3. Усилители

В электронных вольтметрах применяются усилители как постоянного, так и переменного тока.

Усилители постоянного тока обычно включаются после детекторов и выполняют роль усилителей мощности. На выходе УПТ получается мощность, достаточная для приведения в действие электроизмерительного механизма прибора. УПТ служат устройствами, согласующими малое внутреннее сопротивление измерительного прибора с высоким сопротивлением нагрузки детектора или входного делителя напряжения.

4. Стрелочные измерительные приборы

В электронных вольтметрах в качестве стрелочных измерительных приборов используются, как правило, магнитоэлектрические микроамперметры с пределами измерения 100 – 1000 мкА. Применение микроамперметров (а не миллиамперметров) объясняется стремлением повысить чувствительность прибора.

5. Погрешности стрелочных электронных вольтметров пикового значения

Электронный вольтметр состоит из электронной части и измерительного механизма. Последний содержит меру и выполняет операцию сравнения. Рационально выбрав стрелочный измерительный прибор, можно сделать так, чтобы вносимая им погрешность не превосходила отведенной ему доли общей погрешности.

Наибольшую составляющую погрешности дает электронная часть вольтметра, состоящая из детектора и усилителя.

Весомая погрешность пикового детектора связана с тем, что среднее значение U_ср на конденсаторе пикового детектора всегда меньше измеряемого пикового значения U_м напряжения, т. к. конденсатор С успевает несколько разрядиться в интервале между двумя соседними пиками положительных полуволн входного напряжения. Определим эту погрешность для гармонического сигнала.

Напряжение на конденсаторе при его разряде через резистор R_р характеризуется зависимостью

U_c = U_макс е^{– (1/RpC)}.

Через интервал t = T напряжение достигает минимального значения

U_мин = U_макс е^{– (T/RpC)}.

Среднее напряжение на конденсаторе

U_ср = (U_макс + U_мин)/2 = [U_макс/2]·[1 + е^{– (1/RpC)}.].

При R_рС >>  T среднее напряжение на конденсаторе U_ср = U_макс(1 – T/2R_pC).

Таким образом, относительная частотная погрешность преобразования детектором измеряемого пикового значения напряжения в постоянное составит

γf = (U_ср – U_м)/U_м = –1/2Т/RpC = –1/2ft_р, (2)

где f – частота измеряемого напряжения;

     t_р = R_рС – постоянная времени разряда.

На высоких частотах из-за паразитной емкости детектора возникает и частотная погрешность; в работе она не исследуется.

Диод, используемый в детекторе, имеет в начале воль-амперной характеристики явно нелинейный участок. Поэтому чем меньше предел измерений, тем сильнее сказывается нелинейность характеристики диода на уровне вольтметра α = F(U_x), где α - показание магнитоэлектрического прибора. Шкалы одних и тех же приборов на разных пределах измерения принципиально не совпадают.

При большом внутреннем сопротивлении R_i источника измеряемого напряжения возрастает постоянная времени заряда конденсатора и тем вызывает погрешность. Эта погрешность определяется выражением

δ_r = 2,2(R_з/R_д) ^–⅔, (3)

где R_з – сопротивление заряда, определяемое суммой сопротивления диода R_д и внутреннего сопротивления источника измеряемого напряжения R_i;

      R_р – сопротивление цепи разряда.

При использовании в электронном вольтметре пикового детектора градуировка его осуществляется, как правило, в среднеквадратических значениях через коэффициент амплитуды U_м = 1,41U для синусоидального сигнала.

Если же вольтметр измеряет несинусоидальное напряжение, то возникает погрешность формы.