Электронные аналоговые вольтметры

В электронных вольтметрах конструктивно объединены электрические преобразователи (делители напряжений, усилители, детекторы и др.) с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. Такая структура прибора позволяет производить измерения в широком диапазоне напряжений и частот.

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 3.6.

Измеряемое напряжение U_x подается на входное устройство 1, представляющее собой многопредель-ный высокоомный делитель напряжения на резисторах. С этого делителя напряжение поступает на вход усилителя постоянного тока 2 и далее на измерительный механизм 3. Входное сопротивление вольтметра обычно составляет несколько десятков МОм. Это позволяет производить измерения в высокоомных цепях без шунтирования объектов измерения. Диапазон измеряемых напряжений постоянного тока от десятков милливольт до нескольких киловольт. Для измерения малых напряжений используют микровольтметры с преобразованием постоянного тока в переменный. В таких усилителях усиление сигнала происходит на переменном токе, что позволяет достичь больших значений коэффициента усиления, снизить порог чувствительности до нескольких микровольт. Рабочий диапазон электронных микровольтметров с преобразованием постоянного тока в переменный лежит в пределах от 1×10^-8 до 1 В.

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по схеме, изображенной на рис. 3.7.

С высокоомного делителя напряжения 1 сигнал подается на усилитель переменного напряжения 2, затем при помощи детектора 3 преобразуется в постоянное, которое измеряется магнитоэлектрическим измерительным прибором 4. Детекторы могут быть выполнены по различным схемам и подразделяются на детекторы средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значений. Это деление показывает, какому из значений измеряемого напряжения соответствует напряжение на выходе детектора.

Детекторы средневыпрямленного значения представляют собой выпрямители на полупроводниковых диодах – такие же, как в выпрямительных приборах (см. п.2). Амплитудные детекторы, как правило, состоят из диода и конденсатора, который заряжается до амплитудного значения измеряемого напряжения.

Детекторы среднеквадратического значения используют квадратический участок вольт-амперной характеристики диода, в результате чего среднее значение напряжения на выходе детектора оказывается пропорциональным действующему значению измеряемого напряжения.

Т.о. в зависимости от применяемой схемы выпрямителя, электронные вольтметры делятся на вольтметры средневыпрямленного, амплитудного, среднеквадратического значений напряжения.

У электронных вольтметров с широким частотным диапазоном измеряемых напряжений детектор может быть помещен на входе перед делителем или между делителем и усилителем.

Каждая из приведенных схем обладает своими преимуществами. Схемы вольтметров с детектором на входе обладают широким частотным диапазоном (от 10 до 1000 МГц), но не измеряют напряжение меньше нескольких десятых долей вольта, т.к. детектор без предварительного усиления может выпрямить только достаточно большое напряжение.

Вольтметры, выполненные по схеме рис. 3.6, позволяют усиливать сигналы соизмеримые с уровнем собственных шумов усилителя и измерять напряжения в единицы микровольт. Однако эти вольтметры имеют меньший частотный диапазон (обычно до 1 МГц).