лярностью; это удобнее потому, что лампа работает без сеточных токов при большом входном сопротивлении - порядка десятков мегом. Величина входного сопротивления определяется в основном сопротивлением резистора утечки Ri и качеством изоляции входной цепи. Возможная перегрузка измерителя (при запирании лампы) ограничивается величиной /о. Для ограничения перегрузки прибора при случайной подаче на его вход большого положительного напряжения в цепь сетки включается резистор

Рис. 18-9. Схемы электронных ламповых вольтметров постоянного тока.

Rc сопротивлением порядка нескольких мегом. Для повышения стабильности работы и улучшения линейности шкалы применена отрицательная обратная связь, напряжение которой Uk =-URk подается на сетку лампы в качестве отрицательного смещения и противодействует любым изменениям режима лампы.

Схема установки нуля измерителя представляет собой по существу мост постоянного тока (§ 18-9), в одну диагональ которого включен источник анодного питания, а в другую - измеритель. Одно из плеч этого моста содержит нелинейный элемент - лампу, внутреннее сопротивление которой изменяется при колебаниях напряжений питания и изменении внешних условий. Последнее является причиной дрейфа нуля (т.- е. установка нуля, произведенная перед началом работы, нарушается в процессе измерений).

Лучшие результаты дает применение в вольтметре балансной схемы (рнс. 18-9,6), содержащей два однотипных триода, специально подобранных по идентично-

сти их параметров. Отклонение стрелки измерителя определяется разностью анодных токов ламп. Так как изменение напряжений питания вызывает примерно одинаковое изменение анодных токов обеих ламп, то установка нуля (произведенная регулировкой анодного напряжения резистором Ro\ становится более устойчивой.

Однокаскадный вольтметр можно пост-: роить с наименьшим верхним пределом измерений порядка десятых долей вольта. Расширение предела измерений в сторону больших напряжений достигается увеличением отрицательной обратной связи, увеличением сопротивления в цепи измерителя либо применением входных делителей напряжения. Для превращения прибора в милливольтметр используют один или несколько каскадов предварительного усиления постоянного напряжения.

Простейшая схема транзисторного электронного вольтметра приведена на рис. 18-10. Ее правая часть пред-

Рис. 18-10. Схема транзисторного электронного вольтметра постоянного тока.

ставляет собой весьма чувствительный микроамперметр на основе усилителя, включенного по схеме с общим эмиттером. При коэффициенте усиления по току транзистора Р стрелка измерителя отклоняется на всю шкалу при входном токе hi IrI- Например, при Р=30 и /и=300 мка ток Л, ~ 10 мка, что позволяет получить вольтметр с относительным входным сопротивлением 100 кож/е. Подстроечный резистор служит для подгонки требуемой чувствительности прибора, а реостат Ra - для установки нуля. Расчет добавочных сопротивлений производится так же, как для магнитоэлектрических вольтметров. Недостатком прибора является пониженная точность измерений вследствие трудности подбора стабильных высокоомных резисторов и дрейфа нуля, обусловленного неустойчивостью параметров транзистора. Для повышения точности измерительную часть выполняют по симметричной балансной схеме с двумя идентичными по параметрам транзисторами, а перед измерениями производят калибровку шкалы вольтметра на одном из пределов по образцовому напряжению.

Промышленностью вьшуааются многопредельные электронные вольтметры постоянного тока В2-3 (МПТ-1) с верхними пределами измерений от 300 мкв до 1 ООО мв. имеющие входное сопротивление 2-5 Мом и основную по1-решность измерений 3-5%.

Электронные вольтметры переменного тока

Измерение вольтметрами переменных напряжений основано на использовании свойств выпрямительных схем с электронными лампами или полупроводниковыми приборами. Эквивалентная схема входа высокочастотного вольтметра (риа 18-11) состоит из входного активного сопротивления Дд, входной емкости и индуктивности проводов, соединяющих рабочую часть прибора с входными зажимами. Для уменьщения влияния вольтметра на режим исследуемых цепей стремятся к увеличению Д и уменьщению и L, что достигается выбором надлежащей схемы и конструкции входной цепи. Величина на низких частотах обычно оказывается порядка десятков мегом, уменьшаясь до нескольких мегом на частоте 1 Мгц и до сотен килоом и менее на частотах выше 10 Мгц. Особенно резко возрастают потери во входной цепи при измерениях в диапазоне УКВ.

