Контрольное задание №1

Разработать электронный вольтметр переменного тока, обеспечивающий измерение напряжения от 1mV до 300 V с входным сопротивлением 1МоМ в диапазоне частот от 20Гц до 1МГц и основной погрешностью не превышающей 2%.

ОТВЕТ

1,1.Привести блок-схему вольтметров переменного тока. Какая блок-схема обеспечивает выполнение указанных в задании характеристик?

Рис 1. Детектор/выпрямительное устройство – Усилитель постоянного тока – Измерительный прибор. ЭВ построенные по данной схеме обладают широким диап-ном частот измер-ых напр-ий (500-1000МГц), но обладают значительно небольшой чувствительностью и точностью по ср-ю со схемой Рис2.

Рис2. Усилитель переменного тока – Детектор - Измерительный прибор. По рис.2 ЭВ (электронные вольтметры) обладают достаточно большой чувствительностью (нижний предел 1мВ), обычно класс точности 1,5-2,5, но их верхняя граничная частота номинальной области не превышает 5-10 МГц. Схема по рис.2 обеспечивает выполнение указ-х в задании харак-к.

1,2. Нарисуйте схему входного делителя электронного вольтметра. Какое должно быть минимальное сопротивление, обеспечивающее заданное входное сопротивление ЭВ? Запишите выражение для коэффициента передачи делителя напряжения и условия независимости от частоты. (сопротивления и емкости подключаются)

Входной делитель представляет собой пассивный масштабный преобразователь.Эквив.схема резистивн.делителя напряжен.при наличии паразитн.емкостей и индуктивностей имеет вид.

без реактивностей

Кн=Uвых\Uвх.=(IR₂\I(R₁+R₂))*Uвх., Нормальн.передаточн.коэф-нт равен: Кн=R2\R1+R2.

Реальный коэф-нт:Kр=Z2\Z1+Z2(*),подставив в (*)значен.пар-ров Z1иZ2 легко убедить, что реальн.пер.коэф-нт делителя напряжен зависит от частоты(ω). Для устранен.появл-щейся в этом случае дополнит.частотн.погр-сти, необх-мо строить ДН, как цепь,пропускающ.все частоты. Кн=Кр. и не будет зависеть от частоты ,если выполнено сл.усл-е: R1\R2=C1\C2=L1\L2.

Сопротивление входного делителя не должно быть меньше заданного входного сопротивления.

Для обеспечения высокого входного сопротивления прибора делитель составляют из резисторов больших номиналов, при этом становится заметным влияние паразитных параметров делителя, обуславливающих дополнительную составляющую погрешности. Для компенсации делителя напряжения по частоте его сопротивление специально шунтируются конденсаторами.

ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОТВЕТА НА ВОПРОС2.

Рис5(ниже) Схема входного делителя напряжений (точки 1, 2 понадобятся чуть ниже в след.рис.)

Сопротивление входного делителя не должно быть меньше заданного входного сопротивления.

Для обеспечения высокого входного сопротивления прибора делитель составляют из резисторов больших номиналов, при этом становится заметным влияние паразитных параметров делителя, обуславливающих дополнительную составляющую погрешности. Для компенсации делителя напряжения по частоте его сопротивление специально шунтируются конденсаторами.

Условие независимости коэффициента передачи делителя напряжения от частоты:

, где Свх – емкость первого каскада. Для выполнения этого условия в схемах делителей напряжения широкополосных вольтметров, сопротивления делителя шунтируются подстроечными конденсаторами, емкость которых подбирают экспериментально при настройке вольтметра.

1,3. Как выбираются пределы измерения вольтметров? Определите пределы измерения ЭВ в соответствии с заданным диапазоном измерения. Как обеспечить необходимое кол-во пределов измерения? кратно трем,1,3,10, 30….

Пределы измерения электронных вольтметров переменного тока выбираются (устанавливаются) исходя из соотношения номинальных напряжений двух смежных пределов измерений, соответствующего изменению напряжения при переходе на новый предел в 10 децибел, т.е. . Если принять напряжение на первом пределе за 1mV, на следующих пределах получим 3,16-10-31,6-100 mV и далее 1-3,16-10-31,6-100-316V.

Из-за сложности конструирования входных высокоомных делителей (непроволочные высокоомные сопротивления имеют недостаточную стабильность) целесообразно для получения необходимого количества пределов применять во входных цепях усилителя переменного тока многопредельный низкоомный делитель (аттенюатор).

Комбинируя входной (на два положения) и многопредельный делители, можно получить необходимое количество пределов измерения. Наличие аттенюатора в схеме обусловлено большим динамическим диапазоном вольтметра, которому не может соответствовать единственный предел измерения. У аттенюатора постоянство и равенство входных и выходных сопротивлений ячеек.