книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

пока напряжение подводимого к диоду сигнала меньше на­ пряжения смещения Е сш. На диод Д\ смещение не подает­ ся, поэтому его квадратичный участок характеристики соот­ ветствует отрезку кривой 0— 1 (рис 5.24, б) При напря­ жении ивх> Е сщ диод Д2 открывается, через микроампер­ метр протекает суммарный ток Величина тока іі оп­ ределяется линейным участком характеристики диода Ді, а тока і2— квадратичным участком характеристики диода Д2. Суммарный ток соответствует отрезку параболической кривой 1—2 и т. д. В результате показания измерительного прибора будут соответствовать зависимости і = ап2вх, опре­

деляемой кривой рис. 5.24, б. Включенный на входе схемы симметрирующий трансформатор позволяет измерять сим­ метричные, и несимметричные напряжения при отсутствии постоянной составляющей. Примером вольтметров с квад­ ратичными детекторами могут быть приборы ВЗ-5, ВЗ-6 ,

ВЗ-18.

Вольтметры с рассмотренными детекторами называют­

приборов пропорционален соответственно амплитудному и действующему значениям измеряемых напряжений. Кроме того, есть еще линейные вольтметры, угол поворота подвиж­ ной части индикаторов которых пропорционален средневы­ прямленному значению измеряемого напряжения t/cp.B ==

т

= — J |ы(01^-При этом детектирование должно произво-

о

диться при линейной вольтамперной характеристике детек­

этого конденсатора выбирается такой, чтобы его сопротив­ ление Ѵгя/тіпС на самой низкой частоте fmia было бы во

181

много раз меньше сопротивления микроамперметра, и по­ этому конденсатор С представлял бы малое сопротивление для переменной составляющей тока в цепи диода. Сопро­ тивление нагрузки R выбирают много больше внутреннего

R

метра с однополупериодным выпрямителем и графики токов и напряжений

сопротивления диода Ri с тем, чтобы использовать линей­ ность его вольтамперной характеристики. Измеряемое напряжение u = U msin a t в результате однополупериодного выпрямления создает пульсирующий ток га (рис. 5.25, б), постоянная составляющая которого / ср протекает че­ рез микроамперметр, а переменная — через емкость С. При R^$>Ri, характеристика приблизительно линейна ( і =

182

Из этого следует, что показания микроамперметра ли­ нейно зависят от измеряемого напряжения. Обычно шкалу прибора градуируют в действующих значениях синусои­ дального напряжения. При измерении несинусоидальных напряжений с помощью такого вольтметра действующее значение определяется пересчетом показаний прибора с учетом коэффициентов формы измеряемого и синусоидаль­ ного напряжений.

Диодные линейные вольтметры также строят по схемам с двухполупериодным выпрямлением. При этом наиболее распространенными являются мостовые схемы. Принцип включения диодов в таких схемах аналогичен рассмотрен­ ным в § 5.8 (см. рис. 5.17, 5.18) с той особенностью, что для ламповых диодов предусматривается еще компенсация начальных токов диодов [2 2 ].

Схемы электронных вольтметров можно построить с применением триодов. Существует большое количество разнообразных схем вольтметров на триодах, рассмотрен­ ных в [23]. В качестве примера на рис. 5.26, а приведена простейшая схема электронных вольтметров с анодным детектированием. Для обеспечения требуемого режима ра­ боты введено напряжение смещения Е сш, от значения кото­ рого зависит положение рабочей точки А (рис. 5.26, б) на анодно-сеточной характеристике триода Л. Если измеряе­ мое напряжение их равно нулю (входные зажимы закоро­ чены), то в цепи анода, через магнитоэлектрический при­ бор ИМ будет проходить начальный ток /0. Поэтому перед началом измерений с помощью компенсационного напря­ жения UK и переменного резистора RK производят установ­ ку указателя ИМ на нуль. При подаче на сетку лампы Л измеряемого напряжения их анодный ток 'начинает изме­ няться по закону, который определяется законом измене­ ния их, видом анодно-сеточной характеристики и значени­ ем £см. Его среднее значение / ср будет отличаться от на­ чального тока /о на А/.

Аппроксимируя анодно-сеточную характеристику урав­ нением іа= а + й,мс-|- а2 ыс’ и рассматривая случай синусои­

дального изменения измеряемого напряжения, можно по­ казать, что

183

напряжения их) и вольтметры с сеточным детектированием (рис. 5.28), которые имеют более высокую чувствитель­ ность, чем вольтметры с анодным детектированием.

с автоматическим смещением с сеточным детектированием

Усилители. Теория усилительных устройств рассматри­ вается в курсе «Основы радиоэлектроники и радиотехниче­ ских устройств», поэтому ограничимся некоторыми замеча­

(совместно с индикатором) являются вольтметром посто­ янного тока. Плечи моста — сопротивления R і и R2 и трио­

185

ем RÄ. В рассматриваемой схеме изменения накала и анод­ ного напряжения ламп Л\ и Л 2 приводит к одинаковому воздействию на плечи моста, что существенно уменьшает дрейф нуля. Вследствие этого, а также за счет обратной связи значительно повышается стабильность работы схемы.

При усилении весьма слабых сигналов используются усилители, в которых усиливаемое постоянное напряжение

бе усиления факторы, вызывающие дрейф нуля в усилите­ лях постоянного тока, не нарушают постоянство напряже­ ния на выходе усилителя.

