Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Измерительные преобразователи, используемые в аналоговых электронных вольтметрах





Преобразователь амплитудного (пикового) значения (преобразователь типа ПАЗ)

Данный преобразователь выполняют по схеме с открытым или закрытым входом.

На рис. 4 приведена схема преобразователя типа ПАЗ с открытым входом, а на рис.5 – процесс преобразования переменного напряжения в постоянное.

 

Рис. 4. Схема преобразователя типа ПАЗ с открытым входом

 

При приложении напряжения конденсатор через диод будет заряжаться до некоторого значения Uc, которое обусловит работу диода в режиме отсечки, т.е. большую часть периода диод будет закрыт. В течение каждого периода диод открывается на некоторый промежуток времени , когда U>Uc, подзаряжая конденсатор импульсом тока до напряжения

Uсмакс,затем диод закрывается и конденсатор разряжается через резистор R.

 

 

Рис. 5. Процесс преобразования переменного напряжения в постоянное

 

В результате амплитудного преобразования получаем среднее значение слабо пульсирующего напряжения , которое назовём пиковым значением

Напряжение поступает на вход усилителя постоянного тока (УПТ).

В схеме вольтметр типа ПАЗ УПТ предназначен для:

− повышения чувствительности индикатора;

− согласование выходного сопротивления преобразователя с сопротив–

лением индикатора.

Преобразователь типа ПАЗ с закрытым входом (рис. 6) представляет собой последовательное соединение конденсатора постоянной ёмкости с параллельно соединёнными диодом Д и резистором R.

 

Рис. 6. Схема амплитудного преобразователя с закрытым входом

 

В этой схеме процесс преобразования переменного напряжения в посто-янное аналогичен рассмотренному выше. Отличие заключается в том, что на зажимах 3–4 возникают значительные пульсации напряжения, для сглажива-ния которых предусмотрен фильтр .

Теперь рассмотрим процесс преобразования пульсирующего напряжения (присутствует постоянная составляющая) преобразователем с открытым и за-крытым входом. Эти процессы зависят от полярности подключения к входным зажимам 1–2 постоянной составляющей пульсирующего напряжения. Если на вход преобразователя ПАЗ с открытым входом включено пульсирующее напря-жение так, что «+» постоянной составляющей приложен к аноду диода, то вход-ное напряжение где – постоянная составляющая,

а – амплитуда положительного полупериода переменной составляющей (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Диаграмма напряжений в преобразователе ПАЗ с открытым входом

 

Если к аноду диода приложен «−» постоянной составляющей, то диод закрыт всё время и преобразование отсутствует.

Если к аноду преобразователя ПАЗ с закрытым входом приложено пуль-сирующее 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. 8).

 

 

Рис. 8. Диаграмма напряжений в преобразователе ПАЗ с закрытым входом

 

Таким образом, с помощью вольтметров с преобразователем ПАЗ с за-крытым входом возможно измерять отдельно значения напряжения положи-тельного или отрицательного полупериодов. Это свойство используют для оп-ределения симметричности амплитудной модуляции, наличия ограничения сиг-налов и т.д.

Пример.

С помощью вольтметра типа ПАЗ (вход закрытый) измеряется последова-тельность прямоугольных импульсов с известной амплитудой , периодом Т и длительностью (рис. 9). Требуется определить показания вольтметра.

Решение.

Так как вход ПАЗ закрытый, то вольтметр будет реагировать только на переменную составляющую заданного сигнала.

 

 

Рис. 9. Диаграмма к вольтметру типа ПАЗ с закрытым входом

 

Переменная составляющая сигнала представлена по отношению времен-ной оси амплитудами и , значения которых определяются выраже-ниями:

,

где , а q – скважность, равная .

Указанные выражения получены из условия равенства нулю постоянной составляющей, т.е. площади и относительно оси времени равны:

Показание вольтметра типа ПАЗ пропорционально амплитудному значе-нию сигнала, деленному на 1,41 (из-за градуировки шкалы в средних квадрати-ческих значениях синусоиды). С учётом особенности вольтметра типа ПАЗ из-мерять обе полярности знакопеременного сигнала мы получим следующие по-казания вольтметра:

– для положительной полярности

– для отрицательной полярности

.

Рассмотрим частотные свойства вольтметров с преобразователем ПАЗ. Для понимания суммарной работы ПАЗ на частотах порядка Ггц представим два варианта размещения ПАЗ в схеме вольтметра: первый вариант – ПАЗ внут-ри корпуса вольтметра, второй вариант – вне корпуса на расстоянии от УПТ, например, в 1 м.

Для первого варианта эквивалентная схема замещения будет иметь следу-ющий вид (рис. 10).

 

 

Рис. 10. Входная цепь ПАЗ, расположенного внутри корпуса вольтметра

 

В этой схеме и – индуктивности и сопротивления жил входного кабеля, по которому проходит знакопеременный измеряемый сигнал – сумма всех паразитных ёмкостей, имеющихся на входе: между зажи-мами соединительными проводами а также между электродная ёмкость диода. – активное входное сопротивление вольтметра, составляющее на низких частотах единицы мега Ом, а на высших десятки и даже единицы кило Ом.

Эквивалентная схема на рис.10 представляет собой последовательный колебательный контур, собственная резонансная частота которого

где .

