книги / Электрорадиоизмерения

так как использует на своем входе, выведенном на лице­ вую панель, стандартные зажимы. Частотный диапазон вольтметра при использовании низкочастотного входа — от 20 Гц до 1 МГц. Для расширения пределов измерения может быть использован дополнительный конденсаторно­ резисторный делитель.

Усилитель постоянного тока УПТ выполнен по мостовой схеме с отрицательной обратной связью. Установка нуля прибора осуществляется при помощи потенциометра, к сред­ ней точке которого подводится плюс питания моста. В ка­ честве измерительного прибора, включенного в диагональ

шкалах в пределах от 0,1 до 500 В с входным сопротивле­ нием 16,55 МОм.

Схема омметра состоит из электронного вольтметра (усилителя постоянного тока с измерительным прибором), образцовых резисторов (R7, Rs) и источника постоянного напряжения. К источнику напряжения последовательно подключаются исследуемое Rx и образцовое R0 сопротивле­ ния. Напряжение, снимаемое с образцового сопротивления и подаваемое на вход усилителя постоянного тока, обратно пропорционально измеряемому сопротивлению.

Блок питания прибора состоит из однопслуперйодного выпрямителя и электронного стабилизатора напряжения.

Для расширения пределов измерения вольтметра может быть использован делитель напряжения ДН-1 на резисто­ рах с коэффициентом деления 1 200.

С прибором ВК7-9 может быть использован также гпройниковый переход ТП-2, представляющий собой отрезок коаксиальной линии с волновым сопротивлением 75 Ом со встроенным в него пиковым диодным детектором, выполнен­ ным по той же схеме, что и другие детекторы вольтметра.

Прибор B3-13 относится к электронным вольтметрам группы усилитель-детектор. Упрощенная принципиальная схема этого вольтметра изображена на рис. 4-34, а лицевая панель управления — на рис. 4-35.

Основными элементами прибора являются его входная часть, усилитель, детектор с измерительным стрелочным прибором и блок питания.

.Входная часть вольтметра состоит из катодного повтори­ теля на лампе 6СЗП и двух ступенчатых делителей напря­ жения, включенных до и после него. Катодный повторитель

Рис. 4-35. Лицевая панель управления прибора ВЗ-13.

дает возможность получить малую входную емкость и боль­ шое входное сопротивление вольтметра при использовании после катодного повторителя низкоомного делителя напря­ жения.

Широкополосный усилитель, выполненный на трех лам­ пах 6Ж9П, имеет общий коэффициент усиления около 1000, что обеспечивает сравнительно высокую чувствительность вольтметра. В первых двух каскадах для стабилизации коэф­ фициента усиления применена отрицательная обратная связь. Для регулировки частотной характеристики на всех пределах измерения служит резистор R21.

Детекторная часть вольтметра выполнена на двух германиевых диодах Д10Б. В качестве измерительного прибора применен микроамперметр М-24 на 100 мкА, вклю­ ченный в диагональ моста. Для калибровки вольтметра по контрольному напряжению служит переменный резистор/?23.

Блок питания вольтметра представляет собой стабили­ зированный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме на германиевых диодах Д226.

Вольтметр B3-13 имеет следующие основные технические характе­ ристики:

1.Пределы измерения напряжения от 0,5 мВ до 300 В.

2.Номиналы шкал от 0,3 мВ до 300 В.

3. Диапазон частот от 20 Гц до 1 МГц.

4.Погрешность измерения в % к номиналу шкалы 4—6.

5.Входное сопротивление 400 кОм — 1,6 МОм.

6. Входная емкость 20— 15 пФ.

г) ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Принцип работы выпрямительных вольтметров такой же, что и приборов этой системы, предназначенных для измерения тока (см. § 3-3).

Выпрямительные вольтметры, как и амперметры, выпол­ няются по однополуперйодной или двухполуперйодной мо­ стовой схеме и имеют для расширения пределов измерения добавочное сопротивление.

Из полупроводниковых диодов наибольшее применение в выпрямительных вольтметрах получили германиевые и кремниевые, имеющие ряд преимуществ (см. § 3-3) по срав­ нению с ламповыми.

Режим детектирования в выпрямительных вольтметрах может быть различный: режим В (с углом отсечки 0 => 90°) и режим С с малым углом отсечки.

Первый из них применяется обычно в выпрямительных вольтметрах на частотах до 20 кГц, а второй — в выносных

пробниках электронных вольтметров на частотах примерно до 1000 МГц.

Узкий частотный диапазон вольтметров, работающих в ре­ жиме детектирования класса В, обусловлен в основном влия­ нием емкостей, сопротивлений и других элементов схемы, а также индуктивности прибора магнитоэлектрической си­ стемы.

Более широкий частотный диапазон пиковых выпрями­ тельных вольтметров (пробников), работающих в режиме детектирования класса С, получается потому, что выпрям­ ленное напряжение после детектирования практически не имеет пульсаций и емкость всех элементов цепи постоянного тока, а также индуктивность магнитоэлектрического при­ бора, не влияет на частотную характеристику вольтметра.

