Вольтметр переменного тока – назначение, принцип работы, типы, схема подключения

Содержание

назначение, принцип работы, типы, схема подключения

Вольтметр – это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще – прибор для измерениянапряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение вольтметр показывает в Вольтах.

Если говорить об идеальном вольтметре, то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые вольтметром в электрической цепи.


Рисунок — Формулы измерения напряжения

Если говорить о способе монтажа, то вольтметры подразделяют на три основные группы:

• Стационарные;

• Щитовые;

• Переносные;

Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые – в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные – в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.

Рисунок — Схема подключения вольтметра

Посмотрите видео о подключении вольтметра:

По назначению все вольтметры делятся

• Переменного тока;

• Постоянного тока;

• Селективные;

• Фазочувствительные;

• Импульсные.

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление, имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей

1. В3-57 — микровольтметр

Измерительное устройство модели В3-57 — вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.

Основные техданные:

— Пределы замеров напряжений 10 мкВ — 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

— Границы частот 5 Гц — 5 МГц

— Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

— Входное сопротивл.5 МОм ±20%

— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)

— Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В

— Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%

— Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)


2.Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

— Измерение ср.квадратического значения переменного напряжения

— Диапазон частот: 5 Гц…5 МГц

— Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 пределов)

— Два измерительных ВЧ входа: Кан1 / Кан2

— Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

— Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Uпик

— Автоматический или ручной выбор пределов измерений, удержание результата (Hold)

— Двухстрочный VDF-дисплей

— Интерфейс RS-232


3. Вольтметр В7-40/1

Высококачественный цифровой универсальный прибор, предназначенный для измерения постоянного и переменного напряжений, силы токов и сопротивления постоянному току. вольтметр В7-40/1 применяется при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, в лабораторных и цеховых условиях. Встроенный в вольтметр В7-40/1 интерфейс IEEE 488 позволяет успешно использовать его в составе автоматизированных информационно — измерительных систем.

Вольтметр В7-40/1 соответствует жестким условия эксплуатации.

— Точность измерения по постоянному току вольтметра В7-40/1 — 0,05 %

— Максимальная разрешающая способность В7-40/1 — 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

— Диапазоны 0,2; 20; 200; 1000 (2000) В

— Разрешение 1, 10, 100 мкВ; 1; 10 мВ

— Основная погрешность измерения ±(0,04 %+ 5 ед. мл. р)

Входное сопротивление:

— на диапазоне 0,2 В не менее 1 ГОм

— на диапазоне 2 В не менее 2 ГОм

— на диапазонах 200….1000 В, не менее 10 МОм

Ещё одно видео о способе подключения вольтметра:

pue8.ru

Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики | ENARGYS.RU

Вольтметр, что это такое? В первую очередь это прибор, который служит в качестве измерительного устройства величины напряжения до 1000В в сетях постоянного и переменного тока, промышленной частоты и используется в информационно-измерительных системах. Идеальный вольтметр обладает чрезвычайно высоким, бесконечным сопротивлением, за счет большого сопротивления прибора достигается наиболее высокая точность и широкие сферы использования.

Прибор предназначен для обеспечения математической и логической обработки измерений.

Виды вольтметров

Существует два вида вольтметров:

  1. Портативные или переносные вольтметры, предназначенные для проверки (тестирования) напряжения в сети. Как правило, такой прибор включается в конструкцию тестера, различаются цифровые или стрелочные приборы, кроме измерения напряжения они выполняют функцию по измерению токов нагрузки, сопротивления цепи, температуры и т. д.
    Если цифровые приборы отличаются точностью показаний то типы вольтметров, относящиеся к аналоговым (стрелочным) приборам, способны реагировать на малейшие отклонения параметров, не определяемых цифровым прибором.
  2. Стационарные приборы устанавливаются на приборных панелях в электрораспределительных щитах для контроля работы оборудования, эти приборы принадлежат к электромагнитному типу.

Классификация вольтметров

Приборы различаются по принципу действия, бывают электромеханические и электронные.

По назначению, приборы – импульсные, измеряющие сеть постоянного и переменного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включают в цепь параллельно нагрузке и источнику напряжения, это делается для того чтобы высокое сопротивление, используемое в приборе не оказывало влияние на показания прибора. Величина тока протекающего через прибор должна быть минимальной.

Рис. №1. Схема подключения вольтметра в электрическую сеть.

Технические характеристики вольтметра

Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25 – 30оС с относительной влажностью воздуха до 80% при атмосферном давлении 630 – 800мм рт. ст. Частота питающей сети 50 Гц и с напряжением 220В (частотой до 400 Гц). На измерение большое влияние оказывает форма кривой переменного напряжения питающей сети – синусоида с коэффициентом гармоник не более 5%.

Возможности прибора оцениваются при помощи следующих показателей:

  1. Сопротивление прибора.
  2. Диапазон измеряемых величин напряжения.
  3. Класс точности измерений.
  4. Предельные границы частот напряжения переменной цепи.

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

  1. Масштабирующий преобразователь.
  2. Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.
  3. Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.
  4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Рис. №2.Схема цифрового вольтметра

Вольтметр переменного тока

Широкополосные электронные вольтметры, используемые в сетях переменного тока, имеют свои конструктивные особенности и свойственную только им градуировку. Степень воздействия на измеряемую цепь при исследовании зависит от входных параметров комплексное, это: входное активное сопротивление (Rв), при этом сопротивление должно быть наиболее высоким, емкость на входе (Cв), она должна быть как можно меньше и индуктивность (Lпр), она вместе с емкостью создает последовательный колебательный контур, отличающийся своей резонансной частотой.

Рис. №3. Схема подключения высокочастотного вольтметра.

Измерение сопротивления вольтметром

Низкоомный вольтметр с сопротивлением не более 15 Ом пригоден для измерения сопротивлений и выполняется при помощи формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1)

Для формулы используются сопротивление вольтметра Rв, а также 1 и 2 показания вольтметра, точность измерения не всегда соответствует действительности, так как замер осуществляется без учета внутреннего сопротивления прибора. Более точный результат достигается при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), внутреннее сопротивление – r.

При замере каждое последующее сопротивление должно быть большим по сопротивлению вольтметра и выполнятся с фиксацией каждого замера.

Для того чтобы определить какое напряжение показывает вольтметр руководствуются шкалой вольтметра, при помощи цены деления прибора. Она определяется по верхнему пределу замеряемого значения, которое делится на количество делений шкалы.

enargys.ru

прибора для измерения постоянного и переменного тока

Прибор для считывания напряжения в электроцепях – это вольтметр. Без него не обходится ни один электрик, обычный обыватель или радиолюбитель. Люди, которые никогда не использовали такое приспособление, задаются вопросами о том, как пользоваться вольтметром, на какие типы они делятся, каков их принцип работы.

