5.Аналоговые электронные вольтметры
Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного прибора.
Электронные вольтметры постоянного и переменного токов имеют высокие входные сопротивления и чувствительность, и малое потребление тока от измеряемой цепи. Позволяют производить измерение в широком диапазоне напряжений и частот.
По роду тока электронные вольтметры делятся на вольтметры постоянного напряжения, переменного напряжения, универсальные и импульсные. Выпускаются вольтметры с частотно-избирательными свойствами – селективные.
Электронные аналоговые вольтметры постоянного тока выполняются по схемам, представленным на рис. 4.
Вх
УПТ
У
М
В
U
U
а) б)
Рис. 4
В вольтметре, выполненным по схеме рис.4а, измеряемое напряжение подается на входное устройство, представляющее собой высокоомный делитель напряжения на резисторах. С делителя напряжение поступает на УПТ и далее на строчный прибор V. К УПТ предъявляются жесткие требования в отношении линейности амплитудной характеристики, постоянства коэффициента усиления, температурного и временного дрейфа нуля.
При построении вольтметров для измерения малых напряжений эти требования не всегда могут быть выполнены. Поэтому вольтметры для измерения малых напряжений выполняют по схеме, изображенной на рис. 4б.
В таких вольтметрах постоянное напряжение преобразуется модулятором М в переменное, затем усиливается усилителем переменного тока, обладающим лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с УПТ. Выпрямленное выпрямителем В напряжение подается на строчный прибор. Такие вольтметры могут измерять напряжение до 10-8 В.
Электронные вольтметры переменного тока выполняют по двум схемам (рис. 5 а, б).
В
УПТ
У
U~
U~
В
а) б)
Рис. 5
Вольтметры построенные по схеме рис.5а, позволяют измерять напряжение переменного тока в широком диапазоне частот (10Гц.........1000МГц). Но они не дают возможность измерить напряжение меньше нескольких десятых долей вольта, т.к. детектор выпрямляет только достаточно большие напряжения.
Вольтметры, построенные по схеме рис.5б имеют меньший частотный диапазон, т.к. частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать широким. Однако такие приборы имеют высокую чувствительность. Нижний предел измерения составляет единицы микровольт.
В качестве ВЧ детекторов используют амплитудные диодные детекторы.
Для устранения постоянной составляющей измеряемого сигнала они имеют закрытый вход (рис. 9,а) или, если это не предусматривается, открытый (рис. 9,б). Конструктивно выпрямители выделяют из прибора в выносной щуп, непосредственно контактирующий с объектом измерения. Этим устраняются паразитные реактивности входных зажимов и соединительных проводов.
а) б)
Рис. 9
В качестве УПТ широко применяют высокостабильные ламповые схемы (рис. 10).
Рис. 10
УПТ собран по мостовой схеме, в два плеча которого включены триоды L1a и L1б. Третьи и четвертые плечи моста представляют собой резисторы R1,R2 с постоянными сопротивлениями, служащими катодными нагрузками ламп. В диагональ моста включается измерительный прибор – миллиамперметр магнитоэлектрической системы. Ток, протекающий через ИП, будет пропорционален разности потенциалов точек А и Б. Потенциал т. А определяется входным сигналом, а т. Б – регулируется потенциометром R5 . Поэтому перед измерением производят балансировку моста с помощью данной регулировки.
Крупными достоинствами такой схемы вольтметра являются:
высокая чувствительность;
простота компенсации начального тока
достаточная линейность усилителя.
Кроме того, такая схема позволяет выполнить средство измерения универсальным, а именно: измерять постоянные и переменные напряжения как низкой, так и высокой частоты (до 1 МГц). В усложненных схемах реальных вольтметров помимо рассмотренных устройств для расширения диапазона измеряемых величин применяют добавочные резисторы и входные делители напряжения.