7.5 Измерение импульсных напряжений

7. 5 Измерение импульсных напряжений

Процесс определения амплитудных и временных параметров импульсных сигналов с помощью осциллографа длителен и выполняется с большой погрешностью (см. п-ф 4. 3). Воспроизведение импульсов малой длительности и с фронтами порядка единиц наносекунд без искажений сопряжено с тщательным выбором осциллографа по диапазону частот, экранировкой соединительных проводов, согласованием с соединительным кабелем и др. Более высокую точность измерения амплитуды импульса при удобной и быстрой индикации 'обеспечивают аналоговые и цифровые импульсные вольтметры. В связи с повышением быстродействия импульсных устройств диапазон длительности импульсов уменьшился с микросекундного до нано- и пикосекундного, одновременно уменьшилась и амплитуда импульса до значений 0, 01-1 В, характерных для полупроводниковых приборов, микромодульных и интегральных схем.

Диапазон частот повторения импульсов простирается от одиночных и редко повторяющихся импульсов (частота повторения доли герца) до частот, измеряемых сотнями мегагерц. Как и в стробоскопических осциллографах, все специализированные измерители импульсных напряжений наносекундного диапазона имеют на входе широкополосные преобразователи импульсов, которые их расширяют, сужая тем самым спектр частот. Преобразователи импульсов содержат быстродействующий нелинейный элемент

(полупроводниковый диод), у которого имеются участки вольтамперной характеристики с наименьшим радиусом кривизны, характеризующие переход от запертого к открытому состоянию. Этот участок обычно мал, протяженность его по оси напряжений 0, 5- 0, 7 В. Если амплитуда импульсного сигнала меньше 0, 7 В, то весь сигнал «укладывается» на участке вольтамперной характеристики с наименьшим радиусом кривизны (режим малого сигнала) и показания вольтметра связаны со всей площадью сигнала определенными интегральными соотношениями. При измерении импульсного сигнала с амплитудой больше 0, 7 В работа вольтметра осуществляется на линейном участке характеристики диода и на его показания влияет лишь вершина импульса (режим большого сигнала).

В качестве преобразователей импульсов используют также чувствительные быстродействующие пороговые схемы с туннельными диодами. Включенные после преобразователей импульсные вольтметры могут быть узкополосными, так как работают уже с преобразованными сигналами.

Измерение импульсного напряжения диодно - конденсаторным вольтметром. Импульсный диодно-конденсаторный вольтметр работает как электронный вольтметр синусоидального напряжения и выполняется по схеме преобразователь пикового значения - усилитель постоянного тока - магнитоэлектрический измерительный прибор (см. § 5. 2). Шкала выходного магнитоэлектрического прибора градуируется в пиковых значениях. Для этих вольтметров характерно наличие сильной зависимости показаний от длительности импульса и скважности. Если на вход преобразователя пикового значения подать периодическую последовательность прямоугольных импульсов (рис. 85), то конденсатор емкостью  заряжается во время существования импульса на входе, а в промежутке между импульсами медленно разряжается на резистор сопротивлением . Если же время  будет мало, а  велико, то за время действия короткого импульса конденсатор не успевает полностью зарядиться, а в интервале между импульсами успеет значительно разрядиться, и среднее значение напряжения на конденсаторе за период  повторения импульса может значительно отличаться от амплитудного (пикового) значения  измеряемого импульса.

Рисунок 7. 14 – Временные диаграммы поясняющие работу импульсного вольтметра

При выполнении условий постоянная времени заряда  постоянная времени разряда показания вольтметра будут пропорциональны амплитуде импульса . Импульсные волы-метры выполняют чаще по схеме с закрытым входом (см. 5. 2); при этом вольтметр измеряет пиковое значение  импульсных напряжений без постоянной составляющей , т. е. . При большой скважности постоянная напряжения, равная , мала и практически не влияет на показания вольтметра.

Для измерения размаха напряжения  может быть рекомендован импульсный вольтметр, схема которого представлена на рис. 7. 15. При подведении к вольтметру измеряемого импульсного напряжения в первый положительный полупериод конденсаторы с одинаковым значением емкостей  заряжаются через открытый диод до значения, равного. В течение действия отрицательного полупериода импульсного напряжения диод  открыт, а диод закрыт, в результате чего конденсатор перезаряжается примерно до значения , т. е. знак напряжения на изменится на противоположный, а напряжение на конденсаторе останется почти постоянным, поскольку разряд конденсатора происходит через большое сопротивление . Поэтому, когда вновь поступает положительный импульс измеряемое напряжение оказывается включенным последовательно с напряжением на конденсаторе исовпадает по фазе с напряжением на конденсаторе. Под действием суммарного напряжения, равного размаху , диод будет открыт, происходит заряд конденсатора и разряд конденсатора . Таким образом, через несколько периодов на конденсаторе  установится напряжение, равное полному размаху . Шкалы импульсных вольтметров градуируются при синусоидальном напряжении в амплитудных значениях образцового напряжения. Такая шкала справедлива также и при измерении пиковых значений импульсных сигналов.