6.1.1 Вольтметры амплитудных значений.

Отклонение указателя амплитудного вольтметра прямо пропорционально амплитудному (пиковому) значению переменного напряжения, независимо от формы кривой напряжения. Таким свойством не обладает ни одна из систем электромеханических измерительных приборов. В электронных вольтметрах амплитудного значения используются пиковые детекторы с открытым и закрытым входом.

Амплитудные вольтметры обладают наибольшим диапазоном частот (от десятков герц до 12 ГГц) благодаря тому, что пре­образование осуществляется непосредственно на входе прибора. Амплитудный детектор конструктивно размещается в выносном пробнике, благодаря чему удается уменьшить влияние паразитных параметров вольтметра, вывести резонансную частоту входной цепи за пределы диапазона частоты вольтметра.

Необходимая чувствительность (нижний предел измеряемых напряжений - единицы милливольт) достигается применением после детектора УПТ с большим коэффициентом усиления.

Вольтметры среднеквадратических и средневыпрямленных зна­чений требуют применения усилителя переменного напряжения, поскольку преобразователи переменного напряжения в постоянное обладают малой чувствительностью. Этой мерой решается вопрос о необходимой чувствительности, однако возникают трудности обеспечения широкого диапазона частот. Амплитудные вольтметры, чтобы выполнить требования в отношении диапазона частот, чувствительности и точности, строятся, как правило, по схеме уравновешивающего (компенсационного) преобразования как со статической характеристикой (автокомпенсационные вольтметры), так и с астатической (компенсационные вольтметры.) На рис. 6.3 показана упрощенная структурная схема амплитудного вольтметра с закрытым входом,

Рис. 6.3. Структурная схема вольтметра с закрытым входом.

построенного по схеме уравновешивающего преобразования. Измеряемое напряжение подается через входное устройство на вход пикового детектора с закрытым входом ( , , ). На идентичный детектор ( , , ) подается компенсирующее напряжение с частотой около 100 кГц, сформированное в цепи обратной связи. Постоянные напряжения, равные амплитудным значениям измеряемого сигнала и компенсирующего напряжения сравниваются на резисторах , . Заметим, что при малых напряжениях детекторы будут работать в квадратичном режиме, что приведет к погрешности вольтметра амплитудного значения.

Разностное напряжение подается на УПТ с высоким коэф­фициентом усиления. Если напряжение на выходе УПТ положительной полярности, что свидетельствует о превышении напряжения сигнала над компенсирующим или об отсутствии последнего, запускается ранее запертый генератор-модулятор, и компенсирующее напряжение поступает через делитель обратной связи на детектор , , . Генератор-модулятор представляет собой генератор, собранный по емкостной трехточечной схеме, усилитель и эмиттерный повторитель.

Превышение компенсирующего напряжения над измеряемым приводит к запиранию генератора-модулятора. Выходное напряжение с амплитудой, пропорциональной амплитуде измеряемого напряжения и частотой 100 кГц, подается на детектор средневыпрямленного напряжения и измеряется магнитоэлектрическим вольтметром .

Важным требованием является идентичность передаточных ха­рактеристик детекторов сигнала и компенсирующего напряжения. Только при одинаковых характеристиках равенство выходных напряжений детекторов будет свидетельствовать о равенстве входных напряжений.

В установившемся режиме на резисторах и образуется некоторая разность напряжений . Величина этой раз­ности равна

, (6.1)

где К и β - коэффициенты передачи цепи прямого преобразования и обратной связи.

В данной схеме в цепь прямого преобразования входит УПТ, генератор-модулятор, в цепь обратного - делитель в цепи обратной связи и детектор компенсирующего сигнала. Таким образом, для обеспечения высокой точности уравновешивания коэффициент усиления УПТ и генератора-модулятора должен быть достаточно высок. Поэтому УПТ выполняется по схеме с конвертированием. Напряжение, измеряемое магнитоэлектрическим вольтметром ( ) связано с амплитудным значением измеряемого напряжения соотношением

, (6.2)

где - коэффициент передачи детектора средневыпрямленного значения; детектор линеен, поскольку сигнал большой.

Линейная зависимость от обеспечивает равномерную шкалу прибора.

Важный результат состоит в том, что уравнение измерения не зависит от коэффициента в цепи прямого преобразования, где осуществляется основное усиление, а определяется только делителем цепи обратной связи с коэффициентом передачи детектора отсчетного устройства.

Погрешность уравновешивания, будет определяться цепями прямого преобразования и обратной связи:

. (6.3)

Пределы измерений можно переключать как в цепи обратной: связи, так и на входе прибора.

Составляющими погрешности являются: погрешность образцовых средств при градуировке, случайная погрешность измерения постоянного напряжения магнитоэлектрическим прибором, погреш­ность, обусловленная нестабильностью коэффициента передачи цепи обратной связи и коэффициента передачи детектора средневыпрямленного значения, неидентичность характеристик детекторов, неуравновешенность схемы.

По подобной схеме работают выпускаемые промышленностью серийные амплитудные милливольтметры В3-36, В3-43. Основная погрешность на частотах до 30 МГц составляет , на частотах до 1 ГГц - 25%. Шкалы амплитудных вольтметров градуируются в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Недостатком является большая погрешность при измерении напряжений с большим уровнем гармонических составляющих.