RA

Рис. 4-36. Мостовые схемы выпрямительного вольт­ метра.

Наиболее распространенные схемы выпрямительного вольтметра (рис. 4-36) выполнены по мостовой схеме и изме­ ряют среднее значение исследуемого напряжения. Градуи­ ровка же шкалы таких вольтметров обычно производится в действующих значениях синусоидального напряжения.

Работа мостовой схемы, изображенной на рис. 4-36, а, описана в предыдущей главе учебника. Схема же выпрями­ тельного вольтметра, представленная на рис. 4-36, б, рабо­ тает следующим образом.

При подведении переменного напряжения к схеме в поло­ жительный полупериол, например, диод До закрыт н паде,- ние напряжения на резисторе R2 практически отсутствует. Диод же Д х открыт, вследствие чего на резисторе R x соз­ дается падение напряжения, среднее значение которого измеряет вольтметр магнитоэлектрической системы, состоя­ щей из стрелочного прибора И и добавочного сопротивле­

среднее значение падения напряжения на резисторе R2. Обе эти схемы будут иметь правильную шкалу при

достаточно большой амплитуде исследуемого напряжения, обеспечивающей работу на линейном участке вольт-ампер- ной характеристики.

Выпрямительные вольтметры, работающие в режиме класса В, используются в основном в тестерах, комбиниро­ ванных приборах и измерителях выхода радиоприемников.

Характер шкалы рассмотренных выше выпрямительных вольтметров зависит от добавочного сопротивления Яд, ко­ торое определяется номинальным (предельным) значением

Следовательно, многопредельные вольтметры, у которых с переключением шкал изменяется добавочное, а следова­ тельно, и входное сопротивление должны иметь в таких схемах для каждого предела измерения отдельную шкалу.

Для обеспечения постоянства входного сопротивления многопредельного выпрямительного вольтметра применяют сложную схему входа прибора, состоящую не только из ступенчато меняющихся добавочных сопротивлений, но и шунтов.

Подобная схема с германиевыми диодами, используемая в измерителях выхода приемника (например, в ВЗ-10А), изображена на рис. 4-37. В этой схеме резисторы R 1— R5 играют роль добавочных сопротивлений, а Ra — R a — сопротивлений шунтов. При переключении шкал в сторону увеличения пределов измерения, т. е. при уменьшении чувствительности вольтметра, добавочное сопротивление увеличивается, а шунта — уменьшается. Резистор R10 предназначен для коррекции градуировки прибора в про­ цессе его градуировки на производстве.

Схемы радиочастотных выносных пробников (рис. 4-38), использующих германиевые или кремниевые диоды, рабо­ тают как пиковые вольтметры.

Схема, приведенная на рис. 4-38, а, представляет собой пиковый диодный вольтметр с закрытым входом, работа которого рассмотрена в предыдущем параграфе. Напряже­

ние с выхода диода, равное амплитудному значению изме­ ряемого напряжения, подается на усилитель постоянного тока, на выходе которого включен стрелочный прибор

Рис. 4-37. Схема измерителя выхода с германие­ выми диодами.

магнитоэлектрической системы. При достаточно большом сопротивлении R шкала такого вольтметра получается ли­ нейной.

Схема, изображенная на рис. 4-38, б, представляет собой также пиковый детектор с полупроводниковыми (германИе-

Рис. 4-38. Схемы радиочастотных пробников на германиевых диодах.

выми) диодами и автоматическим смещением. В этой схеМ^ сопротивление нагрузки R должно быть значительно больИ^ сопротивления диода в прямом направлении, а реактивнь1^ сопротивления конденсаторов должны иметь очень малу1^ величину.

При подведении исследуемого напряжения к пробнику в его положительный полупериод один из диодов, например Д и открыт и через него произойдет заряд конденсатора Сг. Диод Д2 в это время закрыт.

В отрицательный полупериод Д г будет закрыт, а Д> открыт, вследствие чего через него произойдет заряд кон­ денсатора С2. Суммарное напряжение на последовательно соединенных относительно друг друга конденсаторах оказы­ вается приложенным к резистору R , через сопротивление которого конденсаторы медленно разряжаются. Постоянное напряжение с пробника через усилитель постоянного тока подается на прибор магнитоэлектрической системы.

4-4. ГРАДУИРОВКА ЭЛЕКТРОННЫХ

И ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ

Градуировка электронных и выпрямительных приборов заклю­ чается в сравнении показаний градуируемого вольтметра с образцо­ вым.

Вкачестве образцового прибора может быть использован вольт­ метр или амперметр. Общие требования при градуировке вольтметров аналогичны требованиям, предъявляемым к градуировке амперметров.

Всоответствии с ГОСТ 9781-61 частоты для градуировки электрон­ ных вольтметров выбираются из ряда: 0 (постоянный ток), 50/55 Гц,

400 Гц, 1000 Ги, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц и 10 МГц.

Использование промышленной частоты для градуировки вольтмет­ ров имеет то преимущество, что такое напряжение существует почти в любых условиях, имеет почти строго синусоидальную форму и, кроме того, в качестве образцовых приборов можно применять приборы эле­ ктродинамической системы, имеющие на частоте 50 Гц высокую точ­ ность.

В схемах градуировки выпрямительных или электронных вольт­ метров на частоте 50 Гц, изображенных на рис. 4-39, в качестве образ­ цового прибора применяется вольтмегр (рис. 4-39, а) или миллиампер­ метр (рис. 4-39, б).

Для получения малых напряжений необходимо использовать де­ литель напряжения ДН с определенным коэффициентом деления.

Регулировка .величины образцового напряжения осуществляется с помощью автотрансформатора АТ, регулирующего напряжение на ре­ зисторе Rr„ потенциометра Re или ступенчатого делителя ДН. Если входное сопротивление вольтметра во много раз больше сопротивления делителя, то напряжение, подаваемое на градуируемый прибор U^,

определяется по формуле

где U0 — образцовое напряжение, подведенное к делителю; R0 — полное сопротивление делителя;

R — сопротивление, с которого снимается образцовое напряжение. При использовании в качестве образцового прибора миллиампер­ метра (рис. 4-39, б) сопротивление делителя также должно быть известно,

так как образцовое напряжение, подведенное к нему, определяется косвенно по формуле

где / 0 — показания миллиамперметра.

Схема градуировки электронного вольтметра на высокой частоте при использовании в качестве образцового прибора миллиамперметра термоэлектрической системы и образцового сопротивления хс = 1/соС

приведена на рис. 4-40. Емкость Сх должна учитывать входную емкость вольтметра. Образцовое напряжение, подводимое к градуируемому

Рис. 4-40. Схема градуировки электронного вольтметра на высокой частоте.

прибору, U0 = /хс . Регулировка величины тока, а следовательно, и

образцового напряжения осуществляется изменением связи или же изменением емкости С2. Для устранения паразитной емкостной связи в схеме используется электростатический экран.

4-5. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ КОМПЕНСАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Метод компенсации, рассмотренный в § 1-3, позволяет измерять напряжения очень точно с погрешностью порядка сотых — тысячных долей процента. Приборы, принцип действия которых основан на этом методе, называются компенсаторами, или потенциометрами.

u Потенциометры постоянного тока. Схема, поясняющая принцип деист*ия потенциометра постоянного тока, приведена на рис. 4-41. ина Отличается от схемы, приведенной на рис. 1-2, наличием второй цепи компенсации, состоящей из нормального элемента с э. д. с. Еп и

Очевидно, что высокая точность измерения напряжения может быть обеспечена, если очень точно известны значения рабочего тока / р и

Подставив это значение рабочего тока в выражение (4-14), получим:

их — ^ •

Таким образом, неизвестное напряжение Ux сравнивается с э. д. с. меры. Поскольку значения Еп и RHпостоянны, переменное сопротивле­ ние RKградуируют в единицах напряжения и по его шкале отсчитывают значения Ux-

Из принципа действия потенциометра следует, что в момент ком­ пенсации, когда ток гальванометра равен нулю, прибор не потребляет энергии от той цепи, в которой измеряется напряжение и, следова­ тельно, не изменяет режим ее работы. Это позволяет применять потен­ циометры постоянного тока для измерения э. д. с. источников питания.

В зависимости от верхних пределов измеряемого напряжения различают высокоомные и низкоомные потенциометры постоянного тока. Высокоомные потенциометры, у которых рабочий ток обычно равен 0,1 мА, предназначены для измерения напряжений, не превы­ шающих 2 В. Низкоомные потенциометры с рабочим током не менее 1 мА предназначены для измерения малых напряжений. Пределы изме­ рения высокоомных потенциометров можно увеличить при помощи дели­ телей напряжения, но при этом следует учитывать, что делители по­ требляют ток от измеряемого напряжения.

Примером высокоомного компенсатора постоянного тока яв­ ляется потенциометр Р307 с верхним пределом измерения 1,91111 В. Он имеет класс точности 0,015, цену наименьшего деления 1 мкВ, рабо­ чий ток 0,1 мА.

Автоматические потенциометры. В настоящее время широко при­ меняются потенциометры постоянного тока, у которых компенсация измеряемого напряжения Ux осуществляется автоматически. Такие

Рис. 4-42. Схема автоматического потенциометра по­ стоянного тока.

приборы называются автоматическими потенциометрами постоянного тока. В схеме автоматического потенциометра, изображенной на рис. 4-42, резисторы /?lf RH, # 2, R3 и R0 соединены в виде моста, кото­ рый питается от батареи £ всп через резистор /?р. Когда переключатель П

A U = Ux — UKпоступает на вход вибрационного преобразователя ВП, который постоянное напряжение Л(У преобразует в переменное. Затем это напряжение усиливается усилителем У и подается на управляющую обмотку реверсивного электродвигателя Д. Двигатель начинает вра­ щаться и через механическую передачу перемещает движок потенцио­ метра R0до тех пор, пока напряжение UKне станет равным Uх. В этом случае АО = 0 и двигатель останавливается. Движок потенциометра