
UPOS3 / Раздел3
.doc3. 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 Rвх 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 Nmax для устройств, обрабатывающих входное напряжение. При условии, что относительная методическая погрешность результата измерения вх связанная с конечным значением Rвх, не должна превышать относительного значения кванта (100/ Nmax), то относительная методическая погрешность вх определяется [6]:
,
(3.1 )
где Rвых – 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, Rвх 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 Rвх определяется ДН R1-R4. К выходу ДН1 подключён усилитель с ООС. При К >> 1 можно считать, что КООС = 1/. Так как переключатель SW3 находится в верхнем положении, то = 1 и КООС = 1. Только при Rвх ООС >> (R2 + R3 + R4) можно считать, что Rвх 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 Rвх 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 210-4 %/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 Rвх = Rвых = 50 Ом и вносимым затуханием Аi 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 |
1010 кОм |
0,001 |
10-4 |
0,001 за 5000 ч |
155х40х72 |
450 |
ДНМ-9 |
|
|
|
|
70х13х13 |
20 |
НР2-5 |
|
0,05 |
(110)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 Аi 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/ui
; R1
=
;
;
;
(3.3)
Более подробный материал по построению ослабителей приведён в [12, c. 60-62].