Усилители переменного напряжения, используемые в электронных вольтметрах, должны иметь заданную вели­ чину и высокую стабильность коэффициента усиления в рабочем диапазоне частот и температур, малые нелиней­ ные искажения и быть нечувствительными к колебаниям напряжения питания. Для выполнения этих требований в усилителях используют отрицательную обратную связь.' Так как при этом уменьшается коэффициент усиления

к.ос = КІ(1— ßK), то для обеспечения достаточного усиле­ ния сигналов усилители делают многокаскадными (трехили шестикаскадными). Каждые три каскада охватывают последовательной (рис. 5.30) отрицательной обратной

186

где ZBX и ZBblx— входное и выходное сопротивления усилителя без обратной связи;

К— коэффициент усиления без обратной связи;

ß— коэффициент обратной связи ( ß / ( < 0 ).

Такие изменения входного и выходного сопротивлений способствуют согласованию усилителя с делителем напря­ жения и детекторным устройством.

Заметим, что при подаче сигнала обратной связи парал­ лельно входному сигналу, например в операционных уси­ лителях, величина входного сопротивления уменьшается.

Влияние формы кривой измеряемого напряжения на показания вольтметров

Угол поворота подвижной части стрелочного индикато­ ра электронного вольтметра зависит от типа детектора и может быть пропорциональным средневыпрямленному, действующему, или пиковому значениям измеряемого пере­ менного напряжения. Однако шкалы всех вольтметров, кроме импульсных, градуируют обычно в действующих зна­ чениях синусоидального напряжения потому, что основное их назначение — измерять напряжение синусоидальной формы. Шкалы импульсных вольтметров градуируют в пи­ ковых значениях. Так как в практике измерений, кроме синусоидальных напряжений приходится иметь дело с на­ пряжениями несинусоидальными — различных форм, то неумелое пользование шкалой некоторых из упомянутых вольтметров может привести к появлению дополнительных погрешностей и грубым ошибкам. Поэтому рассмотрим ос­ новные правила определения напряжения по показаниям электронных вольтметров в зависимости от формы кривой измеряемого напряжения. Напомним перед этим, что связь между амплитудным и действующим значениями напря­ жения любой формы устанавливается через коэффициент амплитуды

а действующее и среднее значения через коэффициент формы

Uср

187

Для синусоидального напряжения эти коэффициенты

1. При измерении синусоидального напряжения все вольтметры должны давать одинаковые показания — дей­ ствующее значение U. Максимальное (амплитудное) значе­ ние этого измеряемого напряжения можно определить на основании (5.24) t/m= 1,411/. Среднее значение этого напря­ жения подсчитаем, исходя из (5.25):

U,9 ±=U /l,U .

2 . При измерении несинусоидального напряжения его действующее значение U будет показывать правильно толь­ ко квадратичный вольтметр. Если для измеряемого напря­ жения коэффициенты амплитуды и формы известны, то пи­ ковое и среднее значения определяются из (5.24) и (5.25).

В случае, когда К а и К ф неизвестны, то для определе­ ния по действующему значению U других значений, следу­ ет исследовать форму измеряемого напряжения с помощью осциллографа.

3. При измерении несинусоидального напряжения вольтметром, измеряющим среднее значение напряжения для любой формы кривой, но отградуированного в действу­ ющих значениях для синусоидального напряжения, полу­ ченный отсчет Ux не будет соответствовать действующему значению измеряемого напряжения U.

Для получения U надо произвести пересчет: среднее значение UСр измеряемого напряжения получается при де­ лении показания вольтметра Ux на коэффициент формы для синусоиды (или кривой, при которой он градуировал­ ся), т. е.

Ucp = £Д: 1,11.

После этого Ucр надо умножить на коэффициент формы из­ меряемого напряжения Кф. Таким образом,

Пиковое значение определим с помощью коэффициента ам­ плитуды измеряемого напряжения Ка '-

Un = U ^ = U ccKt K A.

4. При измерении несинусоидального напряжения пико­ вым вольтметром, его отсчет UB нужно умножить на коэф­

188

фициент амплитуды синусоидального напряжения. Это дает показание, соответствующее пиковому значению изме­ ряемого напряжения. Остальные значения можно опреде­ лить, если известны коэффициенты амплитуды и формы для измеряемого напряжения.

5. При измерении несинусоидального напряжения им­ пульсным вольтметром его отсчет Ux соответствует пиково­ му значению Ѵт измеряемого напряжения, поэтому дей­

ствующее значение П = - ^ - переднее значение Ucp —

=. ( К а и К ф — должны быть известны).

Лф

Из этого следует, что при измерении несинусоидального напряжения приборы нужно подбирать внимательно и ис­ пользовать их по назначению; в противном случае возмож­ ны ошибки от несоответствия приборов.

Погрешности и классы точности электронных вольтметров

Источники погрешностей электронных вольтметров раз­ нообразны. Это объясняется сложностью их измеритель­ ной схемы, наличием в ней различных элементов, работа которых зависит от многих факторов, их устройства и прин­ ципа действия, величины, формы кривой, и частоты прило­ женного напряжения, температуры окружающей среды и т. д. Погрешности бывают основные и дополнительные.

Основная погрешность определяется классом точности применяемого в качестве индикатора магнитоэлектрическо­ го прибора, точностью первоначальной градуировки шкалы вольтметра, соответствием характеристики детекторного устройства своему назначению (степени его линейности или квадратичное™ и т. д.). Ее можно определить при нормаль­ ных условиях эксплуатации прибора: правильном включе­ нии его в измерительную цепь, определенном положении стрелочного индикатора, заданной температуре, форме кри­ вой и частоте измеряемого напряжения. Обычно эти усло­ вия соответствуют тем, при которых производится градуи­ ровка вольтметра. Отступления от этого могут вызывать дополнительные погрешности. Среди них, в первую оче­ редь, отметим частотные погрешности.

У вольтметров для измерения высокочастотных напря­ жений рабочий диапазон частот разделен на номинальную область и расширенную. В номинальной области частот по­ грешность для каждой частоты области не должна превы-

189