7.2. Аналоговые электронные вольтметры

В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного тока имеют высокие входное сопротивление, чувствительность и малое потребление тока от измерительной цепи.

Вольтметры постоянного тока непосредственной оценки выполняются по структурной схеме, приведенной на рис. 7. 2. Основными элементами структурной схемы являются входное устройство, усилитель постоянного тока (УПТ) и измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Входное устройство содержит входные зажимы, делитель напряжения, предварительный усилитель. Высокоомный делитель на резисторах служит для расширения пределов измерения. Усилитель постоянного тока служит для по­вышения чувствительности вольтметра и является усилителем мощности измеряемого напряжения до значения, необходимого для создания достаточного вращающего момента у измерительного прибора.

К усилителям постоянного напряжения предъявляются такие требования, как высокая линейность амплитудной характеристики, постоянство коэффициента усиления и малый температурный и временной дрейфы нуля. Высокая линейность амплитудной характеристики обычно достигается пра­вильным выбором режимов работы электронных приборов усилителя, а также применением отрицательной обратной связи, которая повышает стабильность коэффициента усиления. Стабилизации коэффициента усиления усилителя способствует также стабилизация питающего напряжения.

Рис. 7. 2. Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока

Из различных схем усилителей постоянного тока наиболее удачно разрешаются указанные проблемы в мостовых балансных схемах. Применение балансной схемы позволяет снизить требования к стабильности питающих напряжений, так как при изменении этих напряжений сопротивления плеч моста изменяются примерно одинаково и баланс моста не нарушается. Нестабильность нулевого отсчета в балансных схемах сохраняется, но она оказывается значительно ниже, чем у обычного УПТ.

Схема УПТ, выполненного по мостовой балансной схеме, приведена на рис. 7.3. Усилитель постоянного тока собран по мостовой схеме на транзисторах V₁, — V₄; на транзисторах V₅, V₆ собран выходной каскад усилителя по схеме с общим коллектором. Такое включение необходимо для получения низкого выходного сопротивления. Измеряемый сигнал подается на базу транзистора V₄, включенного по схеме с общим эмиттером, коллекторной нагрузкой которого является транзистор V₃. Сигнал с коллектора V₄ подается на базу транзистора V₅, включенного по схеме с общим коллектором, нагрузкой которого является транзистор V₆. Сигнал с эмиттера V₅ через кали­бровочный потенциометр R₉ подается на измерительный прибор. Установка нуля УПТ осуществляется потенциометром R₄. При регулировке R₄ изменяется ток базы транзистора V₃, что позволяет установить значение его коллекторного тока, соответствующее балансу УПТ.

Рис. 7.3. Принципиальная электрическая схема УПТ на основе балансного моста

Балансировка входной схемы УПТ осуществляется выравниванием потенциалов на базе V₄ и коллекторе V₂ при коротко замкнутом входе УПТ путем изменения сопротивления потенциометра R₃. Для стабилизации УПТ используется параллельная отрицательная обратная связь через резистор R₇. Рассмотренная схема УПТ использована в универсальном вольтметре В7-13. Недостатками схем с прямым УПТ являются их низкая чувствительность и невысокая точность измерения (погрешность измерения постоянного напряжения составляет 1,5-2,5%).