 |
Рисунок 5.10 – Схема квадратичного преобразователя (а) и диаграмма напряжений (б)
|
|
|
|
Рисунок 5. 10 – Схема квадратичного преобразователя (а) и диаграмма напряжений (б)
Для увеличения протяженности квадратичного участка вольтамперной характеристики используются преобразователи на диодных цепочках. Напряжение создает на резисторах и соответственно напряжения смещения и. Если входное напряжение не превышает значения, то ток протекает через диод . Если, то ток протекает через диоды и, в результате чего крутизна зависимости тока от напряжения увеличивается (рис. 5. 10, б). Ток через прибор равен . Если, то ток протекает через диоды и ток через прибор равен, крутизна зависимости увеличивается еще больше. Подбирая параметры цепи, можно осуществить кусочно-линейную аппроксимацию вольтамперной характеристики отдельных диодов и увеличить протяженность квадратичного участка преобразователя.
5. 3 Свойства аналоговых электронных вольтметров и особенности их включения
Свойства электронных вольтметров определяются схемой входа, полным входным сопротивлением преобразователя, характером шкалы, чувствительностью, зависимостью показаний прибора от формы и частоты измеряемого напряжения, пределом измерений, погрешностью.
Входное сопротивление вольтметра состоит из активной и реактивной составляющих. Активная составляющая входного сопротивления R вх зависит от схемы входа, преобразователя, типа применяемого нелинейного элемента, используемого во входном конденсаторе диэлектрика, и может изменяться в широких пределах.
Входная емкость С вх электронного вольтметра образована емкостью входных элементов, токоподводящих проводников, межэлектродной емкостью входных нелинейных элементов. На высоких частотах учитывается также индуктивность L вхтокоподводящих проводников. С увеличением частоты входное сопротивление уменьшается, поскольку уменьшается сопротивление электрических потерь во входной емкости.
|
|
|
Рисунок 5. 11 – Эквивалентные схемы входной цепи
Эквивалентная схема входной цепи вольтметра на высоких частотах, несимметричная относительно земли, представлена на рис. 5. 11. Для уменьшения частотной погрешности измерения собственная частота входной цепи вольтметра должна быть в 5-10 раз выше частоты измеряемого вольтметром напряжения. Поскольку входное сопротивление R вх определяет мощность потребления вольтметра от объекта измерения, оно должно быть в 50-100 раз больше сопротивления участка цепи, к которому вольтметр подключается параллельно.
Схема входной цепи вольтметра может быть упрощена, если диапазон частот измеряемого напряжения порядка 10-30 МГц и индуктивность L вх не учитываются и входное сопротивление Z вх носит активно-емкостный характер (рис. 5. 11, а); в диапазоне частот 1-10 МГц входное сопротивление определяется преимущественно емкостным сопротивлением Zвх = 1/(jwCвх) (рис. 5. 11, б), поскольку оно много меньше активного сопротивления; в диапазоне частот ниже 1 МГц - активным сопротивлением Zвх - Rвх(рис. 5. 11, в)так как Rвх < < [1/(jwCвх)].
Для исключения погрешностей, вызванных влиянием паразитных емкостей, клеммы электронного вольтметра и объекта измерения, соединенные с корпусом, должны быть соединены вместе и заземлены (рис. 5. 12). При измерениях напряжения на частотах выше 1 МГц необходимо пользоваться пробником, снижающим частотную погрешность, вызванную и при высоких частотах, а также позволяющим осуществлять измерение непосредственно у объекта измерения.
По пределам измерения напряжений вольтметр выбирают так, чтобы нижний предел обеспечивал достаточно высокую чувствительность, а верхний - позволял по возможности обходиться без применения внешних делителей напряжения.
|
|
|
Рисунок 5. 12 – Схема включения аналогового электронного вольтметра
Шкалы большинства вольтметров независимо от типа преобразования градуируют в действующих значениях синусоидального сигнала, поэтому градуировка справедлива только при измерении сигналов синусоидальной формы, за исключением вольтметра со среднеквадратичным преобразователем.
Электронные вольтметры часто градуируют и в относительных значениях (неперах и децибелах) с использованием соотношения , где - нулевой уровень по напряжению, равный 0, 775 В на градуировочном сопротивлении в 600 Ом; U - значение измеряемого напряжения.
По сравнению с электромеханическими вольтметрами аналоговые электронные вольтметры имеют следующие достоинства: широкий частотный диапазон измеряемого напряжения от единиц герц до сотен мегагерц; слабую зависимость показаний от частоты измеряемого напряжения в рабочем диапазоне частот; высокую чувствительность, практически постоянную в рабочем диапазоне частот, широкий динамический диапазон от десятых долей до сотен вольт (благодаря применению усилителей и делителей напряжений); ничтожно малую мощность потребления, так как имеют большое входное сопротивление, малую входную емкость, но в то же время развивают мощность, достаточную для приведения в действие выходного магнитоэлектрического измерителя.
К недостаткам аналоговых электронных вольтметров относят их сравнительно большую основную погрешность (1-4 %), обусловленную влиянием смены ламп, полупроводников элементов, интегральных микросхем на градуировку вольтметров, частотную погрешность и необходимость вспомогательных источников питания.
|
|
|
