Основные структурные схемы электронных вольтметров, сравнение, области применения

Электронные вольтметры бывают двух типов аналоговые и цифровые. Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического или цифрового измерительного прибора. Электронные аналоговые вольтметры постоянного тока выполняются по схеме

Измеряемое напряжение U подаётся на входное устройство «Вх У», представляющее собой многопредельный высокоомный делитель напряжения на резисторах. С делителя напряжение поступает на усилитель постоянного тока «УПТ» и далее – на стрелочный прибор «V». Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают до значений, необходимых для нормальной работы прибора. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи вольтметра с низким сопротивлением рамки прибора магнитоэлектрической системы.

Чтобы обеспечить необходимую точность вольтметра к усилителям постоянного тока, применяемым в электронных вольтметрах, предъявляются жесткие требования в отношении линейности амплитудной характеристики, постоянства коэффициента усиления, температурного и временного дрейфа нуля. При построении электронных вольтметров для измерения малых напряжений эти требования не всегда могут быть удовлетворены. Поэтому электронные вольтметры постоянного тока для измерения малых напряжений выполняются по схеме

В таких вольтметрах постоянное измеряемое напряжение вначале преобразуется модулятором «М» в переменное, а далее усиление измеряемого сигнала осуществляется усилителем переменного тока «У», обладающим лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с усилителем постоянного тока. Выпрямленное выпрямителем (детектором) «В», напряжение подается на стрелочный прибор «V». Это позволяет получить электронные микровольтметры с нижним пределом измерения порядка 10^-8 В.

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по двум структурным схемам

В первой из этих схем измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное детектором «В», а затем усиливается усилителем постоянного тока. Во второй схеме усиление происходит на переменном токе и лишь затем, предварительно усиленный сигнал выпрямляется детектором. Важнейшим элементом электронного вольтметра, в значительной мере определяющим его метрологические характеристики, является детектор. Напряжение на выходе детектора может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямленному или среднему квадратическому значению измеряемого напряжения. Характер этой зависимости определяет, на какое из этих значений реагирует магнитоэлектрический стрелочный прибор.

Электронные вольтметры подразделяют на:

1. Установки для поверки вольтметров

2. Вольтметры постоянного тока

3. Вольтметры переменного тока

4. Вольтметры импульсного тока

5. Фазочувствительные

6. Селективные

7. Универсальные

1. Установки для поверки вольтметров – это приборы, предназначенные для настройки, регулирования и поверки измерителей напряжения. Основой для этих приборов служит источники напряжения калиброванного уровня.

2. Отличительной особенностью электронных вольтметров на постоянном токе – их большое входное сопротивление, благодаря этому их можно применять для измерения напряжения на участке цепи.

3. Наиболее распространенными и универсальными приборами являются электронные вольтметры перемен­ного тока. У них высокая чувствительность и широкие пределы измерений, которые при ис­пользовании усилителей и делителей напряжения охватывают об­ласть напряжений от единиц микровольт до тысяч вольт; малая входная емкость (единицы пикофарад) и высокое входное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазон рабочих частот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдержи­вать большие перегрузки.

4. Импульсные предназначены, для измерения одиночных и повторяющихся импульсных и импульсно-моделирующих напряжений в диапазоне длительности от нескольких наносекунд до десятков миллисекунд. Некоторые импульсные используются для измерения амплитудных значений напряжения на переменном токе. Кроме того, можно использовать для измерения постоянного напряжения.

5. Фазочувствительные вольтметры применяются при сня­тии амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик различных низко­частотных четырехполюсников — усилителей, фильтров и др.

6. Селективные - электронные вольтметры, на входе которых предусмотрены избирающие, подстраивающие устройства. Ими можно измерять высокочастотные напряжения в присутствии помех.

7. Универсальные. Измеряют напряжение, как на постоянном, так и на переменном токе. Позволяют измерять силу тока в цепях постоянного тока.

42. Прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников.

Измеритель амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников относится к виду X1.

Он представляет собой полуавтоматический панорамный измеритель, позволяющий визуально наблюдать картину изменения коэффициента передачи четырехполюсника в широком диапазоне частот и количественно оценивать эти изменения.

Схема панорамного измерителя амплитудно-частотных характеристик

На вход исследуемого четырехполюсника подается сигнал постоянного уровня от генератора качающейся частоты (свип-генератора). Частотная модуляция колебаний генератора (линейное качание частоты) осуществляется пилообразным напряжением, которое одновременно служит напряжением горизонтальной развертки. Следовательно, горизонтальное отклонение луча пропорционально частоте.

Средняя частота генератора устанавливается равной средней частоте полосы пропускания исследуемого четырехполюсника. Уровень сигналов генератора качающейся частоты на всех частотах автоматически поддерживается постоянным. Получаемый на выходе исследуемого четырехполюсника сигнал подается через детектор на усилитель канала вертикального отклонения осциллографического индикатора. На экране последнего получается огибающая, представляющая собой амплитудно-частотную характеристику четырехполюсника.

Устройство калибровки оси частот (маркерное устройство) состоит из:

1. кварцевого генератора;

2. смесителя;

3. фильтра нижних частот.

На один вход смесителя подается напряжение кварцевого генератора, основная частота которого равна F ₁, например F ₁ = 1МГц. Это напряжение характеризуется весьма широким спектром (содержит много высших гармоник), частоты соседних составляющих которого отличаются друг от друга на величину F ₁(1МГц). Ко второму входу смесителя подводится напряжение от генератора.

Каждый раз, когда качающаяся частота становится близкой и равной частоте какой-либо гармоники кварцевого генератора, на выходе смесителя появляются импульсы нулевых биений между напряжениями гармоник кварцевого генератора и напряжением качающейся частоты.