Лекция 8. Измерение постоянных напряжений Электронные вольтметры постоянного напряжения

На рисунке 1 представлена структурная схема электронного вольтметра постоянного напряжения, имеющего чувствительность единицы микровольт.

У силитель постоянного тока (УПТ), входящий в состав вольтметра, должен иметь стабильный коэффициент усиления и малый дрейф выходного напряжения. Это достигается применением усилителей, выполненных по мостовым схемам. Дестабилизирующие факторы действуют на обе половины моста одинаково и не вызывают дополнительного разбаланса моста. Отрицательная обратная связь делает работу усилителя стабильной, а его характеристику линейной в широких пределах.

При высокой чувствительности вольтметров для устранения дрейфа используются УПТ с конвертированием постоянного напряжения в переменное, амплитуда которого пропорциональна постоянному напряжению. Они построены по принципу уравновешивающего преобразования и работают в режиме неполного уравновешивания.

Входное устройство А1 обычно содержит интегрирующий фильтр для уменьшения влияния переменной составляющей, присутствующей во входном сигнале. УПТ (рис. 1) выполнен по схеме с конвертированием. Измеряемое постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение прямоугольной формы. Для этой цели на входе УПТ часто применяется последовательно-параллельный ключ на полевых транзисторах. Управляющее напряжение имеет обычно частототу 400 Гц и вырабатывается мультивибратором (G), собранным на интегральной схеме и формируется с помощью дифференциальных усилителей.

Переменное напряжение усиливается усилителем А2 и выпрямляется синхронным детектором U2. Через эмиттерный повторитель постоянное напряжение подается на магнитоэлектрический микроамперметр Р1. Усилитель охватывается глубокой отрицательной обратной связью. Для переключения пределов измерения предусмотрен делитель в цепи обратной связи, который собирается на прецизионных постоянных резисторах, т.е. путем изменения коэффициента усиления усилителя. Синхронный детектор U2 работающий по принципу удвоения напряжения, синхронизирован по фазе с сигналом на входе усилителя А2. В схеме синхронного детектора также применяются полевые транзисторы.

Основная погрешность микровольтметра составляет 1,5...6,0%. Источниками погрешности являются:

• погрешность образцовой аппаратуры, по которой производится градуировка;

• погрешность градуировки;

• случайная погрешность стрелочного прибора;

• нестабильность канала преобразования;

• неравномерность шкалы;

• возникновение паразитных термо-ЭДС, обусловленных изменением температуры в пределах нормальной области;

• наличие собственных шумов (сказываются на нижних пределах измерения).

По указанной структурной схеме реализованы серийно выпускаемые микровольтметры В2-11, В2-15, В2-25.

В некоторых случаях требуются вольтметры постоянного напряжения с очень большим входным сопротивлением (10¹⁰–10¹⁶ Ом). Тогда применяют электрометрические лампы, сеточные токи которых не превышают 10^-15 А, а сопротивление утечки входной сетки не менее 10¹⁶ Ом. Усиление постоянного напряжения осуществляется с использованием конвертирования. Примером такого прибора может служить серийный электрометр ВК2–16. В качестве преобразователя постоянного напряжения в переменное используется динамический конденсатор.

В электронных вольтметрах меньшей чувствительности в УПТ вместо конвертирования применяются высокостабильные устройства с отрицательной обратной связью и операционные усилители.