ВОЛЬТМЕТР НА ТРАНЗИСТОРНОМ УСИЛИТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электронный преобразователь может быть ламповым или полупроводниковым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический . Электронные аналоговые вольтметры позволяют производить измерения в широком диапазоне напряжений и частот.

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на

Измеряемое напряжение U_x подается на входное устройство, представляющее собой многопредельный высокоомный делитель на| резисторах. С делителя напряжение поступает на усилитель постоянного тока и далее — на измерительный механизм. Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма. Входное сопротивление электронного вольтметра составляет обычно несколько десятков мегаом. Это позволяет производить измерения в высокоомных цепях без заметного потреблении мощности от объекта измерения. Диапазон измеряемых напряжений постоянного тока — от десятков милливольт до несколъких киловольт.

Для измерения малых напряжений используют микровольтметры с преобразованием постоянного тока в перерменный. В таких приборах усиление измеряемого сигнала про изводится на переменном токе, что позволяет достичь болыпих значений коэффициента усиления и снизить порог чувствительности до нескольких микровольт. Рабочий диапазон электронных микровольтметров постоянного тока лежит в пределах 10^-8-.1 В.

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по двум структурным схемам, представленным на рис.

В первой из этих схем измеряемое переменное напряжешь сначала преобразуется в постоянное при помощи детектора, и затем усиливается усилителем постоянного тока и воздействует на измерительный механизм. Во второй схеме усиление производится на переменном токе (для этого служит усилитель переменного тока) и лишь затем предварительно усиленный сигигнал выпрямляется детектором и отклоняет стрелку измерительного механизма. Эти схемы дополняют друг друга. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. По первой схеме могут строиться вольтметры, обладающие широким частотным диапазоном (10 Гц ...1000 МГц), но обычно не способны измерять напряжения меньше нескольких десятых долей волы л детектор выпрямляет только достаточно большие напряжения Вторая схема позволяет строить чувствительные вольтметры, нижний предел измерения которых составляет всего лишь единицы микровольт. Однако эти приборы имеют меньший частотный диапазон, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать достаточно большим.

Детекторы, применяемые в электронных вольтметрах, служат для выпрямления переменного тока. Они могут быть выполнены по различным схемам и подразделяются на детекторы средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значений. Это деление показывает, какому из значений (средневыпрямленному, амплитудному или среднеквадратическому) измеряемого напряжения соответствует напряжение на выходе детектора.

По отношению к постоянной составляющей напряжения различают детекторы с открытым и закрытым входом. В первом случае постоянная составляющая наряду с переменной вносит свой вклад в результат измерения, во втором — постоянная составляющая исключается из-за наличия разделительного конденсатора на входе детектора.

Одна из возможных схем усилителя постоянного тока (в упрощенном виде) представлена на рис.

Рис. 7.3. Усилитель постоянного тока на электронных лампах

Измеряемое напряжение U_x подается на сетку триода VL1 через резистор R_ф, который вместе с конденсатором С_ф образует Фильтр, уменьшающий пульсации на сетке лампы. При короткозамкнутом входе, т. е. в отсутствие напряжения U_x, потенциалы сеток обеих ламп VL1 и VL2-, равны и установка на нуль измерительного механизма вольтметра PV может быть выполнена при помощи переменного резистора R4. Появление напряжения U_x приведет к изменению внутреннего сопротивления лампы VL1_|;из-за чего нарушится баланс схемы, потенциалы анодов не будут равны и через цепь измерительного механизма потечет ток. Направление и значение этого тока зависят от знака и значения измеряемого напряжения U_x. Таким образом, шкала измерительного механизма может быть проградуирована в вольтах постоянного тока.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

1. Внимательно изучите раздаточный материал

2. Дайте определение электронного вольтметра(чем отличается от электромеханического, достоинства, недостатки )

3. Изобразите схему электронного вольтметра постоянного тока

4. Опишите работу электронного вольтметра постоянного тока

5. Изобразите схемы электронных вольтметров переменного тока

6. Опишите работы каждого из этих вольтметров

7.Проведите сравнительный анализ вольтметров, выполненных по каждой из нихДайте определения детектора, усилителя, измерительного механизма.

8. Изобразите схемы усилителей на лампах и на транзисторах.

9. Опишите работу этих усилителей.

VT2, VT3 KT203A

ВОЛЬТМЕТР НА ТРАНЗИСТОРНОМ УСИЛИТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

К усилителю постоянного тока милливольтметра предъявляются определенные требования: он должен обладать незначительным дрейфом нуля, большим входным сопротивлением и стабильным коэффициентом усиления . Для уменьшения дрейфа нуля УПТ выполнен по балансной схеме, и в нем применены так называемые композитные транзисторы, включающие полевой транзистор VT1 (VT4) и биполярный транзистор VT2 (VT3). Использование полевых транзисторов позволило получить большое входное сопротивление УПТ, а биполярных — большую крутизну вольт-амперной характеристики композитного транзистора, что повысило чувствительность прибора. Резисторы Rll, RI8, R19 обеспечивают необходимый режим работы композитных транзисторов. Для повышения стабильности коэффициента усиления УПТ и его линейности дополнительно введены резисторы R13 и R16. Нагрузками композитных транзисторов являются резисторы R12 и R17, между которыми включен стрелочный индикатор РА1 с подстроечным резистором R15, предназначенным для калибровки усилителя. Балансируют УПТ переменным резистором R18 «Уст. “О”».При указанных на схеме номиналах резисторов стрелка индикатора отклоняется до конечного деления шкалы (100 мкА) при подаче на вход УПТ напряжения 50 мВ.

Для защиты полевого транзистора VT1 от возможных перегрузок по напряжению установлены цепочки диодов VD1, VD2 и VD3, VD4.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

1. Даите сравнительный анализ полевого и биполярного транзистора, используя конспекты по радиоэлектронике

2. Опишите работу усилителя.

3. Подготовьтесь к устному опросу по методам измерения напряжения на разных пределах этого вольтметра