда постоянная составляющая значительна, погрешность измерения становится весьма сущест­венной. Отсчет по прибору U'т меньше истинной амплитуды им­пульса U_т на значение постоянной составляющей U0, следователь­но, относительная погрешность

(5.13)

Например, если Q= 5, то б = —20%. Эта погрешность система­тическая. Ее можно учесть, внеся поправку.

Весомая методическая погрешность связана с тем, что среднее напряжение Uс на конденсаторе пикового преобразователя всегда меньше измеряемого пикового значения U_т, так как конденсатор С успевает несколько разрядиться в интервале между двумя со­седними импульсами периодической последовательности. При больших скважностях погрешность измерения может оказаться значительной. Она обусловлена тем, что за время, пока длится импульс, конденсатор пикового детектора не успевает полностью зарядиться, а в течение паузы между импульсами он существенно разряжается. В таких случаях среднее напряжение, устанавли­вающееся на конденсаторе за период Т_с следования импульсов, за­метно меньше Uт.

Эта погрешность находится из условия сохранения заряда: за­ряд, теряемый конденсатором за время паузы равен заряду, сообщаемому конденсатору за время импульса τ_и. Ее можно определить по формуле

где R — сопротивление нагрузки; Ri — внутреннее сопротивление диода; R_и — выходное сопротивление исследуемого источника.

Входное активное сопротивление пикового преобразователя при измерений импульсных напряжений можно найти из условия баланса энергий: энергия, подводимая за время τ_и действия им­пульса к входному сопротивлению, , равна энергии, расходуемой на нагрузочном резисторе сопротивлением R за вре­мя паузы между импульсами: Полагая, что получаем:

Таким образом, входное сопротивление детектора оказывается в Q раз меньше сопротивления R его нагрузки.

Наряду с измерениями амплитуды импульсов периодической последовательности нередко необходимо измерять пиковое значе­ние одиночных и редко повторяющихся импульсов. Подобные из­мерения можно осуществить несколькими методами. Одним из наиболее распространенных является метод преобразования им­пульсного напряжения в квазипостоянное. Функции преобразова­теля обычно выполняют диодно-емкостные расширители импуль­сов. Их действие основано на продолжительном сохранении заря­да конденсатора, накопленного за время действия импульса. Прос­тейшим расширителем может служить диодный пиковый преобра­зователь с открытым входом, у которого постоянная времени цепи заряда конденсатора очень мала, а постоянная времени разряда весьма велика.

Известен также метод амплитудно-временного преобразования. Поскольку вольтметры, в которых воплощен данный метод, преи­мущественно цифровые, он излагается в § 5.9.