Универсальный цифровой вольтметр Good Will Instek GDM-78341

Общая информация

Вольтметр является важным измерительным прибором в электрике наряду с амперметром и омметром, которым измеряется вольтаж участка цепи. Этот прибор подключается либо напрямую к источнику электронапряжения, либо параллельно нагрузке.

Измеритель имеет высокое сопротивление на обмотке или дополнительный элемент в цепи – резистор. Чем выше параметры сопротивляемости, тем точнее и лучше работает прибор, так как сопротивление вольтметра снижает воздействие на электроцепь, что дает возможность получить данные о напряжении в ней с наименьшей погрешностью. Большое сопротивление вольтметра – это то, чем отличаются от этого прибора амперметры.

Интересно знать. Если схема электроцепи содержит в себе данный измеритель, то он на ней обозначается латинской литерой «V» или «PV».

Схема электроцепи с вольтметром, амперметром и ваттметром

Классификация

Вольтметры имеют многоступенчатую классификацию, которая обусловлена их широким видовым разнообразием.

Разнообразие по предназначению

По предназначению эти измерители разделяются на нижеследующие типы:

  1. Приборы постоянного напряжения – маркировка на корпусе «В2». Они предназначены для измерений в цепи с постоянным электротоком. Применяются обычно в качестве тестера различных приборов либо автопроводки;
  2. Вольтметр переменного тока – обозначение «В3». Применяется в электросетях переменного тока. Принцип действия состоит в том, что такой измеритель преобразовывает переменные показатели в постоянное напряжение посредством спецсистемы преобразования;
  3. Фазовые вольтметры маркируются литерами «В5». Они служат для определения параметров квадратурных составляющих основной гармоники электротока. Их принцип действия основан на снятии двух величин двумя чувствительными зонами, которыми они оснащены. Приборы не востребованы и широко не распространены, так как в быту бесполезны;
  4. Универсальные приспособления – маркировка «В7». Полифункциональные приборы, позволяющие снимать показания в разнообразных электросетях. Часто комплектуются наборами шунтов, предназначенных для безопасного подсоединения;
  5. Прибор импульсной чувствительности обозначается символами «В4». Область применения таких аппаратов обширна – тестирование проводки, микросхем и прочее. Они нужны для того, чтобы снимать показания импульсных напряжений в электроцепи, тем самым посредством этих прибором можно найти импульсные помехи в ней;
  6. Измерители селективного поиска частот – обозначение на корпусе «В6». Самые габаритные измерители из всех, которые могут обрабатывать сложные сигналы, выделяя их гармонические составляющие. Внешне напоминают приемники радиосигнала.

Внешний вид цифрового вольтметра переменного напряжения UNI-T UT-632

Видовое разнообразие по внешним признакам

По внешним признакам такие измерители можно разделить на три группы:

  • стационарные;
  • щитовые;
  • переносные (автономные).

Стационарные вольтметры являются самыми габаритными установками и используются стационарно на многих производственных площадках, где требуется постоянный контроль параметров электросети, поддерживающий работу, например, холодильного оборудования, системы отопления или кондиционирования. Характеризуются такие вольтметры высокоточностью и чувствительностью.

Вольтметры, которые обычно устанавливаются в щитовых шкафах, называются щитовыми. Имеют более компактные размеры, чем стационарные приборы.

Внешний вид стрелочного щитового вольтметра

Автономные или переносные вольтметры характеризуются небольшими габаритными параметрами и весом, поэтому их можно переносить. Также они имеют широкую область применения: электропроводка автомобиля и квартиры, снятие показаний на производстве и прочее. Такие приспособления обычно оснащаются несколькими электродами для снятия быстрых показаний электроцепи без закрепления всего устройства.

Внешний вид карманного приспособления, измеряющего вольтаж батарейки

Диапазон измерения

Все устройства для измерения вольтажа разделяются по измерительному диапазону и бывают нижеследующих видов:

  • микровольтметры, которые нужны для работы с микросхемами, чувствительны к миллионной доли вольта;
  • милливольтметры, которые фиксируют тысячную часть вольта;
  • киловольтметры, фиксирующие высокое напряжение, которое выражается в тысячах вольт.

Важно! Измеряя высокое напряжение в цепи микровольтметром, можно вызвать короткое замыкание.

Виды по принципу измерения

Многих интересует вопрос о том, как работает вольтметр. Как и многие измерительные приборы, вольтметры тоже различаются по принципу действия, по которому он измеряет напряжение. Различают следующие устройства по принципу измерения:

  • стрелочный вольтметр или механический;
  • электронный вольтметр или цифровой.

Важно! Однозначного ответа на вопрос о том, какой вольтметр лучше: стрелочный или цифровой, нет, так как оба они обладают равным количеством преимуществ и недостатков.

Стрелочные приборы

Стрелочный вольтметр, исходя из названия, оснащается шкалой из цифр и стрелкой-определителем, закрепленной на рамке с обмоткой, которая, в свою очередь, насажена на ось с магнитом постоянного типа. В то время, когда через устройство проходит электронапряжение, создается электромагнитное поле, с которым взаимодействует рамка, в итоге отклоняясь совместно со стрелкой на определенное величиной напряжения расстояние.

Электромеханические устройства могут быть различной чувствительности – пропорциональный коэффициент между истинным электронапряжением и отображением угла стрелочной части на циферблате. Колебания стрелки в таких агрегатах предотвращается посредством закрепления на оси пластины из алюминия (индукционного демпфера), что передвигается вместе со стрелкой-определителем. Также демпфер может быть воздушным, состоящим из цилиндра и поршня, которые при колебании стрелки не допускают ее сильных скачков.

Универсальный стрелочный вольтметр В7-26

Также стрелочные приборы оснащаются внутри противовесной системой в виде грузиков, которые устанавливаются на стрелку. Именно они препятствуют под влиянием силы тяжести ее чрезмерному отклонению и гарантируют точные измерения даже при наклоне агрегата.

Важно! При подсоединении этих приспособлений важно соблюдать полярность, так как неправильное подключение полюсов приведет к насильному повороту стрелки в другую сторону, но стопорный элемент в корпусе ей этого сделать не позволит, что приведет к выходу из строя этой измерительной аппаратуры или ее элементов.

Подвижные компоненты стрелочного вольтметра изготавливаются из сверхтвердой стали, что препятствует возможному их истиранию, а все его составные стрежни полируются для уменьшения трения.

Электронные приборы

Цифровые вольтметры оснащаются электронным дисплеем для отображения параметров и микросхемой-контроллером, что преобразует напряжение в цифровой сигнал. Эти агрегаты-измерители характеризуются высокой точностью, компактностью, надежностью и легкостью. Стоят такие устройства дороже стрелочных аналогов.

Точность измерения электронных вольтметров полностью зависит от качества исполнения преобразователя параметров в цифровой сигнал.

