Вольтметры амплитудных значений

Нелинейным элементом таких вольтметров служит амплитудный (пиковый) детектор. Различают амплитудные детекторы с открытым и закрытым входом. Принципиальная схема амплитудного детектора с открытым входом изображена на рис. 3.13, а. Диаграммы, поясняющие принцип работы – на рис. 3.13, б.

а)

б)

Рис. 3.13. Амплитудный детектор с открытым входом

К входу детектора подключен источник измеряемого переменного напряжения амплитуды Um, имеющий собственное внутреннее сопротивление Rист. Как видно из рис. 3.13,б, в положительный полупериод измеряемого сопротивления конденсатор С1 через диод VD1 заряжается до амплитудного значения Um = Uc. В отрицательный полупериод конденсатор разряжается через резистор R1. Постоянная времени цепи разряда τ выбрана такой, что за время, равное периоду измеряемого сигнала Т, конденсатор разрядится незначительно (выполняется условие τ = R1C1 » T = 1/fн, где fн – низшая частота измеряемого напряжения. Конденсатор за время равное τ разрядится до значения Uc = Uc min, а затем опять подзарядится до напряжения Um и т.д. В результате среднее значение напряжения на конденсаторе Ucо будет поддерживаться близким к амплитудному значению измеряемого напряжения.

Из рис. 3.13 видно, что ток через диод протекает в течение небольшого промежутка времени. Это время пропорционально углу поворота вектора переменного напряжения и называется углом отсечки θ. Значение данного угла зависит от значений Um и Ucо и может быть определено по формуле

(3.29)

Отсюда получаем значение

Ucо = Um (3.30)

Очевидно, что значение зависит от соотношения величин сопротивлений R1 и внутреннего сопротивления открытого диода Ri. Примерный вид такой зависимости изображен на графике рис. 3.14.

Из рис. 3.13 видно также, что на результат измерения будет влиять также внутреннее сопротивление источника Rист. При полностью заряженном конденсаторе С1 напряжение Uco определяется по формуле

Uco = ≈ (3.31)

Из формулы 3.31 видно, что применять схему можно только при условии, что R1 » Rист. В противном случае возникает большая погрешность измерения. От величины R1 также зависит входное сопротивление амплитудного вольтметра с открытым входом.

С помощью амплитудного вольтметра можно измерять также напряжение, содержащее постоянную составляющую. В этом случае конденсатор С1 зарядится до величины близкой к напряжению Um.

Амплитудный детектор с закрытым входом изображен на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Амплитудный детектор с закрытым входом

Как видно из рисунка, в положительный полупериод конденсатор С заряжается до величины напряжения Um. В отрицательный полупериод он разряжается через резистор R, как и в детекторе с открытым входом. Постоянная времени цепи разряда тоже выбирается достаточно большой, поэтому среднее значение напряжения на конденсаторе Со близко к Um. Но в данном случае выходное напряжение детектора Uд снимается с резистора R и представляет собой алгебраическую сумму напряжений на конденсаторе С и входного напряжения (сумму постоянной составляющей и переменного сигнала). Информация об амплитуде измеряемого сигнала заложена в постоянной составляющей Uo = Uco ≈ Um. Переменную составляющую подавляют с помощью фильтра Rф Cф.