6.1.3. Вольтметры средневыпрямленных значений.

Вольтметры средневыпрямленных значений содержат преобра­зователь переменного напряжения в постоянное, пропорциональное СВЗ измеряемого напряжения. Простейшие преобразователи этого типа были рассмотрены в гл. 4. Они обычно выполняются на основе двухполупериодных выпрямителей. Эти преобразователи в качестве нелинейного элемента содержат вакуумные или полупроводниковые диоды, не содержат накопительных емкостей и поэтому обладают большим быстродействием по сравнению с вольтметрами СКЗ и пиковыми. Чтобы детектор работал на линейном участке вольтамперной характеристики, на него надо подать сравнительно большой сигнал (0,10,3 В). Поэтому вольтметры СВЗ для обеспечения высокой чувствительности в широкой полосе частот должны иметь широкополосный усилитель переменного напряжения. Высокими качествами последнего в значительной мере будет определяться качество вольтметра. На точность измерений в значительной мере будет влиять нелинейность вольтамперной характеристики, нестабильности параметров диодов, усилителя, других элементов выпрямителя. Для уменьшения этил влияний схему обычно охватывают глубокой отрицательной обратной связью.

Рис. 6.5. Функциональная схема электронного вольтметра.

На рис. 6.5 изображена функциональная схема электронного вольтметра СВЗ. Измеряемое напряжение поступает на входное устройство, которое обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра и расширение пределов измерения. Затем напряжение подается на вход широкополосного усилителя и после усиления - на преобразователь переменного напряжения в постоянное. Схема охвачена глубокой отрицательной обратной связью, напряжение обратной связи снимается с резистора и подается на вход усилителя . Благодаря обратной связи исключается влияние диодов на коэффициент преобразования преобразователя переменного напря­жения в постоянное. Кроме того, улучшаются характеристики усилителя: уменьшается его нестабильность и нелинейность амплитудной характеристики. В диагональ диодного моста включен магнитоэлектрический прибор, показания которого соответствует СВЗ входного напряжения.

Оценим коэффициент преобразования схемы: усилитель - диодный мост. Обозначим амплитуду напряжения на выходе усилителя , а амплитуду напряжения, поступающего с входного устройства на вход усилителя . Тогда амплитуда тока при и будет , а напряжение обратной связи .

Запишем соотношение между выходными и входными напря­жениями усилителя: .

Подставив последнее соотношение в выражение для , получим

. (6.4)

Постоянная составляющая падения напряжения на сопротивлении R очевидно будет равна среднему значению полуволны напряжения за период, т. е.

, (6.5)

а напряжение в диагонали моста

, (6.6)

учитывая, что , где - средневыпрямленное значение измеряемого напряжения на входе усилителя, получаем , где .

При большом коэффициенте усиления К, так что , .

Таким образом, коэффициент преобразования схемы при этих условиях не зависит от сопротивления диодов. Однако нестабильности сопротивлений моста и сопротивления обратной связи будут оказывать влияние на коэффициент преобразования. Очевидно, уравнение преобразования для вольтметра (с учетом входного устройства) можно записать

. (6.7)

Если и , то .

Заметим, что в некоторых вольтметрах СВЗ индицируется по­стоянная составляющая не напряжения в диагонали моста, а на­пряжения между точкой b и точкой нулевого потенциала. Это на­пряжение через фильтр нижних частот подается, например, на аналого-цифровой преобразователь цифрового вольтметра.

Серийные вольтметры В3-38, В3-39, В3-44 построены по схемам, подобным рассмотренным.

Современные вольтметры СВЗ обеспечивают измерение напря­жений от десятых долей милливольта до сотен вольт в диапазоне частот 20 Гц...10 МГц. Основная погрешность составляет 2,5...10 %.

Шкалы вольтметра СВЗ градуируются в СКЗ. Приборы осу­ществляют процесс измерений за 0,2 ...0,5 с, т. е. являются самыми быстродействующими среди вольтметров переменного напряжения.