UPOS3 / Раздел3

3. ВХОДНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ И АТТЕНЮАТОРЫ

На входе ЦИУ зачастую применяются входные делители напряжения, аттенюаторы и входные усилители. Они позволяют соответственно изменить напряжение входного сигнала до уровня, необходимого для последующей обработки.

Входное сопротивление R_вх любого измерителя уменьшает измеряемое напряжение при его подключении к источнику сигнала (методическая погрешность). Этот факт отражается законом Ома для полной цепи. Допустимое значение данной методической погрешности должно быть увязано с числом уровней квантования N_max для устройств, обрабатывающих входное напряжение. При условии, что относительная методическая погрешность результата измерения _вх связанная с конечным значением R_вх, не должна превышать относительного значения кванта (100/ N_max), то относительная методическая погрешность _вх определяется [6]:

, (3.1 )

где R_вых – выходное сопротивление источника сигнала.

Таким образом, высокая разрешающая способность цифровых вольтметров требует высокого входного сопротивления. Указанное относится к основному диапазону измерения. На диапазонах с более высокой чувствительностью, где часто применяется предварительный усилитель с последовательной ООС, R_вх уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается чувствительность [6, с. 148-152]. Для усилителя с ООС известны формулы (коэффициент усиления, входное сопротивление):

; ; , ( 3.2)

где K и R - коэффициент усиления и входное сопротивление без цепи ООС;

 - коэффициент передачи цепи ООС.

На верхних диапазонах (относительно основного) применяется входной делитель напряжения (ДН), определяющий входное сопротивление устройства. Вариант схемы многодиапазонного входного устройства показан на рис. 3.1.

На диапазонах "10-1000" переключатель SW1 в нижнем положении и R_вх определяется ДН R1-R4. К выходу ДН1 подключён усилитель с ООС. При К >> 1 можно считать, что К_ООС = 1/. Так как переключатель SW3 находится в верхнем положении, то  = 1 и К_ООС = 1. Только при R_{вх ООС} >> (R₂ + R₃ + R₄) можно считать, что R_{вх ООС} не влияет на величину входного сопротивления всего устройства.

Рис. 3.1. Входное устройство с диапазонами выше и ниже основного

На диапазонах "0,1; 1" делитель R1-R4 отключается переключателем SW1 (SW2 в верхнем положении) и входное сопротивление устройства равно R_{вх ООС}. Положение переключателя SW3 определяет значение коэффициента  ( = 1 или  = R₆/(R₅ + R₆) < 1), что изменяет как коэффициент усиления входного сигнала, так и входное сопротивление устройства.

Для входных делителей напряжения разработаны специальные гибридные ИС типа ДНМ [6] с номинальным значением коэффициента деления 1, 10, 100, 1000 и общим сопротивлением 10 МОм  кОм. Погрешность коэффициента деления не более 0,01-0,002 %, а температурный коэффициент отношения не более 210^-4 %/^оС. В корпусе ИС также находятся подстроечные резисторы, позволяющие подгонять коэффициент деления с погрешностью до 0,001 % (см. табл. 3). Пример расчёта входного многодиапазонного устройства дан в [11, с. 182-184].

При построении широкополосных ЦИУ важно обеспечить постоянное значение активного входного и выходного сопротивления ДН как в частотном, так и в динамическом диапазоне. Оно должно быть равно характеристическому сопротивлению тракта передачи сигнала (обычно  = 50 Ом) для неискажённой передачи формы сигнала. Для этой цели применяются аттенюаторы [12, с. 138-140]. В основном применяются аттенюаторы П- и Т-образных конфигураций, рис. 3.2. Номиналы их элементов при R­_вх = R_вых = 50 Ом и вносимым затуханием А_i  60 дБ приведены в табл. 4 [10].

Таблица 3

Параметры ИС входных делителей напряжения

Тип	Rвх, МОм	Погрешн. коэф. делен., %, не более	Температурн. коэф-т отношения, %/оС, не более	Нестабильн. коэф-тв деления, %, не более	Габариты, мм	Масса, Г
ДНМ-7Б	1010 кОм	0,001	10-4	0,001 за 5000 ч	155х40х72	450
ДНМ-9					70х13х13	20
НР2-5		0,05	(110)10-6 1/оС	0,02-0,05	77х68х22
ДНД-4		0,01				200

Рис. 3.2. Аттенюаторы П- и Т-образных конфигураций

Таблица 4

Вносимое затухание А_i аттенюаторов по рис. 3.2

Аi, дБ	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом
1	870,0	5,8	2,9	433,3
3	292,0	17,6	8,5	141,9
6	150,5	37,3	16,6	66,9
10	96,2	71,2	26,0	35,0
20	61,0	247,5	41,0	10,0
30	53,2	789,7	47,0	3,2
40	51,0	2500,0	49,0	1,0
50	50,3	7905,6	49,7	0,32
60	50,1	25000,0	49,9	0,10

Мощность резисторов малосигнальных аттенюаторов 0,3-0,5 Вт. Реактивные составляющие учитываются на частотах более 30-50 МГц. В этой области частот не применяют звенья с ослаблением более 20 дБ - большие затухания обеспечивают каскадным соединением нескольких звеньев. Для расчёта симметричных аттенюаторов используют выражения [12]:

a = u₀/u_i ; R₁ = ; ; ; (3.3)

Более подробный материал по построению ослабителей приведён в [12, c. 60-62].