Входное активное сопротивление вольтметра Дв можно измерить так. На вход вольтметра подают постоянное или переменное требуемой частоты напряжение и по щкале вольтметра отсчитывают его величину U\. Затем последовательно в цепь включают непроволочное сопротивление R (порядка ожидаемого значения R) и снимают новое показание вольтметра U. Входное активное сопротивление при этом определяют но формуле

Емкость и индуктивность входа Cg и образуют последовательный колебательный контур, частота которого

При измерении напряжений на частотах, близких к резонансной частоте этого контура, вольтметр дает завыщенные показмия. Максимальная рабочая частота вольтметра ограничивается значением /макс = (0,1 0,2) /в. Значения fg и /макс снижаются с увеличением длины проводов, соединяющих вход вольтметра с объектом измерений; влиянием последних можно пренебречь, если их длина не превыщает 1 % длины волны Я измеряемого напряжения. Для сокращения длины соединительных проводов во многих высокочастотных вольтметрах входная часть, выполняется в виде отдельного малогабаритного экранированного выносного узла- пробника.

В зависимости от схемы и режима работы вольтметры подразделяются на амплитудные, квадратичные и средне-выпрямленного значения, которые дают показания, пропорциональные соответственно амплитудному (максимально-

Щ) UtA, действующему U или средневып-рямленному Uo значению измеряемого напряжения. В больщинстве случаев все эти вольтметры градуируются (обычно на частоте 50 гц) в действующих значениях синусоидального напряжения. При измерении несинусоидальных напряжений следует показания вольтметров первой группы переводить в амплитудное значение t/м умножением отсчета по шкале измерителя на 1,41, а показания вольтметров третьей группы - в

средневыпрямленное значение Uo умножением отсчета на 0,45 при однополупериодной и на 0,9 при двухполупериодной схеме выпрямления.

Диодные вольтметры переменного тока. На рис. 18-12, я приведена простая схема диодного вольтметра с открытым входом. Положительные полуволны

Рис. 18-11. Эквивалентная схема входа . высокочастотного вольтметра.

пс. 8-12. Схемы диодных вольтметров. а - средневыпрямлеиного значения; б - амплитудного.

измеряемого напряжения Ux создают в цепи диода Д, импульсы тока. Если R > Ri (где Ri - внутреннее сопротивление диода), то показания измерителя будут пропорциональны средневыпрямленному значению Uo одной полуволны Ux за период. При замкнутых входных зажимах в цепи измерителя протекает небольшой начальный ток диода Дь Для его компенсации можно использовать начальный ток диода Дг, регулируемый реостатом установки нуля о. Необходимое сопротивление резистора R определяется предельным действующим значением измеряемого напряжения Un и током полного отклонения измерителя

R0,45UJI .

Недостатки вольтметра: непостоянство входного сопротивления, которое при отрицательной и положительной полуволнах ы. соответственно равно со и /?; нелинейность шкалы при низковольтных пределах измерений; ошибочные показания при измерениях Б цепи пульсирующего напряжения; ограничение рабочего диапазона частотами порядка нескольких мегагерц из-за влияния реактивных параметров резистора R. Ниж-

няя граница частотного диапазона 20- 30 гц; при меньших частотах дрожание стрелки измерителя затрудняет отсчет. При небольших значениях R и измерении малых напряжений, не превышаюидах десятых долей вольта, используется нижний криволинейный участок характеристики диода и вольтметр по схеме на рис. 18-12, а будет квадратичным, давая показания, пропорциональные действующему значению Ux-

