Покровский / УМК ОРЭ ч.2(для студентов) / Радиоэлектроника(часть2) / Ответы(часть2)№43

26.3. ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ

Для измерения параметров электрических сигналов широко при­меняют вольтметры, частотомеры, осциллографы.

Электронные вольтметры. Вольтметры по принципу действия и индикации разделяют на аналоговые (стрелочные) и цифровые.

Аналоговый электронный вольтметр постоянного напряжения состоит из входного резистивного делителя напряжений, усили­теля постоянного тока и стрелочного индикатора (рис. 26.4,а).

Делитель напряжения с изменяемым коэффициентом деления слу­жит для расширения диапазона измеряемых напряжений. Уси­литель постоянного тока предназначен для согласования сопро­тивлений высокоомного источника измеряемого напряжения с малым сопротивлением стрелочного индикатора. Основным требо­ваниям, предъявляемым к усилителям (большое входное сопро­тивление, малый дрейф нуля, высокая стабильность коэффициента усиления, малый коэффициент шума), в наиболее полной степени удовлетворяют интегральные усилители, охваченные отрицательной ОС (см. § 14.3, 14.4).

Цифровой электронный вольтметр постоянного тока также содержит входной делитель напряжения и усилитель, к выходу которого подключены аналого-цифровой преобразователь (см. §21.3) и цифровой индикатор (рис. 26.4,а).

Вольтметры переменного напряжения отличаются от вольт­метров постоянного напряжения тем, что содержат преобразова­тель переменного напряжения в постоянное. По типу использу­емого преобразователя различают вольтметры амплитудных, среднеквадратических и средневыпрямленных значений напря­жения.

Преобразователь амплитудных значений переменного напря­жения в постоянное представляет собой пиковый амплитудный параллельный детектор (см. рис. 17.25,6). Для получения боль­шого входного сопротивления в цепь нагрузки измерительного детектора включают большое сопротивление, из-за чего приходится применять диоды с большим обратным сопротивлением. Поэтому в современных вольтметрах применяют электровакуумные диоды.

Для измерения напряжений колебаний, содержащих большое число гармоник, а также напряжений случайных колебаний при­меняют вольтметры среднеквадратических значений напряжения. Такие вольтметры можно реализовать, как и вольтметры ампли­тудных значений, заменив в последних пиковые детекторы квад­ратичными. Однако точность вольтметров с квадратичными детекторами получается низкой, поэтому в вольтметрах средне­квадратических значений обычно используют термоэлектрические преобразователи напряжения, которые реагируют не на мгновен­ные значения напряжения, а на эффективное, пропорциональное средней мощности.

В вольтметрах средневыпрямленного значения применяют выпрямительные преобразователи (см. § 24.2).

Вольтметры среднеквадратического и средневыпрямленного значений обычно строятся по схеме: делитель напряжения—широко­полосный усилитель—преобразователь—индикатор (рис. 26.4,в). Такая схема построения обусловлена малым входным сопротив­лением преобразователей и не позволяет обеспечить такую же широкополосность, как у вольтметров амплитудных значений.

Для измерения импульсных напряжений выпускают специаль­ные импульсные вольтметры. Основное отличие последних от вольтметров амплитудных значений заключается в том, что в них применяют преобразователи, представляющие собой последователь­ный амплитудный детектор (см. рис. 17.25, а), пропускающий постоянный и переменный токи. Очевидно, в зависимости от полярности импульсов в таких преобразователях приходится менять направление включения диода.

Цифровые вольтметры переменного тока можно строить по той же схеме, что и аналоговые: преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь, цифровой индикатор. Однако развитие микропроцессорной техники дает возможность создать универсальные цифровые вольтметры, пригодные для измерения напряжений любой формы. Такой вольт­метр строится по схеме: аналого-цифровой преобразователь микроЭВМ, в состав которой входит микропроцессор,— клавиатура для ввода команд — цифровой дисплей.

Микропроцессорный цифровой вольтметр среднеквадратичное значение напряжения вычисляет по формуле

,

где и_i — последовательность цифровых отсчетов измеряемого напря­жения, взятых через интервалы времени Δt; N — число исполь­зуемых отсчетов. Амплитуду напряжения находят путем выбора наибольших значений последовательности и_i.

Микропроцессорный вольтметр дает исследователю дополни­тельные возможности по обработке результатов измерения. Напри­мер, вольтметр может вычислять относительное отклонение результата измерения от заданного значения; отношения напря­жений; максимальное и минимальное значения и др. Конкретное содержание выполняемых микропроцессорным вольтметром функ­ций определяется заложенной программой.

Литература: А.А. Каяцкас, “Основы радиоэлектроники”, Издательство «Высшая школа», Москва, 1988.

2