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%.

Выполните следующие задания и ответьте на вопросы, связанные с поставленной задачей.

1.1. Приведите блок схемы электронных вольтметров переменного тока. Какая из блок-схем обеспечит выполнение указанных в задании характеристик.

1.2. Нарисуйте схему входного делителя электронного вольтметра. Какого должно быть его минимальное сопротивление, обеспечивающее заданное входное сопротивление электронного вольтметра? Запишите выражение для коэффициента передачи (деления) делителя напряжения и условие независимости его от частоты.

1.3. Как выбираются пределы измерения вольтметра? Определите пределы измерения вольтметра в соответствии с заданным диапазоном измерения. Как обеспечить необходимое количество пределов измерения?

1.4. С какой целью в схемах электронных вольтметров применяются преобразователи импеданса, что они собой представляют?

1.5. Из каких соображений выбирается коэффициент усиления усилителя электронного вольтметра?

1.6. На основе каких микросхем целесообразно выполнить усилитель (ОУ или микросхемы усилителей постоянного или переменного тока)?

1.7. Как можно преобразовать переменное напряжение в постоянное? Нарисуйте схему простейшего детектора, который целесообразно использовать.

1.8. Как можно повысить входное сопротивление усилителя?

1.9. Какие компоненты схемы вольтметра ограничивают значение нижней частоты измеряемого напряжения?

1.10. Какие параметры схемы ограничивают высшую рабочую частоту вольтметра?

1. Бишард Е.Г., Кисилева Е.А. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы. - М: Высшая школа, 1991. - 415с.

2. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника - М.:Высшая школа, 1991.-622с.

3. Гусев В.Г., Мулик А.В. Аналоговые измерительные устройства. Изд. УГАТУ. - Уфа, 1996, 147 с.

Эталонный ответ контрольного задания № 1

1.1 Электронные вольтметры переменного тока обычно выполняются по одной из двух блок - схем:

а) Детектор - усилитель постоянного тока

б) Усилитель переменного тока - детектор

Выполнение указанных в задании характеристик обеспечит электронный вольтметр, выполненный по блок-схеме б), т.к. он имеет более высокие чувствительность и точность и может работать в диапазоне частот до 5МГц.

1.2 Наиболее распространена схема делителя, имеющая вид:

Сопротивление входного делителя (R1+R2) должно быть не меньше заданного входного сопротивления электронного вольтметра, т.е. не меньше 1МОм.

Коэффициент передачи (деления) делителя напряжения, состоящего из активных сопротивлений, определяется как

Коэффициент передачи (деления) не зависит от частоты при определенном соотношении между сопротивлениями и шунтирующими емкостями

R1·С1 = R2·С2

1.3 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.

1.4 Преобразователь импеданса служит для получения требуемого входного сопротивления электронного вольтметра и представляет собой повторитель, выполненный, например, на операционном усилителе.

1.5 Коэффициент усиления усилителя переменного тока электронного вольтметра определяется из необходимости получения на его выходе напряжения, достаточного для полного отклонения выходного измерительного прибора на нижнем пределе измерения с учетом падения напряжения на детекторной цепи.

1.6 При применении ОУ коэффициент усиления на высоких частотах имеет малое значение, что затрудняет создание высококачественного усилителя. Поэтому целесообразно применять микросхемы широкополосных усилителей переменного тока.

1.7 Переменное напряжение в постоянное преобразуется с помощью детектора.

1.8 Входное сопротивление можно повысить с помощью отрицательной ОС введенной последовательно.

1.9 Разделительные конденсаторы в усилителе ограничивают значение нижней частоты измеряемого напряжения.

1.10 Высшую рабочую частоту ограничивают: инерционность активных компонентов усилителя; паразитные емкости монтажа; корректирующие цепи интегрирующего типа.

Контрольное задание № 2

Разработать измерительный генератор, вырабатывающий сигналы в диапазоне частот 20Гц до 20кГц с изменяющимся дискретно и плавно выходным напряжением и различным выходным сопротивлением.

Выполните следующие задания и ответьте на вопросы, связанные с поставленной задачей.

2.1. Приведите классификацию измерительных генераторов и их обозначения.

2.2. Приведите блок-схему измерительного генератора низкой частоты.

2.3. Какие типы задающих генераторов применяются в измерительных генераторах?

2.4. Приведите блок-схему задающего генератора на биениях и объясните принцип его работы.

2.5. Нарисуйте схему задающего генератора типа RС с фазобалансным мостом. Запишите условия установившегося режима генерации.

2.6. Какие устройства обеспечивают деление выходного напряжения измерительного генератора, сохраняя постоянным его выходное сопротивление? Приведите схему аттенюатора с постоянными параметрами звеньев.

2.7. Какой режим работы измерительного генератора с нагрузкой называется согласованным?

2.8. В каких диапазонах частот целесообразно использовать RС и LС автогенераторы?

2.9. В каких случаях целесообразно применять генераторы на биениях?

2.10. Что влияет на стабильность частоты выходного сигнала генераторов и как ее можно повысить?

2.11. Как можно изменять частоту автоколебаний RС автогенератора?

2.12. Для чего в составе автогенератора предусматривают элемент с нелинейной вольтамперной характеристикой?Литература к контрольному заданию № 2

1. Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы. М.: Высшая школа, 1991, 415 с.

2. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1982, 495с.