Аналоговые импульсные вольтметры (стр. 2 из 3)
Вольтметр амплитудного (пикового) значения (рис. 1) состоит из амплитудного преобразователя ЛПр, усилителя постоянного тока УПТ и магнитоэлектрического индикатора, градуированного в вольтах. На входе вольтметра иногда предусматривается делитель напряжения ДН.
Амплитудный преобразователь выполняют по схеме с открытым или закрытым входом.
Амплитудный преобразователь с открытым входом (рис. 2, а) представляет собой последовательное соединение диода Д с параллельно соединенными резистором Rи конденсатором С. Если к зажимам I—2 приложено напряжение
от источника с внутренним сопротивлением 
, то конденсатор через диод заряжается до некоторого значения 
, которое приложено к электродам диода так, что он большую часть периода закрыт, т. е. работает в режиме отсечки (рис. 2, б). В течение каждого периода диод открывается на некоторый промежуток времени 
, когда 
, и конденсатор подзаряжается импульсом тока 
до напряжения 
; постоянная времени заряда 
, где 
— сопротивление открытого диода. Затем диод закрывается и конденсатор разряжается через резистор Rв течение интервала 
; постоянная времени разряда 
.Постоянные времени должны отвечать следующим условиям:
и 
, где 
, и 
— границы частотного диапазона вольтметра. Очевидно, что 
и 
.Результатом амплитудного преобразования является среднее значение слабопульсирующего напряжения
, которое в отличие от Umназывают пиковым значением 
: 
, (1)где
— угол отсечки тока диода. Он равен: 
(2)где
(3)— сопротивление нагрузки преобразователя с учетом входного сопротивления усилителя постоянного тока
.Для оценки Umи
по формуле (1) подставим в (2) и (3) практические значения сопротивлений; R=80 МОм, 
, 
; сопротивлением пренебрегаем; находим 
, и 
. Таким образом, 
.Напряжение
поступает на вход усилителя постоянного тока, входное сопротивление которого большое, а выходное — малое. УПТ служит для согласования выходного сопротивления преобразователя с сопротивлением индикатора и для повышения чувствительности вольтметра.Амплитудный преобразователь с закрытым входом (рис. 3) представляет собой последовательное соединение конденсатора постоянной емкости С с параллельно соединенными диодом Д и резистором R. Процесс преобразования переменного напряжения в постоянное
аналогичен рассмотренному выше, с тем отличием, что на зажимах 3—4 имеются значительные пульсации напряжения, для сглаживания, которых предусмотрен фильтр 
.Процессы преобразования пульсирующего напряжения преобразователем с открытым и закрытым входом различны и зависят от полярности подключения к входным зажимам 1—2 постоянной составляющей пульсирующего напряжения. Если на вход амплитудного преобразователя с открытым входом включено пульсирующее напряжение так, что «+» постоянной составляющей приложен к аноду диода, то выходное напряжение
, где 
- постоянная составляющая, 
- амплитуда положительного полупериода переменного составляющей (рис. 4, а).Если к аноду диоду приложен «-» постоянной составляющей, то диод закрыт все время и преобразования нет. Если к аноду амплитудного напряжения с закрытым входом приложено пульсирующее напряжение, то конденсатор С заряжен постоянной составляющей
и преобразователь реагирует только на переменную составляющую: если к аноду диода приложен «+», то выходное напряжение 
, а если «—», то 
(рис. 4, б). Это полезное свойство вольтметров с закрытым входом измерять отдельно значения напряжения положительного или отрицательного полупериодов широко используется для определения симметричности амплитудной модуляции, наличия ограничения сигналов и т. д.Частотные свойства амплитудного преобразователя определяются его эквивалентной схемой (рис. 5, а). Здесь
, 
и 
, 
— индуктивности и сопротивления проводов, соединяющих внешние зажимы 1—2 с внутренними точками схемы 3—4; Свх — сумма всех паразитных емкостей, имеющихся на входе: между зажимами 1—2, 3—4, соединительными проводами 1 — 3, 2 — 4, а также междуэлектродная емкость диода 
; 
— активное входное сопротивление вольтметра, нагружающее источник измеряемого напряжения.Сопротивление определяется в основном двумя составляющими; тепловыми (
) потерями в диоде Д и резисторе 
(см. рис. 2, а и 3), а также потерями в диэлектрике входной емкости 
. Обе составляющие действуют параллельно, и потому 
. В преобразователе с открытым входом
, с закрытым входом — 
. Известно, что потери в диэлектрике возрастают с частотой, поэтому сопротивление, эквивалентное потерям, уменьшается: 
, где 
— угол потерь. Отсюда следует, что по мере возрастания частоты измеряемых напряжений входное сопротивление уменьшается (рис. 5, б). Практически на низких частотах составляет единицы мегаом, а на высоких — десятки и даже единицы килоом.