Из-за больших значений получается не очень высокой, т.е. при измерении высокочастотных сигналов возможно возникновение резонанса на-пряжений и, следовательно, резонансной погрешности. Последняя может быть значительной, так как при РН напряжение на входе вольтметра может в десятки и сотни раз превышать уровень измеряемого сигнала.

Во втором варианте (рис. 11), разместив ПАЗ вне корпуса вольтметра в виде выносного узла – пробника, мы резко сокращаем путь протекания пере-менного сигнала от 1м до сантиметра (длина щупов), т.е. снижаем и повышаем . В этом случае входная ёмкость пробника не превышает 1,5 пФ, а собственная резонансная частота составляет 2-2,5 ГГц. Таким образом мы обеспечиваем широкую полосу частот (до 1 ГГц) амплитудных (пиковых) вольтметров.

Однако при этом мы проигрываем в чувствительности (порог чувстви-тельности 0,1 В).

 

Рис. 11. Компоновка вольтметра типа ПАЗ с использованием выносного пробника

Выходное напряжение ПАЗ с помощью внутреннего делителя напряже-ния делится на , в результате чего на вход УПТ поступает 0,707 и инди-катор градуируется в средних квадратических значениях измеряемого напряже-ния. Так как градуировка производится при синусоидальной форме напряже-ния, то при измерении напряжения другой формы необходимо показание вольт-метра умножить на 1,41 (получаем пиковое значение измеряемого напряжения) и разделить на коэффициент амплитуды измеряемого напряжения (получаем действующее значение), т.е.

,где – показание вольтметра; – новое значение коэффициента амплитуды, например: для меандра .

 

Преобразователь средневыпрямленного значения (преобразователь

типа ПСЗ)

Преобразователь типа ПСЗ аналогичен детектору, применяемому в аналоговых электромеханических вольтметрах выпрямительной системы. Выходное напряжение усилителя переменного тока поступает на выпрямительный преобразователь (мостовая схема) и через микроамперметр протекает постоянная составляющая выпрямленного тока, пропорциональная средневыпрямленному значению измеряемого напряжения:

Шкалу индикатора градуируют в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. При измерении напряжения несинусоидальной формы следует произвести пересчёт показаний вольтметра по формуле:

,

где – коэффициент формы при синусоидальной форме напряжения (1,11); – для несинусоидального сигнала (например: для меандра – 1).

Аналоговый электронный вольтметр средневыпрямленного значения обладает высокой чувствительностью (за счёт дополнительного усиления), и сравнительно узкой полосой частот измеряемых напряжений ( 10 МГц). Обе эти характеристики обусловлены применением усилителя переменного напряжения.

Преобразователь среднего квадратического значения (преобразователь

типа ПДЗ)

Из выражения для среднего квадратического напряжения

видно, что в схеме вольтметра типа ПДЗ должны выполняться следующие операции:

– возведение в квадрат мгновенного значения измеряемого напряжения;

– усреднение получаемого значения за период;

– извлечение квадратного корня из получаемого значения.

Возведение в квадрат осуществляется с помощью диодной ячейки (сово-купность делителя напряжения и диода) с использованием параболического участка характеристики диода (начальный участок ВАХ), близкого по форме к квадратичной линии. На рис. 12 приведена диодная ячейка, в которой падение напряжения на резисторе приложено к диоду таким образом, что он будет закрытым до тех пор, пока измеряемое напряжение не превысит это падение напряжения. Для большей наглядности по теореме компенсации падение напряжения можно заменить на э.д.с., направленную встречно про-текающему по току. Начальный квадратичный участок ВАХ диода имеет мощную протяжённость и поэтому эту часть необходимо удлинять искусст- венно.

На рис. 14 показано, как формируется квадратичная характеристика при последовательном включении цепочек резисторов с диодами

В схеме рис. 13 первоначально диоды закрыты соответству-ющими э. д. с. смещения и при малом входном напряжении ток через микрометр равен . Когда входное напряжение Ux(t) > Е 1, открывается диод и параллельно резистору подключается резистор делителя напряжения

Рис. 12. Диодная ячейка:

а) – с запирающим напряжением ;

б) – с заменой на (по теореме компенсации);

в) – идеализированная ВАХ диода.

Для увеличения протяжённости квадратичного участка ВАХ диода используют несколько диодных ячеек (рис. 13)

 

Рис. 13. Схема квадратичного детектора

В результате крутизна вольтамперной характеристики на участке от до возрастает; суммарный ток через микроамперметр станет равен . При выполнении условия открывается диод и ток микроамперметра будет равен . При открывается диод и суммарный ток, протекающий через микроамперметр, будет равен . В результате форма суммарной характеристики приблизится к квадратичной кривой. Показание прибора будет пропорциональным среднему квадратическому значению входного напряжения и оно не зависит от его формы. Форма суммарной ВАХ будет тем ближе к квадратичной кривой, чем больше отрезков будет содержать ломаная линия, т.е. чем больше диодов вклю-чено в схему. Формирование ломаной линии осуществляется путём подбора параметров схемы.

Операция интегрирования (усреднение) выполняется с помощью микро-амперметра, а извлечение корня осуществляется при градуировке шкалы, кото-рая получается при этом нелинейной.

 

Date: 2015-09-24; view: 1344; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию