Вольтметр постоянного тока.
Могут быть выполнены с использованием усилителей с непосредственной связью, но имеют невысокую чувствительность. При необходимости получить большую чувствительность применяют усилители с преобразователем спектра. Для преобразования используются как контактные, так и бесконтактные преобразователи.
Структурная схема вольтметра постоянного тока выполняется по схеме модулятор – демодулятор (МДМ) приведена на рисунке.
Рис. 3
Измеряемое напряжения UX через многозвенный RC-фильтр (Ф) подается на вход модулятора (М). Фильтр обеспечивает подавление составляющей промышленной частоты во входном сигнале. В качестве модулятора используется преобразователь на полевых транзисторах. Модулированный сигнал усиливается усилителями У1, У2 и преобразовывается в постоянное напряжение демодулятором (ДМ). В качестве демодулятора может использоваться обычный транзисторный ключ. Постоянное напряжение с выхода демодулятора усиливается усилителем Уз и подается на отсчетное устройство - микроамперметр.
Цепь общей ООС: ОС1 обеспечивает стабилизацию коэффициента усиления ku усилителя и его изменения при переключении пределов измерения. Расширение пределов измерения обеспечивают делителем напряжения (ДН). Генератор низких частот ГНЧ обеспечивает подачу напряжения и управления модулятором и демодулятором. Он представляет собой мультивибратор, настроенный на определенную частоту, коррекция дрейфа нуля происходит подачей на вход вольтметра постоянного напряжения с резистора «Уст.0» , питающегося стабилизированным напряжением.
Малый дрейф нуля модулятора, глубокую ООС, меры по уменьшению шумов и наводок обеспечивают получение следующих метрологических характеристик вольтметра:
диапазон измеряемых напряжений – до 0,5мкВ;
погрешность – 1,5-6%;
Rвх – до 10 Мом.
Вольтметры переменного тока (впт). Импульсные вольтметры.
Вольтметры переменного тока в зависимости от типа выпрямительного устройства (ВУ) могут измерять среднее, амплитудное, действительное значение. Шкала вольтметра переменного тока, как правило, градуируется в действительных значениях синусоидального напряжения. Если шкала прибора градуируется в средних или амплитудных значениях, то имеются специальные обозначения. Вольтметры переменного тока строятся на структуре усилитель – выпрямитель.
В схеме переключатель в пределах измерения, состоит из входного делителя напряжения и аттенюатора. Переключатель SA1 обеспечивает 12 пределов измерения. Вход делитель выполнен на R1,C1 и C2,C4,R4 и дополнительные элементы осуществляют ослабление сигнала в n-раз. Последовательные корректирующие цепи R2,C3 и R5,C5 вводятся для некоторого выравнивания частотных характеристик прибора. Параметры цепи подбираются таким образом, чтобы каждая из них корректировала свой участок ЧХ. Сопротивление R1 – практически определяет Rвх вольтметра. Подгонка делителей должна осуществляться не менее чем 2-мя элементами (R4, C2). Аттенюатор собран по схеме резистивного делителя напряжений и выполнен на элементах R8 – R18.
Рис. 4
Преобразователи импеданса (ПИ) предназначены для высокого Rвх ЭВ (электронные вольтметры). Он представляет собой усилитель с непосредственной связью, высокое Rвх обеспечивает глубокую ООС.
После аттенюатора следует широкополосный усилитель (ШПУ). Если верхняя граничная частота лежит в пределах нескольких МГц, то ШПУ выполняется на транзисторах. Коэффициент усиления ШПУ определяется из необходимости получения на его выходе напряжения (тока) достаточного для полного отклонения микроамперметра на минимальном пределе измерения ЭВ.
Нагрузкой ШПУ служит пассивный ПСЗ с микроамперметром в качестве отсчетного устройства. Выпрямительная схема выполнена на элементах VD1-VD2, R19-R20. В целом усилитель и ПСЗ охвачены ООС, что позволяет стабилизировать коэффициент преобразования и линеаризировать его амплитудную характеристику. ПСЗ собран по двухполупериодной мостовой схеме, поэтому показания милливольтметра пропорциональны средневыпрямленному значению. Шкала градуируется в действующих значениях синусоидального напряжения.
В некоторых ЭВ используются структурные схемы выпрямитель – усилитель для получения ЭВ, с улучшенными частотными свойствами и достаточно высокой чувствительностью. Добиться более высокой чувствительности можно за счет использования в цепи ОС такого же ПАЗа что и на входе прибора. Этот метод называется – метод взаимообратных преобразований.
Рис. 5
ПАЗ1 и ПАЗ2 – преобразователи амплитудного значения;
УПТ – усилитель постоянного тока;
ГИ – генератор импульсов;
ГМ – генератор модулятор;
ПСЗ – преобразователь (пассивный) средних значений;
ПМП – пассивный масштабный преобразователь – представляет собой усилитель напряжения со ступенчато-регулируемым коэффициентом деления.
Чувствительность вольтметра определяется степенью линеаризации ВАХ диода в схеме ПАЗ1. степень линеаризации определяется петлевым усилителем и идентичностью характеристик ПАЗ1 и ПАЗ2.
Рис. 6
В связи с тем, что на входе ПАЗ1 частота меняется в широких пределах, а на входе ПАЗ2 она фиксирована (т.к. ГМ модулирует постоянную частоту <100кГц), то полная компенсация частотной погрешности обеспечивается только при Uвх=100кГц. В граничных областях этой области частотный диапазон определяется свойствами ПАЗ1. Такая характеристика позволяет получить: 1) диапазон измерений от 3mB; 2) частотный диапазон до 1 ГГц (погрешность до 4%).