Стационарный цифровой прибор DJ-V96

Важно! Электронные приборы могут быть также аналоговыми, которые внешне похожи на стрелочные вольтметры, и в них тоже стрелка показывает величину напряжения в цепи. Однако оснащаются они специальным электронным детектором, что отклоняет стрелку на нужное расстояние по шкале.

Правила пользования

Подключая вольтметр в электроцепь, следует придерживаться нижеследующих правил:

  1. Инструкция к прибору содержит всю информацию по правильному подключению устройств в цепь, важно ее прочесть и только потом совершать определение напряжения измеряемого участка электросхемы;
  2. Точные данные можно получить, приспосабливая измеритель параллельно измеряемому участку цепи;
  3. Важно соблюдать полярность;
  4. Закрепление проводков-щупов приспособления к проводнику цепи необходимо производить или точечными электродами, или спецзажимами;
  5. Для измерения вольтажа источника питания измеритель подсоединяется непосредственно к его клеммам;
  6. Нельзя измерять высоковольтные участки цепи слабыми, нерассчитанными на такие величины вольтметрами;
  7. Приборы необходимо использовать только в цепях с тем током, на который они рассчитаны;
  8. Перед измерениями универсальным вольтметром необходимо выбрать правильный режим.

Выбирая вольтметр, необходимо руководствоваться его предназначением, своими финансовыми возможностями и надежностью фирмы-изготовителя. Придерживание правил пользования этими измерителями позволит правильно определить показания вольтажа и будет являться залогом долговечной службы и высокой точности прибора.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Электронные вольтметры. Электронные вольтметры переменного тока

Аналоговый электронный вольтметр — измерительный прибор, представляющий собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на лампах, полупроводниковых элементах, интеграль­ных микросхемах, и магнитоэлектрического измерителя.

По назначению аналоговые электронные вольтметры различают: постоянного тока, переменного тока, импульсные тока, фазочувствительные, селективные, универсальные.

Основное назначение аналоговых вольтметров — измерение нап­ряжения в радиоэлектронных цепях.

Электронные вольтметры постоянного тока по сравнению с маг­нитоэлектрическими вольтметрами имеют очень большое входное сопротивление (порядка 5-10 МОм) и высокую чувствительность. Значение входного сопротивления неизменно при переключении пределов измерения.

Вольтметр состоит из входного устройства — высокоомного резистивного делителя напряжения; электронного преобразователя — усилителя постоянного тока; электромеханического преобразова­теля — магнитоэлектрического измерителя.

Усилитель постоянного тока служит для повышения чувствитель­ности вольтметра, является усилителем мощности, необходимым для приведения в действие магнитоэлектрического измерителя. Он должен обладать высокой линейностью амплитудной характери­стики, постоянством коэффициента усиления, малым дрейфом нуля.

Линейность амплитудной характеристики обеспечивается пра­вильным выбором режимов работы ламп, транзисторов, микросхем усилителя. Отрицательная обратная связь в усилителях повышает стабильность коэффициента усиления и улучшает линейность ампли­тудной характеристики. Стабилизация питающих напряжений также способствует стабилизации коэффициента усиления.

Для уменьшения дрейфа нуля, кроме стабилизации питающих напряжений, усилитель выполняется по мостовой балансной схеме.

Расширение пределов измерения осуществляется с помощью дели­теля и сопротивления обратной связи.

II АЭВ переменного тока
строятся по 2м схемам:

а)
,
характеризу­ются широким частотным диапазоном 20 Гц — 700 МГц, но недоста­точно высокой чувствительностью.

Вольтметры, построенные по схеме б)
, характеризу­ются сравнительно узким частотным диапазоном 10 Гц — 10 МГц, определяемым полосой пропускания усилителя переменного тока, но более высокой чувствительностью.

Универсальные аналоговые электронные вольтметры
,
предназна­ченные для измерений в цепях постоянного и переменного токов, реализуются так, как показано на рисунке:

Характеристики аналоговых электронных вольтметров перемен­ного тока и характер их шкал в основном определяются схемой электронного преобразователя (детектора). Различают преобразо­ватели пикового, средневыпрямленного, среднеквадратичного зна­чений, осуществляющие преобразование переменного напряжения в постоянное, пропорциональное соответственно пиковому (макси­мальному), средневыпрямленному и среднеквадратичному значе­ниям измеряемого напряжения.

Вход преобразователей относительно постоянной составляющей измеряемого напряжения может быть либо открытым, либо закрытым (с разделительным конденсатором).

По частотному диапазону аналоговые электронные вольтметры переменного тока делятся на низкочастотные, высокочастотные, сверхчастотные.

Основные узлы аналоговых электронных вольтметров

Входное устройство
обеспечивает значения измеряемого напря­жения, необходимые для дальнейшего преобразования. В зависимо­сти от амплитудного и частотного диа­пазонов измеряемого напряжения вход­ное устройство представляет собой ли­бо высокоомный вход преобразователя, либо резистивный делитель, либо резистивно-конденсаторный делитель, либо конденсаторный делитель.

В преобразователях амплитудного(пикового) значе­ния
показания микроамперметра про­порциональны пиковому значению изме­ряемого напряжения и (t),
. На рисункеприводятся схемы пре­образователей амплитудного значения соот­ветственно с открытым и закрытым вхо­дами

В преобразователе амплитудного значения с открытым входом диод включен по­следовательно с высокоомным резисто­ром R и непосредственно связан с объ­ектом измерения. Параметры преобразователя подобраны таким образом

(R > Rпр, R = 50 — 100 МОм, С = 0,02 — 0,05 мкФ),

чтобы при первой положительной полуволне измеряемого напряже­ния и (t) = UM sin wt большим импульсом тока i через открытый диод Д с сопротивлением Rnp осуществлялся быстрый заряд конден­сатора С до некоторого значения напряжения UC1 (рис. 5.6) и мед­ленный разряд на резистор R + Rи с момента, когда и (t)

времени заряда RnpC и разряда RC связаны условием RC>> RnpC (сопротивление Rи микроамперметра не учиты­вается из-за малого значе­ния).

