Вольтметры переменного напряжения

         Вольтметры переменного напряжения строятся по двум схемам: с детектором на входе и с детектором на выходе.

         На рисунке 3.5.3    представлена схема вольтметра с детектором на входе.

         Рисунок 3.5.3   – Структурная схема вольтметра постоянного напряжения с детектором на входе.

         Схема с детектором на входе не имеет ограничения по диапазону частот измеряемых напряжений (от 20 Гц до 500 МГц, даже до 1000 – 3000 МГц), но обладает низкой чувствительностью (несколько делений на мВ).

         На рисунке 3.5.4 представлена схема вольтметра с детектором на выходе.

         Рисунок 3.5.4  – Структурная схема вольтметра переменного напряжения с детектором на выходе.

         В вольтметрах с детектором на выходе уже полоса частот измеряемого напряжения, которая ограничивается полосой пропускания усилителя переменного тока (не более 50 МГц), но выше чувствительность.

         У обеих модификаций вольтметров может быть широкий диапазон измеряемых напряжений (за счет изменения коэффициента деления входного устройства и коэффициента усиления усилителя).

         В аналоговых вольтметрах переменного напряжения в качестве детекторов используются термоэлектрические и выпрямительные преобразователи. Тип детектора определяет вид измеряемого напряжения. Следовательно, показания вольтметра могут быть пропорциональны среднеквадратическому, пиковому и средневыпрямленному значениям переменного напряжения, что соответствует классификации вольтметров: вольтметры средневыпрямленного, среднеквадратического и амплитудного значения (импульсные).

         В вольтметрах среднеквадратического значения используются бесконтактные вакуумные термопреобразователи (рисунок 3.5.5).

         Рисунок 3.5.5   – Детектор среднеквадратического значения.

         Вольтметры такого типа обычно выполняются с усилителем на входе, а усилитель постоянного тока имеет большой коэффициент усиления.

         Основная погрешность преобразования зависит от неидентичности параметров термопреобразователей и увеличивается с их старением до 2,5 – 6 %.

         Рассматриваемые вольтметры обеспечивают измерение сигналов, имеющих большое количество гармонических составляющих. Недостатком их является сравнительно большое время измерения (1 – 3 с), определяемее инерционностью термопреобразователей.

         Вольтметры амплитудного значения могут выполняться по схеме с открытым или закрытым входом (рисунок 3.5.6).

         Рисунок 3.5.6   – Детектор пикового значения (а – с открытым входом; б – с закрытым входом).

         Преобразователь с открытым входом (рисунок 3.5.6, а) работает при определенной полярности постоянной составляющей (+ должен быть приложен к аноду диода) Для измерения напряжения с отрицательной постоянной составляющей диод включают наоборот.

         Измеряемое напряжение Ux~ будет равно сумме постоянной U0 и переменной составляющих сигнала:

         Ux~ = U0 + Um×Sin wt.

         Когда к преобразователю приложено переменное напряжение, через диод протекает ток, и конденсатор зарядится до некоторого напряжения Uс. Значение сопротивления резистора R должно быть большим для обеспечения большой постоянной времени tс. Относительная погрешность преобразования будет равна

         , где Т – период исследуемого колебания.

         Детектор с закрытым входом  (рисунок 3.5.6, б) работает следующим образом. Если на вход преобразователя подано гармоническое напряжение, то конденсатор зарядится за счет постоянной составляющей до уровня U0, и преобразователь будет реагировать только на переменную составляющую. Во   время   действия   положительной   полуволны выходное напряжение Uпик » Um+, а при отрицательной - Uпик » Um-. Напряжение на резисторе R является пульсирующим, и на низких частотах стрелка индикатора будет колебаться. Для уменьшения пульсация на выходе такого преобразователя ставится RC-фильтр.

         Вольтметры с закрытым входом используются для измерения пульсаций напряжения источников питания, определения симметричности амплитудной модуляции, наличия ограничения сигналов и т.д.

         Шкалы вольтметров с амплитудными преобразователями градуируются в среднеквадратических значениях при синусоидальной форме напряжения на входе. При измерениях напряжения любой формы Uпик = Uv××kа.

         Вольтметры средневыпрямленного значения выполнятся по выпрямительной схеме с двухполупериодным выпрямлением. Шкала вольтметра градуируется в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. При измерениях напряжения несинусоидальной формы пользуются соотношением .