Импульсные вольтметры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Импульсные вольтметры

Импульсные вольтметры предназначены для измерения величин, имеющих форму импульсов со скважностью (рис. 1).

Рис. 1

Рассмотренные выше вольтметры амплитудных значений не позволят измерить амплитуду данного сигнала, так как длительность импульса низкая, а период следования большой, и в данных вольтметрах понадобилось бы использовать емкости в сотни МОм. Для измерения амплитуды таких импульсов применяют схемы с сильной обратной связью. Рассмотрим схему с использованием интегратора.

Импульсный вольтметр с использованием интегратора

Рассмотрим упрощенную структурную схему импульсного вольтметра с использованием интегратора (рис. 2) и временные диаграммы в разных точках схемы (рис. 3).

Рис. 2

Рис. 3

На рис. 2 на компаратор подается измеряемый импульсный сигнал. Компаратор подает сигнал на одновибратор только тогда, когда напряжение на выходе интегратора не превышает напряжение входного импульса. Одновибратор выдает один прямоугольный импульс, длительность которого . Далее этот импульс интегрируется. На временных диаграммах (рис. 3) и поэтому напряжение на выходе интегратора

(1)

Таким образом, величина определяет погрешность измерений. За счет глубокой ОС эквивалентная емкость в цепи ОС увеличивается в K раз, также увеличивается и постоянная времени.

Цифровые вольтметры переменного напряжения

Рис. 4

Переменного напряжения можно измерить рассмотренным выше цифровым вольтметром переменного напряжения, предварительно преобразовав его в постоянное. Цифровые вольтметры постоянного напряжения были рассмотрены нами выше. Упрощенная структурная схема такого измерителя изображена на рис. 4.

Рис. 5

Основная погрешность данного цифрового вольтметра будет определяться аналоговой частью и составлять (0,2 - 0,5)%.

Вторым способом измерения переменного напряжения является непосредственное преобразование измеряемого переменного напряжения в цифровой код. Рассмотрим упрощенную структурную схему такого цифрового вольтметра (рис. 5).

Коэффициент передачи масштабирующего устройства изменяется автоматически в зависимости от величины входного сигнала. Он работает по принципу устройства автоматического определения предела, рассмотренного в 12 лекции. АЦП производит аналого-цифровое преобразование. Ясно, что быстродействие данного вольтметра будет определяться быстродействием АЦП, тогда время преобразования АЦП:

вольтметр осциллограф напряжение интегратор

(2)

Период дискретизации также определяется быстродействием АЦП. Контроллер содержит микропроцессор, который позволяет найти и действующее значение напряжения, и амплитудное, и средневыпрямленное. Микропроцессор вычисляет значения этих напряжений и передает их на цифро-отсчетное устройство. ЦАП по сигналу контроллера может вырабатывать переменное напряжение с известными параметрами, которое применяется для калибровки вольтметра. Процесс калибровки может происходить и автоматически. По приведенному принципу измерения строятся мультиметры, которые позволяют измерять разные параметры сигнала и цепи (,,,).

Частотный диапазон прибора определяется временем преобразования АЦП. Сейчас существуют АЦП, которые измеряют переменное напряжение с частотой до 100 МГц.

Электронные осциллографы

Универсальный осциллограф

Осциллографы предназначены для непосредственного наблюдения формы изучаемого сигнала, например, на экране лучевой трубки. Упрощенная структурная схема универсального осциллографа изображена на рис. 6.

Рис. 6

На рис. -- это чувствительность пластины, отклоняющей поток электронов в вертикальном направлении

, (3)

где -- величина отклонения по OY. Синхронизирующее устройство может работать в режимах внутренней (переключатель П2 в положении 1) и внешней (П2 в положении 2) синхронизации ГЛИН. Конденсатор С при закрытом входе (переключатель П1 в положении 2) необходим для задержки постоянной составляющей входного сигнала. Исследуемый сигнал, после прохождения входного устройства и усилителя, подается на вход Y электронной лучевой трубки. Пластина Y отклоняет луч по вертикали, Х -- по горизонтали. К вертикально отклоняющему каналу предъявляются 4 основных правила:

высокое входное сопротивление;

высокая линейность;

высокая чувствительность;

широкая полоса рабочих частот (в диапазоне от 0 до 250 МГц).

Отклонение по оси Y будет определяться произведением

,(4)

(5)

Выражение (5) -- это общая чувствительность, выражаемая в [мм/мВ]. При работе с осциллографом значение вертикального отклонения известно, и нам необходимо определить напряжение входного сигнала. Оно пропорционально коэффициенту отклонения по вертикали, т. е. масштабу осциллографа по вертикали

, (6)

Коэффициент отклонения -- величина обратная общей чувствительности осциллографа. Этот коэффициент определяется при помощи калибратора -- генератора прямоугольных импульсов с известной амплитудой и периодом. Настраивая соответствующие коэффициенты отклонения ( и ) можно добиться необходимой ширины и высоты осциллограммы. Из (6) понятно, что коэффициент будет определяться выражением

(7)

Умножение на 2 в выражении (7) сделано для удобства.

Для осуществления горизонтальной развертки на канал горизонтального отклонения (канал X) подается ЛИН с известной постоянной скоростью изменения. К каналу X предъявляются следующие требования:

Рис. 7

Высокая линейность прямого хода ЛИН. Нелинейность ЛИН характеризуется коэффициентом нелинейности

(8)

Обычно коэффициент нелинейности

Время прямого хода (см. рис. 7)

Период развертки осциллограммы должен быть кратен периоду исследуемого сигнала . Если условие кратности нарушится, т. е. число не будет целым, то осциллограмма будет непрерывно сдвигаться.

Для точного выполнения этого условия и необходима синхронизация ГЛИН (рис. 8). Линейно изменяющееся напряжение формируется при зарядке конденсатора стабилизированным током, когда значение напряжения на конденсаторе достигнет определенного значения ключ открывается и емкость разряжается, затем ключ снова закрывается и происходит формирование следующего импульса ЛИН. На рис. 8 синхроимпульсы как бы “подталкивают” конденсатор к преждевременному разряду. Отрицательное напряжение подается на модулятор ЭЛТ. При этом сетка модулятора заряжается отрицательно и затрудняет прохождение электронов, что соответственно приводит к уменьшению яркости точки на экране.

Рис. 8

Это делается для того, чтобы при разряде конденсатора в ГЛИН, при обратном ходе, происходило отключение луча в ЭЛТ. Если бы этого не происходило, то осциллограмма при обратном ходе перечеркивалась бы, возвращающимся лучом.

Рис. 9

В случае импульсных сигналов непрерывная развертка не подходит, так как скважность импульсных сигналов может быть очень большой (рис. 9). В этом случае используют ждущий режим, при котором для развертки используется сам исследуемый сигнал. Но при этом фронт импульса может не успеть запустить развертку. Поэтому необходимо использовать линию задержки (рис. 9а 4). На рис 9б изображены виды осциллограммы при различных входных сигналах и ЛИН.

Размещено на Allbest.ru