При второй положитель­ной полуволне и

  • 1.2 Виды измерений и методы измерений. Средства измерений, их технические и метрологические характеристики
  • 1.2.2 Методы измерений
  • 1.2.3 Средства измерений
  • 1.3 Погрешности измерений
  • 1.4 Организация метрологического обеспечения
  • Раздел 2. Аналоговые измерительные приборы
  • 2.1. Общие сведения и классификация аналоговых измерительных приборов, принцип построения, основные технические характеристики
  • 2.2 Приборы магнитоэлектрической системы
  • 2.3 Прибора электромагнитной системы
  • 2.4 Электродинамические приборы.
  • 2.5 Электростатические приборы
  • Раздел 3. Цифровые измерительные приборы.
  • 3.1 Основные принципы построения цифровых измерительных приборов и их характеристики.
  • 3.2. Основные узлы цип.
  • Раздел 4. Измерение тока и напряжения
  • 4.1 Измеряемые параметры тока и напряжения
  • 4.2 Классификация приборов для измерения тока и напряжения
  • 4.3 Измерение тока
  • Iи =Eт/(Rт +Rн), (4.7)
  • 4.4. Электронные аналоговые вольтметры.
  • 4.5. Электронные цифровые вольтметры
  • Раздел 5. Измерение мощности
  • 5.1 Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения мощности
  • 5.2 Ваттметры проходящей мощности
  • Раздел 6. Генераторы измерительных сигналов
  • 6.1. Общие сведения, классификация, принцип построения измерительных генераторов
  • 6.2. Низкочастотные генераторы
  • 6.3. Высокочастотные генераторы
  • 6.3.1. Иг радиовещательного диапазона
  • 6.3.2. Иг метрового диапазона
  • 6.3.3. Сверхвысокочастотные генераторы
  • 6.4. Синтезаторы частоты
  • 6.5. Генераторы сигналов специальной формы
  • Осциллографы
  • 7.1 Электронно-лучевой осциллограф
  • 7.2 Виды развёрток электронного осциллографа
  • 7.3 Цифровые осциллографы
  • Раздел 8. Измерение параметров электро- и радио цепей.
  • 8.1. Измерение электрического сопротивления
  • I=u/ (8.2)
  • 8.2 Мостовые и резонансные методы измерения l, c.
  • Раздел 9. Исследование характеристик радио устройств.
  • 9.1 Измерители амплитудно-частотнаы характеристик (ачх).
  • 9.2. Исследование переходных характеристик радиоустройств.
  • Раздел 10. Измерение параметров сигналов
  • 10.1. Измерение частоты (общие сведения)
  • 10.2. Измерение фазового сдвига.
  • 10.2.1. Общие сведения.
  • 10.3 Анализ частотного спектра
  • 10.3.3. Анализаторы спектра последовательного действия.
  • 10.3.4. Цифровые анализаторы спектра.
  • 10.4 Измерение нелинейных искажений.
  • 10.5. Измерение параметров сигналов с амплитудной и угловой модуляцией.
  • Раздел 11. Автоматизация электрорадиоизмерений
  • 11.1. Основные направления и принципы автоматизации электрорадиоизмерений
  • 11.2. Применение микропроцессоров в электрорадиоизмерительных при
  • stroyew.ru

    ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | Техника и Программы

    Этот прибор лаборатории предназначен для измерения среднеквадратических (эффективных) значений напряжений низкочастотных сигналов синусоидальной формы. Он особенно необходим при налаживании, ремонте различ* ных по назначению усилителей звуковой частоты. Конструктивно прибор выполнен так же, как описанный перед этим транзисторный вольтметр постоянного тока, т. е. в виде приставки к авометру. Приставка снабжена штепсельной колодкой, с помощью которой ее через гнезда «100 мкА» соединяют с микроамперметром авометра. При этом переключатель вида измерений авометра долл&н быть установлен в среднее положение («V»). Питается приставка стабилизированным напряжением 9 В блока питания, входящего в состав лаборатории.

    У вольтметра четыре предела измерений: 0,1; 1; 10 и 100 В. Переход с одного предела на другой осуществляется перестановкой штепселя соединительного провода в соответствующее гнездо приставки. С достаточной для радиолюбительской практики точностью прибором можно измерять напряжение переменлого тока частотой примерно от 20 Гц до 20 кГц. На частотах выше 20 кГц погрешность измерений возрастает.

    Относительное входное сопротивление вольтметра на частоте 1кГц— 33 кОм/В. Цри измерении напряжений частотой выше 20 кГц относительное

    Рйс. 37 Принципиальная схема транзисторного вольтметра переменного тока

    входное сопротивление снижается из-за влияния паразитных_входных емкостей.

    Вольтметр выполнен на основе двухкаскадного усилителя звуковой частоты с двухтактным бестраяеформаторным оконечным каскадом, работающим в режиме В (т. е. при токе покоя, близком к нулю). Ток оконечного каскада такого усилителя прямо пропорционален входному напряжению. Следовательно, по показаниям стрелочного измерительного прибора, включенного в выходную цепь усилителя, можно суДит^ о значении входного напряжения.

    Принципиальная схема вольтметра переменного тока показана на рис 37. Измеряемое напряжение через одно из Гнезд XS1— XS4 пределов измерений, добавочные резисторы Rl—R4 и конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1 первого каскада усилителя.

    Добавочные резисторы Rl—R4 понижают измеряемое напряжение до 0,1 В. Основное усиление измеряемого напряжения осуществляется · первым каскадом,, поэтому для него следует подобрать транзистор с возможно большим статическим коэффициентом передачи тока Ь21эВ оконечном двухтактном каскаде работают транзисторы VT2 и VT3, гальванически связанные с VT1 первого каскада. Минимальный ток покоя оконечного каскада, соответствующий нулевой отметке шкалы, устанавливают переменным резистором R8. Нагрузкой усилителя служит резистор R11, подключенный к его выходу через оксидный конденсатор СЗ довольно большой емкости.

    В усилитель введены две цепи отрицательной обратной связи: по переменному и постоянному токам. Первая служит для изменения чувствительности (калибровки) усилителя, вторая — для повышения стабильности режимов работы транзисторов.

    Обратную связь по деременному току образует цепь, состоящая из конденсатора СЗ и резисторов R6 и R5. Ее глубину, а следовательно, и чувствительность усилителя изменяют подстроечным резистором R6.

    Напряжение обратной связи по постоянному току подается на базу транзистора VT1 с эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 через резистор R9. Благодаря этой обратной связи изменение напряжения наэмиттерах транзисторов VT2 и VT3. В результате режим усилителя по постоянному току поддерживается практически постоянным.

    Микроамперметр авометра РА, зашунтированный проволочным резистором ϊ£]0, включен в коллекторную цепь транзистора VT3. Сопротивление этого шунта подобрано так, что полное отклонение стрелки микроамперметра соответствует току, равному 10 мА.

    Для повышения температурной стабильности усилителя в’ базовую цепь транзисторов оконечного каскада включен диод VD1. Диод VD2 защищает транзисторы при случайном подключении приставки к источнику питания в неправильной полярности (подобную меру защиты целесообразно предусмотреть я в остальных приборах лаборатории, питающихся от внешнего источника).

    Конструкция и детали. Внешний вид вольтметра вместе с авометром и блоком питания показан на рис. 38, монтаж деталей самой приставки — на рис. 39. Корпус с крышкой и четырехгнездная колодка выполнены точно так же, как в приставке транзисторного вольтметра постоянного тока (см. рис. 32

    Рис. 38 Внешний вид вольтметра переменного тока с авометром и блоком пи* тания.

    Рис 39 Вид на монтаж вольтметра переменного тока

    и 33) Подстроенный резистор R6 и переменный резистор R8, выключатель питания Q1, колодка с гнездами XS1—XS4 закреплены непосредственно на верхней стенке кбрпуса, являющейся лицевой панелью приставки. Гетинаксоваи’ монтажная плата, на которой установлены все остальные детали приставки* закреплена на гнездовой кряояке с помощью двух винтов МЗХ12, на которые надеты трубчатые стойки высотой 6 мм Все надписи выполнены на плотной бумаге, закрытой сверху пластиной листового бесцветного органического стекла толщиной 2 мм Двухпроводйый шнур со штепселями для подключения к блоку питания закреплен на передней стенке корпуса приставки с помощью небольшой алюминиевой скобы и двух винтов с гайками М2.

    Рис. 40. Разметка верхней стенки корпуса вольтметра (а) и монтажной платы (б)

    #сазали эксперименты, наилучшие результаты можно получить, используя в вольтметре кремниевые транзисторы KT315h5VT1 и VT2) и германиевый транзистор П416Б (VT3) с коэффициентом более 100 и обратным током 1КБ0 в пределах 1,.. 3 мкА. В этом случае сопротивление резистора R5 можно уменьшите до 3,9 кОм, а резистора R6 — до 3,2 кОм, одновременно увеличив сопротивление резисторов R8 и R9 соответственно до 2,2 кОм и 1 МОм.

    Детали вольтметра целесообразно смонтировать вначале на макетной плате, -наладить и откалибровать прибор, а затем перенести их на монтажную плату.

    Налаживают вольтметр переменного тока «покаскадно. Для налаживания первого каскада потребуются две батарей 3336Л, соединенные последовательно (на рис. 42, а — батареи GB1 и GB2). Требуемый ток коллектора транзистора VT1 (0,8 мА) устанавливают Подбором резизистора R9. При повороте движка переменного резистора R8 («Уст. 0») ток коллектора должен немного изменяться. Если диод VD2 включен неправильно, тока в коллекторной цепи вообще не будет.

    При налаживании второго каскада нижний (по схеме) вывод резистора jR8 временно припаивают к эмиттеру транзистора VT2 (рис. 42,6). Источником питания служит одна батарея 3336Л или постоянное напряжение 4,5 В, снимаемое с регулируемого выхода блока питания. Если детали исправны и нет ошибок в монтаже, при повороте движка резистора R8 коллекторный ток транзистора VT2 должен изменяться от 0 до 7… 10 мА. Если максимальный ток окажется меньше этого значения, увеличить его можно подбором резистора R7 (в сторону меньших сопротивлений).

    Затем налаживают соединенные вместе каскады на транзисторах VT1 и VT3 (рис. 42, в). При полностью введенном сопротивлении резистора R8 (верхнем положении движка) эмиттериый ток транзистора VT3 должен уменьшаться до нуля. Если этого не происходит, например из-за больших обратных токоз коллекторов, то диод VD1 можно удалить. После этого вновь проверяют возможность установки стрелки прибора на нуль.

    Далее, восстановив все соединения усилителя, на него через миллиамперметр на ток 10 мА подают постоянное стабилизированное напряжение 9 В и, перемещая движок резистора R8, убеждаются, что ток, потребляемый усилителем от источника питания, изменяется от 1 до 7… 10 мА. Затем, установив резистором ток потребления 5… 6 мА, проверяют напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов VT2 и VT3. Оно должно быть равно половине напряжения источника питания. Подгоняют это напряжение подбором резистора R9 или R7.

    Для проверки работоспособности усилителя к его входу через конденсатор С1 можно подключить звукосниматель, а к выходу (вместо резистора R11) — динамическую головку со звуковой катушкой сопротивлением 4… 6 Ом. Проигрываемая грампластинка должна звучать достаточно громко и без искажений.

    Калибруют вольтметр по схеме, изображенной на рис. 43. В качестве источника переменного напряжения используют электросеть. Во избежание поражения электрическим током все операции, связанные с калибровкой, следует проводить с максимальной осторожностью, стараясь не касаться оголенных проводов и металлических деталей приборов.

    Включив питание, прибору дают «прогреться» в течение 15…20 мин, после чего переменным резистором R8 («Уст. 0») устанавливают стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Переключив прибор на предел измерений 100 В, его вместе с образцовым вольтметром переменного тока подключают к переменному резистору R2 (движок этого резистора должен находиться в нижнем — по схеме — положении), входящему в делитель R1R2 напряжения сети. Установив по образцовому вольтметру калибровочное напряжение иКаЛИбр= = 100 В, резистором налаживаемого прибора R6 («Калибр.») стрелку микроамперметра устанавливают на последнюю отметку шкалы, а на лицевой нанели приставки напротив шлица на оси резистора R6 карандашом ставят отметку 100. Далее переменным резистором R2 сетевого делителя уменьшают входное напряжение ступенями по 10 В (90,80,70 и т. д.) и, контролируя его по образцовому вольтметру, определяют, какая из шкал авометра (~ или —) наиболее точно соответствует входному напряжению.

    Точно так же калибруют остальные пределы измерений, уменьшая с помощью автотрансформатора напряжение на входе делителя. В результате возле оси резистора R6 («Калибр.») появятся четыре отметки. Если они почти сливаются, значит, добавочные резисторы Rl—R4 выбраны достаточно точно. Если же, наоборот, отметки удалены одна от другой (как, например, показано на рис. 43), то надо так подобрать добавочные резисторы R2—R4, чтобы шлиц на оси калибровочного резистора все время оставался напротив одной из средних отметок, например напротив отметки 100. На этом калибровку вольтметра заканчивают и ось калибровочного резистора фиксируют в найденном положении.

    Пользоваться прибором в процессе эксплуатации следует через 3… 5 мин после включения питания, что необходимо для стабилизации теплового режима работы его элементов. После этого резистором «Уст. О» стрелку микроамперметра устанавливают на нулевую отметку шкалы, и вольтметр готов к измерениям.

    Во избежание большой погрешности измерений время от времени калибровку вольтметра проверяют и, если надо, корректируют.

