Электронные вольтметры.

Электронные вольтметры переменного тока представляют собой сочетание выпрямителя на полупроводниковых диодах, усилителя и магнитоэлектрического измерительного механизма.

 

 

Рис. 3.30. Структурные схемы электронных вольтметров переменного и постоянного тока (а), переменного тока (б) и постоянного тока (в).

 

Структурные схемы вольтметров переменного тока даны на рис. 3.30, а и б. Основными узлами схем являются выпрямитель В, усилитель переменного тока У, усилитель постоянного тока УПТ и магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ.

Структурная схема рис.3.30,а используется для универсальных электронных вольтметров переменного и постоянного тока. Нижний предел измерения таких вольтметров ограничивается порогом чувствительности выпрямителя и составляет обычно 0,1 - 0,2 В.

При использовании в выпрямителях высокочастотных диодов подобные электронные вольтметры работают в диапазоне от 20 - 30 Гц до 100 - 300 МГц.

Электронные вольтметры, выполненные по структурной схеме рис. 3.30, б, имеют большую чувствительность и точность, но меньший рабочий частотный диапазон, который ограничивается усилителем У. По этой схеме выполняются электронные милли- и микровольтметры переменного тока.

Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока (рис. 3.30, в) включает в себя усилитель постоянного тока, построенный по типу предварительного преобразования постоянного напряжения в переменное с помощью полупроводникового модулятора М, усиления сигнала усилителем переменного тока У с последующим выпрямлением выпрямителем В.

В зависимости от того, какое значение переменного напряжения измеряется электронным вольтметром, различают вольтметры среднего, действующего и амплитудного значения. Между амплитудным (максимальным) U_m, действующим U и средним U_ср значениями напряжения определенной формы кривой имеется связь через коэффициенты амплитуды k _a и формы k_ф:

k_a = U_m /U; k_ф = U / U_ср.

Электронные вольтметры среднего значения напряжения строятся с использованием схем одно- или двухполупериодного выпрямления, в которых применяются полупроводниковые диоды, работающие на линейном участке характеристики. Поэтому выпрямители дают постоянную составляющую тока, пропорциональную среднему значению измеряемого переменного напряжения U (t), т. е.

 

В основном схемы выпрямителей среднего значения используются в высокочувствительных электронных вольтметрах с предварительным усилением сигнала (рис. 3.30, б). При градуировке шкалы вольтметра в действующих значениях напряжения в показаниях прибора появится погрешность за счет несинусоидальности измеряемого напряжения.

В вольтметрах действующего значения используют выпрямители с квадратичной вольтамперной характеристикой вида i = аu². При периодическом и, в частности, при синусоидальном входном напряжении u(t) постоянная составляющая выпрямленного тока двухполупериодного выпрямителя,

т. е. среднее значение тока определяется действующим значением напряжения. Шкала прибора в этом случае получается квадратичной с градуировкой в действующих значениях напряжения. Полученная зависимость справедлива для симметричных периодических сигналов u(t) любой формы и без постоянной составляющей.