2.3.15 Цифровые вольтметры переменного напряжения

Входной величиной АЦП в данном случае является напряжение переменного тока произвольной формы, изменяющееся в широком диапазоне частот, а выходной величиной – цифровой код.

В то же время для преобразования измеряемого напряжения в цифровой код оно должно иметь форму, удобную для кодирования. Следовательно, необходимы предварительные функциональные преобразования переменного напряжения в постоянное, обработка мгновенных значений переменного напряжения и трансформация спектра переменного напряжения в область более низких частот.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное просты, удобны, работают в широком диапазоне частот. После преобразования можно использовать цифровые вольтметры переменного напряжения.

Преобразователи с обработкой мгновенных значений применяют на низких частотах.

Преобразователи с трансформацией спектра применяют на высоких частотах.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное аналогичны детекторам аналоговых вольтметров. Следовательно, измеряемое переменное напряжение может быть пропорционально амплитудному, среднеквадратическому или средневыпрямленному напряжению. Однако требования к таким преобразователям выше в части точности и линейности преобразования, чувствительности, динамического и частотного диапазонов.

По-иному могут проектироваться преобразователи амплитуды импульсов в импульсных цифровых вольтметрах. Амплитуда импульсов может преобразовываться в пропорциональный интервал времени, который заполняется импульсами ГСчИ. Это преобразование осуществляется с помощью схемы, аналогичной пиковому детектору. Конденсатор заряжается до U_max за время действия импульса, а по окончании импульса разряжается через токостабилизирующий элемент по линейному закону.

Рассмотренные принципы построения цифровых вольтметров переменного напряжения приняты ха основу при проектировании универсальных вольтметров. Измеряемая величины преобразуется в постоянное напряжение с последующим его измерением цифровым вольтметром постоянного тока. Аналоговая часть представляет собой набора преобразователей измеряемых величин в постоянное напряжение, коммутируемых на вход цифрового вольтметра в соответствующих режимах работы.

Основными узлами цифровых вольтметров являются ключи, логические элементы, операционные усилители, триггеры, сравнивающие устройства (компараторы), интеграторы, цифро-аналоговые преобразователи, счетчики импульсов, отсчетные устройства.

2.4 Измерение частоты электромагнитных колебаний

2.4.1 Классификация приборов для измерения частоты и интервалов времени

Период – это наименьший интервал времени, через который повторятся мгновенные значения x(t), то есть x(t) = x(t+T).

Частота – в общем случае – характеризует число идентичных событий в единицу времени.

Для гармонического сигнала применяется понятие «угловая частота» – изменение фазы сигнала в единицу времени ( = 2f).

Частотно-временные измерения могут быть не только абсолютными, но и относительными, при которых оценивается изменение частоты во времени – нестабильность частоты.

Долговременная нестабильность связана с систематическим смещением частоты за длительное время ( 100 с).

Кратковременная нестабильность определяется флуктуациями частоты (если интервал наблюдения менее 100 с).

Приборы для измерения частоты классифицируются следующим образом:

Ч1 – стандарты частоты и времени;

Ч2 – резонансные частотомеры;

Ч3 – электронно-счетные частотомеры;

Ч4 – гетеродинные, мостовые и емкостные частотомеры;

Ч5 – синхронизаторы и преобразователи частоты;

Ч6 – синтезаторы частоты, делители и умножители;

Ч7 – приемники сигналов эталонных частот, компараторы и синхронометры;

Ч8 – преобразователи частоты в другую электрическую величину.

В зависимости от диапазона и требуемой точности методы измерения частоты классифицируются следующим образом:

- метод перезаряда конденсатора;

- резонансный метод;

- метод сравнения (гетеродинный);

- метод дискретного счета (цифровой);

- осциллографический (будет рассмотрен в главе «Осциллографические измерения»).

Метод перезаряда конденсатора имеет низкую точность и ограниченный частотный диапазон и в настоящее время практически не используется.