    Источник: Борисов В. Г., Фролов В. В., Измерительная лаборатория начинающего радиолюбителя.— 3-е изд., стереотип. — М.: Радио и связь, 1995.— 144 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1213).

    nauchebe.net

    СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | Техника и Программы

    Б. Григорьев (СССР)

    Важнейшая характеристика переменного напряжения (тока)—его среднеквадратическое* значение (СКЗ). Знать истинное СКЗ необходимо при определении мощности или энергетических соотношений в цепях переменного тока, измерении шумовых характеристик устройств и коэффициентов гармонических или интермодуляционных искажений, налаживании тиристорных регуляторов мощности. Сочетание «истинное СКЗ» было употреблено здесь не случайно. Дело в том, что измерить СКЗ сложно, поэтому вольтметрами (самостоятельными или включенными в состав мультиметров) обычно измеряют либо среднее выпрямленное, либо пиковое значение переменного напряжения. Для напряжения синусоидальной формы, а оно чаще других встречается в практике измерений, есть однозначная связь между этими тремя значениями СКЗ: пиковое в 1,41 раза больше, чем СКЗ, а среднее выпрямленное в 1,11 раза меньше его. Поэтому вольтметры широкого применения практически всегда откалиброваны в СКЗ независимо от того, что на самом деле регистрирует данный прибор. Следовательно, при измерении СКЗ переменных напряжений, форма которых заметно отличается от синусоидальной, пользоваться этими вольтметрами в общем случае нельзя, однако для периодических сигналов несложной формы (меандр, треугольник и т. п.) можно вычислить поправочные коэффициенты. Но этот способ неприемлем для наиболее важных в практике измерений (в частности, и тех, что упоминались выше). Здесь на помощь может прийти только вольтметр, регистрирующий истинные СКЗ переменного напряжения.

    Длительное время для измерения СКЗ использовались методы, основанные на преобразовании переменного напряжения в постоянное с помощью термоэлектронных приборов. В модернизированной форме эти методы применяются и сейчас. Однако все более широкое распространение получает измерительная аппаратура, представляющая собой специализированные аналоговые вычислительные устройства. По той или иной математической модели они обрабатывают исходный сигнал так, чтобы продуктом обработки было его СКЗ. Этот путь, даже с учетом успехов микроэлектроники, неизбежно ведет к усложнению аппаратуры [1], что неприемлемо для радиолюбительской практики, поскольку измерительный прибор становится сложней устройств, для налаживания которых он необходим.

    Если не выдвигать требование, чтобы вольтметр СКЗ был прямопоказываю- щим (а это важно, в первую очередь, для массовых измерений), то возможно создание очень простого в изготовлении и налаживании прибора. Метод измерения СКЗ основан в нем на усилении напряжения до уровня, при котором начинает светиться обыкновенная лампочка накаливания. Яркость свечения (ее регистрируют фоторезистором) лампочки однозначно связана с СКЗ приложенного к ней переменного напряжения. Чтобы исключить нелинейность преобразователя переменное напряжение — сопротивление резистора, целесообразно использовать фоторезистор лишь для регистрации определенной яркости свечения лампочки, устанавливаемой при калибровке прибора. Тогда измерения СКЗ сводятся к регулировке коэффициента передачи предварительного усилителя так, чтобы лампочка светилась с заданной яркостью. Среднее квадратическое значение измеряемого напряжения считывают по шкале переменного резистора.

    Принципиальная схема среднеквадратичного вольтметра переменного тока приведена на рис. 1. Он состоит из усилителя и измерительного моста. Усилитель выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1 и транзисторах VT1 и VT2 (двухтактный эмиттерный повторитель). Коэффициент передачи усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов (R5 + R4)/(R2 + R3) в цепи отрицательной обратной связи и регулируется переменным резистором R3, на движке которого закреплена шкала для отсчета СКЗ измеряемого напряжения. Резистор R2 — ограничительный. Подстрочный резистор R5 служит для установки исходного коэффициента передачи усилителя.

    Начальное смещение транзисторов выходного эмиттерного повторителя задает резисторная цепь R7—R10. Резисторы R1I и RI2 ограничивают при перегрузках ток через транзисторы VT1 и VT2, а также лампочку оптрона VL1, который является нагрузкой для усилителя. Для правильного измерения СКЗ важно, чтобы на выходе усилителя при отсутствии сигнала постоянное напряжение было равно нулю. Добиваются этого изменением режима работы ОУ DA1 по постоянному току переменным резистором R6.

    Фоторезистор оптрона VL1 включен в мостовую схему, баланс которой регистрирует микроамперметр РА1 с нулем посередине шкалы. Резистор R14 в со-

    четании с диодами VD1 и VD2 обеспечивают защиту микроамперметра при значительном разбалансе моста. Этот же микроамперметр с помощью переключателя SA1 можно подключить к выходу усилителя для его балансировки по постоянному току.

    Измеряемое напряжение поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1. Следует заметить, что если исключить разделительный конденсатор СI, то на вход прибора можно будет подавать переменное напряжение с постоянной составляющей. И в этом случае показания прибора будут соответствовать истинному СКЗ суммарного (постоянное + переменное) напряжения.

    Теперь о некоторых особенностях рассматриваемого вольтметра и о выборе элементов для него. Главным элементом прибора является оптрон VL1. Разумеется, очень удобно использовать готовый стандартный прибор, но аналог оптрона можно изготовить и самостоятельно. Для этого необходимы лампочка накаливания и фоторезистор, которые помещают в корпус, исключающий попадание на фоторезистор внешнего света. Кроме того, желательно с^еспечить минимальную передачу тепла от лампочки к фоторезистору (его сопротивление зависит и от температуры). Наиболее жесткие требования предъявляются к лампочке накаливания. Яркость ее свечения при СКЗ напряжения на ней около 1,5 В должна быть достаточной, чтобы вывести фоторезистор в рабочую точку, соответствующую балансу моста. Такое ограничение обусловлено тем, что прибор должен иметь хороший пик-фактор (отношение максимально допустимого амплитудного значения измеряемого напряжения к среднему квадратическому). При небольшом пик-факторе прибор может не зарегистрировать отдельные выбросы напряжения и занизить тем самым его СКЗ. При значениях элементов моста, данных на схеме рис. 1, СКЗ напряжения на оптроне ОЭП-2, выводящие его фоторезистор в рабочую точку (сопротивление около 10 кОм), будет примерно 1,4 В. Максимальная амплитуда выходного напряжения (до начала ограничения) в данном приборе не превышает 11 В, поэтому его пик-фактор будет около 18 дБ. Это значение вполне приемлемо для большинства измерений, но при необходимости его можно несколько увеличить, повысив напряжение питания усилителя.

    Еще одно ограничение на лампочку накаливания — ее ток в рабочей точке не должен превышать 10 мА. В противном случае необходим более мощный эмиттер- ный повторитель, так как он должен обеспечивать пиковый ток. примерно в 10 раз больший, чем ток, потребляемый лампочкой накаливания в рабочей точке.

    К фоторезистору самодельного оптрона особых требований не предъявляется, но если у радиолюбителя есть возможность выбора, то желательно найти экземпляр, который имеет необходимое сопротивление в рабочей точке при меньшей освещенности. Это позволит реализовать больший пик-фактор прибора.

    Выбор ОУ однозначно определяет комбинацию двух параметров: чувствительность и полосу пропускания. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) операционного усилителя К140УД8 приведена на рис. 2 (она типична для многих ОУ с внутренней коррекцией). Как видно из АЧХ, для того чтобы обеспечить измерения СКЗ напряжения в полосе частот до 20 кГц, максимальный (при верхнем по схеме рис. 1 положении движка переменного резистора R3) коэффициент усиления не должен в данном случае превышать нескольких десятков. Это подтверждает и нормированная АЧХ прибора, которая приведена на рис. 3.

    Кривые 1—3 соответствуют трем положениям движка переменного резистора R3: верхнему, среднему и нижнему.

    При этих измерениях максимальный коэффициент передачи усилителя (соответствует кривой 1) был около 150, что соответствует пределам измерения СКЗ от 10 до 100 мВ. Видно, что спад АЧХ на частотах выше 10 кГц в данном случае становится уже весьма существенным. Для уменьшения спада АЧХ возможны два способа. Во-первых, можно уменьшить (подбором резисторов R4 и R5) максимальный коэффициент передачи усилителя до 15…20. Это на порядок снизит чувствительность прибора (что можно легко компенсировать предварительными усилителями), но тогда и в худшем случае его АЧХ не будет идти ниже кривой 3 на рис. 3. Во-вторых, можно заменить операционный усилитель на другой, более широкополосный (например, на К574УД1, К553УД2), что позволит реализовать при полосе пропускания усилителя 20 кГц высокую чувствительность прибора. Так, для К574УД1 максимальный коэффициент передачи усилителя при такой полосе пропускания может быть уже около нескольких сотен.

    К остальным элементам прибора особых требований не предъявляется. Отметим лишь, что максимально допустимое рабочее напряжение для транзисторов VT1 и VT2, а также для фоторезистора должно быть не менее 30 В. Впрочем, для фоторезистора оно может быть и меньше, но тогда на мост следует подать пониженное напряжение и подобрать (при необходимости) резисторы R14 и R15.

    Перед первым включением вольтметра движок резистора R6 устанавливают в среднее положение, резистора R3 в нижнее, а резистора R5 в крайнее правое по схеме положение. Переключатель SA1 переводят в левое-по схеме положение, а с помощью переменного резистора R6 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на нулевую отметку. Затем движки резисторов R3 и R5 переводят соответственно в верхнее и крайнее левое положение и уточняют балансировку усилителя. Вернув SA1 в исходное положение (контроль баланса моста), приступают к калибровке прибора.

    На вход вольтметра подают напряжение синусоидальной формы от звукового генератора. Его среднее квадратическое значение контролируют любым вольтметром переменного тока, имеющим необходимые пределы измерений и частотный диапазон. Отношение максимального измеряемого напряжения к минимальному для данного вольтметра немногим больше 10, поэтому пределы измерений целесообразно выбрать от 0,1 до 1 В (для широкополосного варианта с ОУ КИОУД8) или от 10 до 100 мВ (для варианта с номиналами по рис. 1). Установив входное напряжение чуть меньше нижнего предела измерений, например 9…9,5 мВ, с помощью подстроечного резистора R5 добиваются баланса моста (движок R3 — в верхнем по схеме положении). Затем движок резистора R3 переводят в нижнее положение, а входное напряжение увеличивают до тех пор. пока не восстановится баланс моста. Если это напряжение будет более 100 мВ (для рассматриваемого нами варианта), то можно переходить к калибровке прибора и градуировке его шкалы. В случае, когда напряжение, при котором балансируется мост, меньше 100 мВ или заметно больше этого значения, следует уточнить сопротивление резистора R2 (соответственно уменьшить или увеличить его). При этом, естественно, процедуру установки пределов измерения повторяют снова. Операция калибровки прибора очевидна: подавая на его вход напряжение в пределах 10… 100 мВ, вращением движка резистора R3 добиваются нулевых показаний микроамперметра и наносят на шкалу соответствующие значения.

    Измерения отношения сигнал-шум магнитофонов, усилителей и другой звуковоспроизводящей аппаратуры обычно производят со взвешивающими фильтрами, которые учитывают реальную чувствительность человеческого уха к сигналам различных частот. Вот почему среднеквадратичный вольтметр целесообразно дополнить таким фильтром, принципиальная схема которого приведена на рис. 4. Формирование требуемой АЧХ производится тремя RC-цепями — R2C2, R4C3C4 и R6C5. Амплитудно-частотная характеристика этого фильтра приведена на

    рис. 5 (кривая 2). Здесь же для сравнения показана (кривая 1) соответствующая стандартная АЧХ (стандарт СЭВ 1359—78). В области частот ниже 250 Гц и выше 16 кГц АЧХ фильтра несколько отличается от стандартной (примерно на 1 дБ), но возникающей при этом погрешностью можно пренебречь, поскольку шумовые составляющие с такими частотами в отношении сигнал-шум звуковоспроизводящей аппаратуры невелики. Выигрыш за эти небольшие отклонения от стандартной АЧХ — простота фильтра и возможность с помощью одного переключателя на два направления (SA1) отключить фильтр и получить линейный предварительный усилитель с коэффициентом передачи 10. У фильтра коэффициент передачи на частоте 1 кГц также равен 10.

    Отметим, что резистор R5 не задействован в формировании АЧХ фильтра. Он исключает возможность его самовозбуждения на высоких частотах из-за фазовых сдвигов в цепи обратной связи, обусловленных конденсаторами СЗ и С4. Сопротивление этого резистора некритично. При настройке прибора его увеличивают до тех пор, пока не прекратится самовозбуждение фильтра (контролируют широкополосным осциллографом или высокочастотным милливольтметром).

    После подбора резистора R5 переходят к подстройке АЧХ фильтра в области высоких частот. Последовательно снимая АЧХ фильтра при различных положениях ротора подстроечного конденсатора С4, находят такое его положение, при котором на частотах выше 1 кГц отклонения АЧХ от стандартной будут минимальными. В области низких частот (300 Гц и ниже) ход АЧХ при необходимости уточняют подбором конденсатора С5. Конденсатор С2 (состоящий из двух конденсаторов емкостью 0,01 мкФ и 2400 пФ, включенных параллельно) влияет в первую очередь на ход АЧХ на частотах 500…800 Гц. Последний этап в настройке фильтра — подбор резистора R2. Его сопротивление должно быть таким, чтобы коэффициент передачи фильтра на частоте 1 кГц был равен 10. Затем проверяют сквозную АЧХ фильтра и при необходимости уточняют емкость конденсатора С2. Когда фильтр отключен, подбором резистора R3 устанавливают коэффициент передачи предварительного усилителя равным 10.

    Если этот фильтр встраивается в среднеквадратичный вольтметр, то конденсатор С1 и резистор R1 (см. рис. 1) можно исключить. Их функции будут выполнять конденсаторы С5 и С6, а также резистор R6 (см. рис. 4). В этом случае сигнал с резистора R6 подают непосредственно на неинвертирующий вход операционного усилителя вольтметра.

