3.1.3. Параметры переменного напряжения

Переменное напряжение можно выразить через следующие параметры:

– мгновенное значение напряжения. Его измерение осуществляется осциллографами вi-й момент времени;

– пиковое (амплитудное) значение напряжения – максимальное значение напряжения за время измерения или период колебания. Если сигнал имеет разные пиковые значения напряжения положительной и отрицательной полярности, то они указываются отдельно соответственно как ,;

– среднее значение напряжения (постоянная составляющая). Для напряжения синусоидальной формы, симметричного относительно оси времени, среднее значение равно нулю;

– среднее выпрямленное значение напряжения;

– действующее значение напряжения.

Для сигналов одной полярности среднее значение и среднее выпрямленное значение напряжения равны.

Параметры напряжения синусоидальной формы показаны на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Параметры напряжения синусоидальной формы

Связь между величинами ,,определяется коэффициентами: амплитуды; формы; усреднения. Как видно,и. Значения коэффициентов для сигналов синусоидальной формы и последовательности импульсов положительной полярности приведены в табл. 3.1.

Прямое измерение интересующего параметра переменного напряжения возможно только при наличии в приборе преобразователя соответствующего типа (детектора).

3.1.4. Основные принципы построения схем аналоговых электронных вольтметров

Аналоговые электронные вольтметры выполняются в основном по двум схе­мам: детектор-усилитель постоянного напряжения (рис. 3.2) и усилитель пере­менного напряжения-детектор (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Вольтметр «детектор-усилитель постоянного напряжения»

Вольтметры первого типа предназначаются для измерения переменного и постоянногонапряжений от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт в широ­ком диапазоне частот – от десятков герц до 1000 МГц.

Рис. 3.3. Вольтметр «усилитель переменного напряжения–детектор»

Вольтметры второго типа ис­пользуются для измерения малых напряжений переменного тока – от единиц микровольт до единиц вольт. Их частотный диапазон обычно не превышает десятков мега­герц.

Входное устройство(ВУ)обеспечивает расширение пределов измеряемых напряжений в сторону больших значений. Пределы измерения расширяются с помощью резисторных делителей напряжения (рис. 3.4,а). При напряжениях, достигающих нескольких киловольт, применяются внешние емкостные делители (рис. 3.4,б). Там же показаны формулы для вычисления коэффициентов деления напряжения.

Рис. 3.4. Делители напряжения

Кроме того, входное устройство обеспечивает требуемое входное сопротивление и малое значение входной емкости. Вход­ное сопротивление электронного вольтметра велико. Активная составляющая лежит в пределах от 0,1 до 100 Мом, входная емкость 1–30 пФ.

Усилители переменного напряжения,используемые в электронных вольтметрах, должны иметь заданный и высокостабильный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот и температур, малые нелинейные искажения и быть не­чувствительными к колебаниям напряжения питания.

Усилители постоянного напряженияработают обычно в режиме усилителя мощности и, по существу, являются усилителями постоянного тока.

Детекторыслужат для преобразования измеряемого переменного напря­жения в постоянное или пульсирующее, которое измеряется магнитоэлектрическим приборомМЭ, реагирующим на постоянную составляющую (среднее значение) этого напряжения.

В зависимости от закона преобразования среднее значение напряжения на выходе детектора может быть пропорционально амплитудному (пиковому) , среднему выпрямленномуили действующемузначениям входного напряже­ния. В соответствии с этим электронные вольтметры классифицируются на амплитудные (пиковые), средневыпрямленных значений (линейные) и действующих значений.

Шкала вольтметра с детектором действующих значений проградуирована в действующих значениях напряжения и справедлива при любой форме измеряемого напряжения, что яв­ляется основным преимуществом данного вольтметра перед другими.

Градуировка большинства вольтмет­ров (за исключением импульсных и в некоторых случаях амплитудных) производит­ся в действующих значениях синусоидального напряжения, поэтому все эти приборы дают одинаковые показания, соответствующие действующему значению только при измерениях синусоидального напряжения.

Для того чтобы правильно оценивать показания приборов при измерениях не­синусоидальных периодических напряжений, необходимо знать тип детекторов и градуировку шкал.

Различают детекторы (вольтметры) с "открытым" и "закрытым" для постоянной состав­ляющей напряжения входами. В последнем случае после входной потенциальной клеммы включается разделительный конденсатор (рис. 3.5), который не пропускает постоянную составляющую сигнала.

Г

Рис. 3.5. Организация закрытого входа

рафики напряжений до и после конденсатора на примере периодической последовательности импульсов положительной полярности приведены на рис. 3.6. Значение постоянной составляющей данного сигнала:

.

Рис. 3.6. Сигнал с постоянной (а) и без постоянной (б) составляющей напряжения

В вольтметрах переменного напряжения применяют преимущественно детекторы с закрытым входом, реагирующие только на переменную составляющую напряжения.

В табл. 3.2 приведены формулы, позволяющие вычислить или пересчитать показания вольтметров, имеющих различные детекторы, открытый или закрытый входы, различную градуировку шкал.

Таблица 3.2