Наибольшее применение получили а м-плитудные диодные вольтметры с закрытым входом, работающие по схеме на рис. 18-12, б. Наличие конденсатора С устраняет воздействие на вольтметр постоянных составляющих измеряемых напряжений. В течение части положительного полупериода конденсатор С быстро заряжается через диод Д1 до амплитудного значения (Ум. а в остальную часть периода, когда Ux<Uq, медленно разряжается через исследуемую цепь, резистор R и измеритель И. При /?>/?г показания измерителя пропорциональны амплитуде

положительной полуволны Ux при линейном характере шкалы. Входное сопротивление в течение большей части периода постоянно и примерно равно /?/3. Пределы измерения напряжения - от десятых долей до сотен вольт в зависимости от величины R. Верхняя граница определяется допустимой величиной обратного напряжения на лампе, которое достигает значения 21/м-

В рассмотренных схемах вместо ламповых диодов можно использовать полупроводниковые высокочастотные дио.чы; при этом отпадает надобность в питании цепи накала и компенсации начального тока. Недостатки таких вольтметров - малое входное сопротивление (вследствие конечного обратного сопротивления диодов), большая температурная погрешность, нарушение градуировки шкалы при замене диода. Поэтому высокочастотные диоды применяются лишь в схемах индикаторов напряжения.

Диодные МИЛЛИ- и микровольтметры. Для повышения чувствительности диодного вольтметра перед диодной частью включают двух-трехкаскадный широкополосный усилитель и катодный повторитель с аттенюатором (рис. 18-13). Полоса пропускания усилителя должна соответствовать диапазону частот измеряемого напряжения, причем расширение полосы пропускания приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя. Это ограничивает диапазон рабочих частот вольтметра, который обычно не выходит за пределы 20 гц - 10 Мгц.

При измерении больших напряжений перед усилителем включают резистивный с т у- пенчатый дел.итель напряжения (аттенюатор). Для повышения входного сопротивления на входе некоторых приборов устанавливают катодный повторитель, который иногда помещается в пробник. Установка нуля производится в схеме диодной части прибора. Шкала вольтметра - общая для всех пределов. В некоторых приборах имеется калибровочное устройст-

во для проверки и регулировки градуировки непосредственно перед измерениями путем подачи на вход образцового напряжения частотой 50 гц.

Рис. 18-13. Блок-схема милли- и микровольтметра.

К приборам данного типа относятся выпускаемые промышленностью многопредельные вольтметры ВЗ-2А (верхние пределы измерений от 10 же до 300 в. предельная рабочая частота 1 Мгц), ВЗ-3 и ВЗ-4 (от 10 до 1 ООО мв, 10-30 Мгц), ВЗ-5 (от 50 мкв до 1 ООО мв, 1 Мгц), ВЗ-6 (от 0,5 мв до 200 в, 1 Мгц), ВЗ-7 (от 1 мв до 300 в, 200 кгц).

Универсальные и комбинированные вольтметры строят по схеме на рис. 18-14. Основу прибора составляет усилитель постоянного тока с магнитоэлектрическим измерителем.

Ркс. 18-14. Блок-схема универсального вольтметра.

Для измерений переменных напряжений используют диодный амплитудный детектор, оформленный в виде выносного пробника. С нагрузки детектора Ri выпрямленное напряжение, пропорциональное Um, через фильтр R2C2, подводится к.усилителю постоянного тока, служащему в этом случае многопредельным электронным вольтметром постоянного тока. В некоторых вольтметрах нагрузка детектора Ri выполняется в виде делителя, напряжения из резисторов, с которого на вход однопредельного вольтметра постоянного тока можно подавать определенную долю выпрямленного напряжения; в этом случае шкала измерителя может быть общей для всех кратных пределов.

Достоинства таких вольтметров состоят в большом входном сопротивлении (Ri порядка десятков мегом) и широком диапазоне рабочих частот (при наличии пробника - до сотен мегагерц). Чувствительность вольтметров невелика вследствие невозможности детектирования без заметных искажений малых переменных напряжений.

При измерении постоянного напряжения оно подается непосредственно к усилителю постоянного тока через щуп. В экранированном щупе Помещают согласующее сопротивление, которое позволяет использовать одни и те же шкалы для отсчета переменных