Выпрямители (детекторы)

Электронные вольтметры переменного напряжения

 

n Электронные вольтметры переменного напряжения строятся по одной из двух структурных схем, приведенных на рис. 3.20.

n Измеряемое переменное напряжение U~ поступает на вход вольтметра. Входная цепь ВЦ прибора может содержать делители напряжения,переключатели,

вспомогательные преобразователи, фильтры и др.

n Усилитель необходим для усиления сигналов до необходимого уровня. детектор и в той, и в другой схеме служит для выпрямления переменного входного (или усиленного) сигнала; ИП — выходной измерительный прибор (чаще всего магнитоэлектрической системы), шкала которого градуируется в требуемых значениях.

n Схемы различаются последовательностью чередования основных этапов преобразования исследуемого сигнала.

n В первом случае (см. рис. 3.20, а) входное периодическое напряжение U~ сначала усиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем выпрямляется детектором.

n Приборы, построенные по этой схеме (усилитель — детектор — прибор), обладают более высокой чувствительностью (порог чувствительности — доли микровольта), но имеют заметно меньший диапазон частот измеряемых напряжений (примерно 20 МГц).

n В приборах, построенных по схеме рис. 3.20, 6 (детектор—усилитель — прибор), входной сигнал сначала выпрямляется детектором, а затем усиливается усилителем постоянного напряжения.

n Такие вольтметры, напротив, обладают более широким диапазоном частот (от 20 Гц до 500 МГц), но имеют существенно меньшую (худшую) чувствительность (порог чувствительности от 0,5 В).

n Одним из основных элементов электронного вольтметра переменного напряжения является выпрямитель (детектор) — преобразователь переменного напряжения в постоянное.

n Особенности детектора определяют функциональные возможности и характеристики вольтметра.

В зависимости от назначения вольтметра используются различные схемы детекторов:

n • амплитудного значения;

n • среднего выпрямленного значения;

n • среднего квадратического (действующего) значения.

n Детекторы амплитудного значения (или амплитудные детекторы — АД) делятся на АД с так называемым открытым входом (АДОВ)

n и АД с закрытым входом (АДЗВ). Амплитудные детекторы иногда называются пиковыми детекторами.

n При рассмотрении работы обоих вариантов детекторов будем полагать, что выходное сопротивление предыдущего каскада (ВЦ или усилителя — в зависимости от структуры вольтметра) пренебрежимо мало и не определяет значения постоянных времени заряда τ3 и разряда τР, конденсатора С.

n На рис. 3.21, а приведена упрощенная схема АДОВ, на рис. 3.2 1, 6— временная диаграмма изменения входного u(t) и выходного uВЫХ(t) напряжений такого детектора.

n Простейшая схема АДОВ содержит полупроводниковый диод VD, конденсатор С и нагрузочный резистор R.

 

n При поступлении положительной полуволны входного напряжения u(t) на верхний входной зажим (точнее, при положительной разнице потенциалов между верхним и нижним входными зажимами) диод VD открывается (при этом его сопротивление становится малым — r0), и через конденсатор С течет ток, заряжающий его.

n При отрицательном значения входного напряжения u(t) и напряжения на конденсаторе диод VD закрывается (при этом его сопротивление становится большим), и конденсатор С разряжается на обладающий большим сопротивлением резистор R. Поскольку постоянная времени заряда τ3 конденсатора С гораздо меньше постоянной времени разряда τр:

n 3 = C· r0 ) « (τр = С·R),

n то напряжение на конденсаторе непрерывно растет, и через несколько периодов входного сигнала напряжение на выходе детектораuДЕТ(t)становится практически равнымамплитудному значению Umах входного напряжения u(t).