Основные узлы аналоговых электронных вольтметров

Рисунок 5.5 – Схемы преобразователей пикового значения

В преобразователях пикового значения показания α микроамперметра про­порциональны пиковому значению изме­ряемого напряжения , т. е. . На рис. 5.5, а, б приводятся схемы пре­образователей пикового значения соот­ветственно с открытым и закрытым вхо­дами.

В преобразователе пикового значения с открытым входом диод Д включен по­следовательно с высокоомным резисто­ром R и непосредственно связан с объ­ектом измерения. Параметры преобразователя подобраны таким образом , чтобы при первой положительной полуволне измеряемого напряже­ния  большим импульсом тока  через открытый диод Д с сопротивлением  осуществлялся быстрый заряд конден­сатора  до некоторого значения напряжения  (рис. 5.6) и мед­ленный разряд на резистор  с момента, когда  и при отрицательной полуволне напряжения . Постоянные времени заряда  и разря­да  связаны условием  (сопротивление  микроамперметра не учиты­вается из-за малого значе­ния).

При второй положитель­ной полуволне  конденсатор  вновь подзаря­дится до напряжения .При значении постоян­ной разряда, много большем периода  измеряемого напряжения, примерно через  конденсатор зарядится до амплитудного значения измеряемого напряжения , т. е. . Показа­ния магнитоэлектрического микроамперметра определяются сред­ним разрядным током , пропорциональ­ным амплитудному значению изме­ряемого напряжения.

Рисунок 5.6 – Временные диаграммы напряжения, поясняющие работу пикового преобразователя с открытым входом

Большое практическое приме­нение имеет преобразователь пико­вого значения с закрытым входом (рис. 5.5 б), в котором диод Д включен параллельно высокоомному резистору  (такая схема используется в универсальных аналоговых электронных вольтметрах). При положительной полуволне измеряемого напряжения  конденсатор  заряжается через диод Д сопротив­лением  приблизительно до амплитудного значения , а при отрицательной полуволне измеряемого напряжения диод Д будет заперт, поэтому заряженный конденсатор разряжается на резистор , но так как постоянная времени разряда  конденсатора велика по сравнению с периодом  измеряемого напряжения, то конден­сатор  не успевает разрядиться за период и напряжение на нем остается примерно равным .

Рисунок 5.7 – Временные диаграммы напряжений, поясняющие
работу пикового преобразователя с закрытым входом

К резистору  приложено напряжение, равное разности измеряемого напряжения  и напряжения на конденсаторе
, т. е. .

Напряжение  на резисторе  повторяет форму измеряе­мого напряжения , но смещено на амплитудное значение (рис. 47), т. е. пульсирует от . Микроамперметр, вклю­ченный в цепь , реагирует на среднее значение тока в цепи . Так как напряжение  пульсирует от , то, чтобы уменьшить пульсации тока через прибор, в реальных схе­мах аналоговых электронных вольтметров напряжение  по­дается на вход усилителя постоянного тока через сглаживающий фильтр низ­кой частоты, а микроампер­метр уже включается на выходе УПТ (рис. 5.8).

      Рисунок 5.8 – Реальная схема пикового преобразователя

     с закрытым входом

Если измеряемое напря­жение , поданное на преобразователь пикового значения с закрытым вхо­дом, содержит кроме пере­менной еще и постоянную составляющую, т. е. , то при действии напряжения  конденсатор заря­дится до значения , напряжение на резисторе  будет .

Постоянные составляющие измеряемого напряжения и напряжения на конденсаторе  друг друга взаимно компенсируют на резисторе . Таким образом, микроамперметр в преобразователе пикового значения c закрытым входом реагирует только на переменную составляющую напряжения .

Рисунок 5.9 – Схема линейного

преобразователя

В преобразователях средневыпрямленного значения (рис. 5.9) показания α мик­роамперметра пропорциональны средневыпрямленному значению  измеряемого напряжения , т. е.  Пре­образователи выполняются на полупровод­никовых диодах, работающих в цепях одно- и двухполупериодного выпрямления. Работа диодов осуществляет­ся на линейном участке вольтамперной характеристики.

Наиболее распространенные схемы - мостовые. Они работают следующим образом. Ток через микроамперметр протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения (в положительный полупериод по цепи , а в отрицательный полупериод - по цепи ). При использовании линейного участка характеристики диода и при от­крытом входе показания микроамперметра пропорциональны средневыпрямленному значению измеряемого напряжения. Если же вход преобразователя закрытый, то показания микроамперметр пропорциональны только средневыпрямленному значению перемен­ной составляющей измеряемого напряжения.

В преобразователях среднеквадратичного значения, (рис. 5.10, а)показания α пропорциональны квадрату средне­квадратичного значения измеряемого напряжения , т. е. . Преобразователи выполняются на элементах с квадратич­ной вольтамперной характеристикой, при этом ток через микроам­перметр пропорционален квадрату среднеквадратичного значения измеряемого напряжения, поданного на вход преобразователя, т. е. .

При  ток .

Поскольку выходной прибор - магнитоэлектрический микроам­перметр, он будет реагировать на среднее значение тока .

Аналогичное доказательство можно выполнить для измеряемого напряжения любой формы: , где  - номер гармоники; соответственно максимальное и среднеквадратичное значения измеряемого напряжения.

Рисунок 5.10 – Схема квадратичного преобразователя (а) и диаграмма напряжений (б)