книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

д/ 1

(2-46)

где 5 — крутизна характеристики лампы.

Из равенства (2-46) следует, что для того, чтобы работа усилителя была стабильной, т. е. показания при­ бора А/ не зависели от параметров лампы и от режима питания, должно выполняться условие

стабильность будет тем больше, чем больше сопротив­ ление отрицательной обратной связи R3. Однако соглас­

должно быть выбрано, исходя из заданной чувствитель­

вать не только для измерения напряжения высокой ча­ стоты, но и для измерений напряжения постоянного тока и сопротивления. Благодаря большому входному сопро­ тивлению электронный вольтметр постоянного тока мо­ жет быть использован для измерения напряжения в вы­ сокоомных цепях, например при измерении режимов радиоламп, где применение обычного магнитоэлектриче­ ского вольтметра вызывает нарушение режима.

Электронный омметр имеет значительно более широ­ кий диапазон измеряемых сопротивлений, чем обычный омметр, и поэтому может быть использован для измере­ ния высокоомных сопротивлений, сопротивлений изоля­ ции линий связи и сопротивлений утечки конденсаторов. Таким образом, совмещение электронного вольтметра и омметра в одном приборе делает его весьма полезным для широкой области применений, в особенности для испытаний и ремонта радиоаппаратуры и линий связи.

59

По своей схеме электронный вольтомметр выполняет­ ся обычно в виде комбинированного прибора, предназна­ ченного для измерения напряжения высокой частоты, на­ пряжения постоянного тока и сопротивления. При изме­ рении напряжения высокой частоты измеряемое напря­ жение детектируется диодом, а выпрямленный ток уси­ ливается усилителем постоянного тока.

При измерении напряжения постоянного тока диод отключается и измеряемое напряжение подается на де­ литель, к части которого подключается усилитель по­ стоянного тока '(рис. 2-36). В катодной цепи усилителя

0-

включено сопротивление отрицательной обратной связи

(рис. 2-37). Падение напряжения на калиброванном со­ противлении подается на вход усилителя постоянного тока. Так как величина этого напряжения будет зави­ сеть от измеряемого сопротивления, то шкала прибора может быть отградуирована непосредственно в омах.

В ы с о к о ч у в с т в и т е л ь н ы е э л е к т р о н н ы е

в о л ь т м е т р ы . Электронные вольтметры с анодным и сеточным детектированием, а также диодные вольт­ метры с усилителем постоянного тока обладают чувстви­ тельностью порядка 0,1—0,3 в. Однако для целого ряда измерений в области звуковых и надтональяых частот необходимы вольтметры с более высокой чувствитель?

60

ностыо, порядка сотых и тысячных долей вольта. Такие

также применение и в радиочастотном диапазоне, напри­ мер при измерении напряжений гармоник побочных излучений передатчика, спектров сигналов сложной фор­ мы или напряженности слабых электромагнитных полей. Высокочувствительные электронные вольтметры выпол­ няются обычно в виде многокаскадной схемы с предва­ рительным усилением измеряемого напряжения.

В вольтметрах звукового и национального диапазо­ на такое предварительное усиление осуществляется с помощью апериодического усилителя. Для того чтобы показания электронного вольтметра, зависящие от уси­ ления усилителя, не были подвержены влиянию таких факторов, ка-к колебания режима питания, изменение параметров ламп и старение деталей, предусматривает­ ся стабилизация коэффициента усиления. Для этого уси­ литель выполняется по схеме с отрицательной обратной связью.

Принципиальная схема высокочувствительного элек­ тронного вольтметра звукового и надтонального диапа­ зона показана на рис. 2-38. Измеряемое напряжение по­ дается на входной делитель, а затем на трехкаскадный усилитель с отрицательной обратной связью. Усиленное напряжение выпрямляется диодом и отсчитывается по шкале микроамперметра, проградуированной в единицах входного напряжения. Обратная связь осуществляется подачей усиленного напряжения с катодной цепи третьего каскада на сопротивление в катодной цепи пер­ вого каскада. Введение отрицательной обратной связи повышает стабильность коэффициента усиления усили­ теля и улучшает его частотную характеристику.

Вольтметр имеет несколько пределов измерений и позволяет измерять напряжения от единиц 'милливольт до сотен -вольт в диапазоне частот до 100 кгц с погреш­ ностью измерений, не превышающей 0,5 дб.

Высокочувствительный избирательный электронный вольтметр радиочастотного диапазона представляет со­ бой настраивающийся измерительный приемник с регу­ лируемым калиброванным усилением и выходным

61

микроамперметром. Блок-схема прибора показана на рис. 2-39. Измеряемое высокочастотное напряжение по­ дается на вход усилителя высокой частоты, затем при помощи гетеродина и смесителя преобразуется в напря­ жение -промежуточной частоты, усиливается избиратель­ ным, узкополосным усилителем промежуточной частоты, детектируется, усиливается усилителем низкой частоты и отсчитывается микроамперметром, шкала которого градуирована непосредственно в единицах входного на­ пряжения.

Контроль постоянства усиления осуществляется с по­ мощью калибровочного генератора. Регулировка усиле-

Рис. 2-39. Блок-схема избирательного электронного вольтметра.

-ния -производится посредством ступенчатого аттенюато­ ра и потенциометра в цепи усилителя промежуточной частоты.

Л о г а р и ф м и ч е с к и е э л е к т р о н н ы е в о л ь т ­ м е т р ы . Логарифмическим вольтметром называется вольтметр с логарифмической шкалой. Преимущество логарифмической шкалы состоит в том, что -отсчет изме­ ряемого напряжения производится на любом участке шкалы с одинаковой точностью. Кроме того, логарифми­ ческая шкала позволяет перекрывать весьма шир-окий диапазон измеряемых напряжений без переключения при сохранении высокой чувствительности в начальной

1 000 раз. Поэтому логарифмические вольтметры приме­ няются главным образом в тех случаях, когда -возникает необходимость -в измерении -напряжений, -изменяющихся в широких пределах. Типичным примерам использования логарифмического вольтметра является измерение на­ пряженности поля радиоволн, где приходится измерять

63

напряжения от нескольких микровольт до десятков 'мил­ ливольт. Логарифмический вольтметр применяется так­ же для контроля модулирующего напряжения в передат­ чиках и в качестве выходного прибора анализатора гар­ моник. Логарифмический вольтметр является особенно удобным при электроакустических измерениях, посколь­ ку характеристика вольтметра идентична с характери­ стикой уха.

Упрощенная схема логарифмического вольтметра по­ казана на рис. 2-40. Измеряемое напряжение звуковой частоты поступает на вход двухкаскадного усилителя на лампах с переменной крутизной, затем выпрямляется

Рис. 2-40. Упрощенная схема логарифмического вольтметра.

одной половиной диода и отсчитывается по шкале маг­ нитоэлектрического м.икроамперметра, включенного по­ следовательно в его нагрузочную цепь. Усиленное переменное напряжение поступает также на вторую по­ ловину диода, где выпрямляется и выделяется в виде напряжения постоянного тока на нагрузочном сопротив­ лении i?2- Это напряжение подается в виде отрицатель­ ного смещения на сетки усилительных ламп. С возраста­ нием входного напряжения увеличивается отрицатель­ ное смещение и коэффициент усиления уменьшается. Это приводит к уменьшению относительного прираще­ ния выходного напряжения по отношению к входному. 'В результате магнитоэлектрический микроамперметр, включенный в нагрузочную цепь и градуированный в единицах выходного напряжения, имеет шкалу, близ­ кую к логарифмической.

64

Градуировка электронных вольтметров

Градуировка электронного вольтметра производится напряжением низкой частоты 50 гц или напряжением высокой частоты, лежащей в области его рабочего диа­ пазона.

Градуировка электронного вольтметра напряжением низкой частоты выполняется по схеме рис. 2-41. Напря­ жение частотой 50 гц от сети переменного тока подается через трансформатор на потенциометр. К потенциомет­ ру подключаются образцовый электродинамический вольтметр и магазин сопротивлений. К части магазина

сопротивлений подключается градуируемый электрон­ ный вольтметр, к зажимам которого будет подведено на­ пряжение

Схема позволяет при помощи образцового вольтмет­ ра на относительно большой предел измерений порядка 100 в производить градуировку электронного вольтмет­ ра на малые пределы измерений.

Схема градуировки электронного вольтметра напря­ жением высокой частоты показана на рис. 2-42. Градуи­ руемый вольтметр подключается параллельно емко-

сти С2, включенной последовательно с емкостью Сь ка­ тушкой связи и термоэлектрическим прибором в измери­ тельную цепь, связанную с высокочастотным генерато­ ром. Напряжение на зажимах вольтметра

Регулировка напряжения осуществляется изменением емкости Ci и связи между катушками измерительной цепи и высокочастотного генератора.

Погрешности электронных вольтметров

Точность показаний электронного вольтметра определяется его основной и дополнительными погрешностями. Основная погреш­ ность суммируется из ряда составляющих погрешностей, возникаю­ щих в нормальных условиях работы вольтметра, при которых про­ изводится его градуировка. К этим погрешностям относятся: погрешность градуировки уь погрешность магнитоэлектрического прибора \ 2, погрешность от изменения параметров ламп и деталей схемы во времени у3, погрешность от изменения напряжений источ­ ников питания Y4-

В практических схемах электронных вольтметров погрешность от изменения напряжений источников питания устраняется приме­ нением феррорезонансного автотрансформатора, стабилизирующего переменное напряжение сети, или электронного стабилизатора анод­ ного напряжения в сочетании с бареттером в цепи канала.

Если принять: погрешность Yi= l%> погрешность Y2= 1%, по­ грешность уз—2 %, то основная погрешность электронного вольтмет­ ра может быть оценена геометрической суммой составляющих по­ грешностей

Y= V Y? + + Тз - 2,б»/,.

При уменьшении величин составляющих погрешностей точность электронного вольтметра может быть повышена до значений у =

-■=0,5—1,5%.

В многокаскадных схемах электронных вольтметров с предва­ рительным усилением измеряемого напряжения к перечисленным погрешностям добавляется погрешность за счет непостоянства коэф­ фициента усиления. Эта погрешность обычно сводится к минимуму путем стабилизации усиления с помощью отрицательной обратной связи или введением в схему калибровочного генератора для пред­ варительной калибровки усиления. При этом можно принять, что

66

т. е. входное сопротивление электронного вольтметра будет опре­ деляться величиной активной составляющей /<?Вх-

т. е. входное сопротивление будет определяться величиной реактив­ ной составляющей 1/озСвх.

Активная составляющая входного сопротивления, обусловливае­ мая суммарной мощностью потерь в электронном вольтметре, мо­ жет быть определена из равенства

иг

откуда

(2-57)

1 v

где Pv — суммарная мощность потерь в вольтметре;

U — эффективное значение измеряемого напряжения; Rb x — активная составляющая входного сопротивления.

Суммарная мощность, потребляемая вольтметром от измеряе­

г д е Р а — м о щ н о с т ь , р а с с е и в а е м а я н а а н о д е л а м п ы ;

в о л ь т м е т р а .

г д е Р а — н а п р я ж е н и е н а а н о д е ; / а — а н о д н ы й т о к в о л ь т м е т р а .

Из (2-59), (2-58) и (2-57) следует, что для получения возможно большего входного сопротивления лампу вольтметра следует вы­ бирать с возможно меньшим анодным током.

Величина потерь в диэлектрике приближенно определяется фор­ мулой

68