    Поскольку пик-фактор измеряемого переменного напряжения в общем случае заранее не известен, то, как уже отмечалось, возможна погрешность в измерениях

    СКЗ, обусловленная ограничением амплитуды сигнала на выходе усилителя. Чтобы быть уверенным в отсутствии такого ограничения, в прибор целесообразно ввести пиковые индикаторы максимально допустимой амплитуды сигнала: один для сигналов положительной полярности, а другой для сигналов отрицательной полярности. За основу можно взять устройство, которое было описано в [2].

    Список литературы

    1.     Сухов Н. Среднеквадратичный милливольтметр//Радио.— 1981.— № 1.— С. 53—55 и № 12.—С. 43—45.

    2.     Владимиров Ф. Индикатор максимального уровня//Радио.— 1983.—№ 5.—

    С. 35, 36.

    Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей/Состав.: А. В. Гороховский, В. В. Фролов— Кн. 4.— М.: Радио и связь, 1991.— 208 с.: ил.— (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1169).

    nauchebe.net

    Электронные вольтметры переменного тока

    Упрощенные
    структурные
    схемы
    вольтметров
    переменного
    тока приведены
    на рис.
    2.20. Структурная
    схема, представленная
    на рис.
    2.20 а,
    используется
    в вольтметрах
    для измерения
    напря- жении
    значительного
    уровня.
    Измеряемое
    напряжение
    после
    прохождения
    частотно-компенсированного
    делителя
    (ВУ)
    преоб-
    разуется
    детектором
    (Д)
    в напряжение
    постоянного
    тока, которое
    усиливается
    УПТ
    и поступает
    на ИМ
    магнитоэлектрической
    си- стемы.
    Частотные
    характеристики
    таких вольтметров
    определя- ются
    только входным
    устройством
    и детектором
    и составляют
    от 10
    Гц до
    1 ГГц.
    Диапазон
    измеряемых
    напряжений
    начинается
    с 0,1
    В и выше.

    Вторая
    структурная
    схема
    (рис. 2.20,
    б) применяется
    в милли-
    вольтметрах,
    поскольку
    обладает
    большей
    чувствительностью
    за
    счет использования
    дополнительного
    усилителя.
    Измеряемое
    напряжение
    после
    прохождения
    входного
    устройства
    (ВУ)
    по- ступает
    на вход
    усилителя
    переменного
    напряжения
    (УН),
    далее
    на измерительный
    механизм
    (ИМ).
    Частотный
    диапазон
    таких приборов
    определяется
    частотными
    характеристиками
    усилителя
    переменного
    тока
    (трудно
    изготовить
    широкополосный
    усили-
    тель переменного
    тока)
    и ограничивается
    до 1МГц.
    Диапазон из-
    меряемых
    напряжений
    составляет
    от единиц
    милливольт
    до не-
    скольких
    сотен
    вольт.

    Важным элементом,
    существенно
    влияющим
    на метрологиче-
    скиехарактеристики
    вольтметров,
    являютсядетекторы,
    выпол-
    няющие
    функцию
    преобразователей
    переменного
    напряжения
    в постоянное
    напряжение.
    Напряжение
    на выходе
    детектора
    может быть
    пропорционально
    амплитудному,
    средневыпрямленному
    и среднему
    квадратическому
    значению
    измеряемого
    напряжения.

    ВУ

    Д

    УПТ

    ИМ

    ~UX

    а

    ВУ

    УН

    Д

    УПТ

    ИМ

    ~UX

    б

    Рис.
    2.20.
    Упрошенные
    структурные схемы:
    а

    электронного
    вольтметра,
    б

    электронного
    милливольтметра

    Тип детектора
    определяет
    эксплуатационные
    свойства
    вольт- метра.
    Так,
    вольтметры
    с амплитудными
    детекторами
    являются
    самыми
    высокочастотными;
    вольтметры
    с детекторами
    среднего
    квадратического
    (действующего)
    значения
    измеряют
    напряжение
    любой формы;
    вольтметры
    среднего
    (средневыпрямленного)
    зна- чения
    пригодны
    для измерения
    только
    гармонического
    сигнала.
    Шкалу
    электронных
    вольтметров
    обычно
    градуируют
    в действу-
    ющих значениях
    синусоидального
    сигнала.

    Электронный вольтметр среднего значения

    Простейший
    вольтметр
    для
    измерения
    относительно
    высоких
    напряжений
    может
    быть
    выполнен
    по структурной
    схеме, пред-
    ставленной
    на рис.
    2.20, а.
    Выпрямитель
    состоит
    из полупровод-
    никовых
    диодов,
    работающих
    на
    линейном
    участке
    вольтампер-

    ной характеристики.
    Широкий
    диапазон
    измерений
    электронного
    вольтметра
    обеспечивается
    с помощью
    входного
    делителя.

    Д о
    с т
    о и
    н с
    т в
    а :
    диапазон
    измеряемых
    напряжений
    – по
    ча-
    стоте от 10
    Гц до
    10 МГц,
    по напряжению
    от 1
    мВ
    до 300
    В.

    Н е
    д о
    с т
    а т
    к и
    : показания
    ЭВ среднего
    значения
    зависят
    от формыкривой
    Кфизмеряемого
    напряжения.

    Амплитудный электронный вольтметр (диодно- конденсаторный)

    Показания
    такого
    ЭВ пропорциональны
    амплитудному
    значе- нию
    измеряемого
    напряжения.
    Такие вольтметры
    позволяют
    из-
    мерять
    амплитуду
    импульсов
    с минимальной
    длительностью
    до
    десятых
    долеймикросекунды
    и скважностью
    2… 500.
    Верхняя
    граница
    частотного
    диапазона
    измерения
    определяется
    частот-
    ными
    свойствами
    диода,
    значениями
    монтажных
    емкостей
    и ин-
    дуктивностью
    подводящих
    проводов,
    нижняя
    граница
    – постоян-
    ной времени
    разрядa
    конденсатора
    (чем
    больше
    ее
    значение,
    тем ниже
    граничная
    частота).

    Диодные
    (как
    и транзисторные)
    амплитудные
    детекторы
    при малых
    напряжениях
    вносят
    в измеряемый
    сигнал
    значительные
    нелинейные
    искажения,
    поэтому
    в последнее
    время
    применяют
    амплитудные
    детекторы
    на интегральных
    микросхемах
    – опера-
    ционных
    усилителях.

    Д о
    с т
    о и
    н с
    т в
    а :
    диапазон
    измерений
    по частоте
    от 20
    Гц до
    1000 МГп,
    по напряжению
    от 100
    мВ до
    1000 В;
    классы
    точности

    Н е
    д о
    с т
    а т
    к и
    : зависимость
    показаний
    ЭВ
    от
    формы
    сигнала.

    studfiles.net

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о