Компенсационные импульсные вольтметры.

Для измерения импульсных напряжений, включая импульсы микросекундной и наносекундной длительности, широко используются компенсационные вольтметры. Принцип действия компенсационного импульсного вольтметра состоит в том, что на некотором устройстве, часто называемым дискриминатором, производится сравнением пикового значения импульса с компенсирующим постоянным напряжением , которое регулируется до достижения равенства и является мерой пикового значения. Регулировка осуществляется вручную (режим полной компенсации, астатическая характеристика уравновешивания) либо автоматически (режим неполной компенсации, статическая характеристика системы уравновешивания).

Рис. 6.7. Структурная схема компенсационного импульсного вольтметра.

Рассмотрим сначала простейшую схему компенсационного им­пульсного вольтметра (рис. 6.7). Вольтметр состоит из диода (дискриминатора) с нагрузкой , импульсного усилителя , порогового индикатора с неоновой лампой, источника компенсирующего напряжения и вольтметра постоянного на­пряжения . Индикатор может находиться в двух устойчивых состояниях и характеризуется уровнем напряжения , соответствующим переходу из одного состояния в другое. В отсутствие импульсного напряжения на входе, при напряжении компенсации, равном нулю, устанавливается одно из состояний индикатора, например 0. При воздействии входного сигнала на нагрузке появляются импульсы и индикатор переходит в состояние 1. Это происходит в момент равенства напряжения Е батареи пиковому значению . При условии на резистора будет действовать напряжение из-за неполной компенсации: . Это напряжение представляет собой абсолютную погрешность измерения.

Условие перехода индикатора в другое устойчивое состояние: , где К - коэффициент передачи усилителя, и . Отсюда следует вывод, что при , и . Напряжение стремятся сделать меньше, a коэффициент передачи усилителя - больше.

На практике погрешность не удается уменьшить только путем увеличения коэффициента передачи усилителя или чувствительности индикатора. Это связано с тем, что рабочая точка на вольтамперной характеристике переходит в экспоненциальную область, а главное, что характеристика не имеет острой отсечки тока.

За меру амплитуды импульсов целесообразно принять не Е, а , которое отличается от Е на величину постоянной составляющей на нагрузке диода, не зависящей от параметров сигнала.

Недостатком схемы является прямое прохождение импульса на вход импульсного усилителя через проходную емкость диода . Уменьшить влияние проходной емкости можно, если подключить параллельно нагрузке R диода конденсатор , который совместно с образует для проходящего прямо сигнала делитель. Емкость конденсатора должна быть достаточно большой, чтобы исключить прямое прохождение сигнала через . Однако увеличение этой емкости выше некоторого предела может привести к тому, что амплитуда импульса на нагрузке диода будет зависеть от длительности измеряемых импульсов вследствие недоразряда конденсатора. Минимальное значение емкости , при котором емкостный делитель будет настолько ослаблять прямо проходящий сигнал, что не будет срабатывать индикаторная цепь, можно определить из условия

. (6.17)

тогда

. (6.18)

С другой стороны, постоянная времени заряда емкости через открытый диод должна быть менее минимально возможной длительности импульса исследуемого напряжения, т. е. . При этом условии длительность импульса на нагрузке диода примерно равна длительности измеряемого импульса.