Il millivoltmetro digitale è realizzato sotto forma di un modulo che può essere utilizzato come voltmetro da pannello, misuratore di tensione o corrente in una fonte di corrente regolabile e, dopo aver creato i circuiti di ingresso, può essere utilizzato per progettare un multimetro digitale con le proprie mani. Il misuratore è costruito utilizzando un convertitore di tipo C520D a tre cifre. Il misuratore consente di effettuare misurazioni tensione costante da -99 a +999 mV con un errore non superiore allo 0,1% del valore misurato.

Riso. 1. Schema elettrico

Il convertitore determina automaticamente il segno della tensione misurata. Nel caso di utilizzo del circuito integrato 40511 come decodificatore, quando si misura una tensione positiva, il suo valore viene visualizzato senza segno sull'indicatore a sette segmenti e la lettera A viene visualizzata prima del valore negativo. personaggi B-B per tensioni positive e A-A per quelle negative. Nel dispositivo devono essere effettuate due regolazioni: tramite il potenziometro P2 si regola la tensione di instabilità del sistema di ingresso del convertitore, all'estremità Hi è collegato a “massa”, il potenziometro P1 serve per tarare il convertitore. È necessario applicare una tensione di 900 mV all'ingresso del contatore e, tramite il potenziometro P1, impostarla a 900 sull'indicatore.
Il dispositivo deve essere alimentato da una tensione stabilizzata di 5 V.

Riso. 2. Circuito stampato
A causa dell'uso di indicatori VQE23 disponibili ed economici, una parte dell'indicatore non viene utilizzata. Scheda a circuito stampato Il millivoltmetro è progettato per rendere l'installazione il più semplice possibile. La scheda indicatore deve essere saldata perpendicolarmente alla scheda principale. Quando l'ingresso Hi non è collegato, il misuratore indica una condizione di overrange.

Riso. 3. Posizione delle schede.

11. VOLTMETRO ELETTRONICO

Nei voltmetri elettronici, la tensione misurata viene convertita da dispositivi elettronici analogici in corrente continua, che viene alimentata a un meccanismo misurabile magnetoelettrico con una scala graduata in unità di tensione I voltmetri elettronici hanno un'elevata sensibilità e un'ampia gamma di tensioni misurate (da decine di nanovolt a corrente continua fino a decine di kilovolt) l'impedenza di ingresso (superiore a 1 MΩ) può funzionare in un'ampia gamma di frequenze (da corrente continua fino a frequenze dell'ordine di centinaia di megahertz). Questi vantaggi hanno portato all'uso diffuso dei voltmetri elettronici.

Molto spesso, nei voltmetri elettronici vengono utilizzati circuiti con conversione diretta del segnale (vedere § 4-5). In questo caso, i componenti elettronici analogici possono introdurre errori significativi. Ciò è particolarmente vero quando si misurano tensioni o tensioni basse alte frequenze. Pertanto, i voltmetri elettronici di solito hanno classi di precisione relativamente basse (1-6). I voltmetri a conversione di bilanciamento di solito hanno classi di precisione più elevate (0,2 - 2,5), ma sono più complessi e meno comodi da usare.

Ci sono molti diversi tipi di voltmetri attualmente disponibili. In base al loro scopo e principio di funzionamento, i voltmetri più comuni possono essere suddivisi in voltmetri CC, corrente alternata, universale, impulsivo e selettivo.

Voltmetri CC. Uno schema a blocchi semplificato di tali voltmetri è mostrato in fig. 6-1 dove VD- ingresso

Fig 6-1- Schema strutturale Voltmetro elettronico a corrente continua

divisore di tensione; UPT - Amplificatore CC; IM - meccanismo di misura magnetoelettrico. Angolo di deviazione del puntatore del meccanismo di misurazione, dove K vd , K alto - coefficienti di conversione (guadagno), rispettivamente VD e UPT,S u - sensibilità alla tensione del meccanismo di misura; k v - fattore di conversione del voltmetro elettronico; u X - tensione misurata.

La connessione seriale di un partitore di tensione e di un amplificatore è una caratteristica della costruzione di tutti i voltmetri elettronici. Tale struttura consente di rendere i voltmetri altamente sensibili e multi-limite modificando il loro coefficiente di conversione complessivo su un ampio intervallo. . Tuttavia, aumentare la sensibilità dei voltmetri CC aumentando il guadagno UPT incontra difficoltà tecniche dovute all'instabilità del lavoro UPT, caratterizzato da una variazione di k UPT e deriva "zero" (variazione spontanea del segnale di uscita) dell'amplificatore. Pertanto, in tali voltmetri, di regola, k UPT ≈ 1 e lo scopo principale UPT- fornire una grande resistenza di ingresso del voltmetro. A questo proposito, il limite superiore delle misurazioni di tali voltmetri non è inferiore a decine o unità di millivolt.

Per ridurre l'impatto dell'instabilità UPT in voltmetri, prevedono la possibilità di regolare "zero" e il fattore di conversione dell'amplificatore prima della misurazione.

Il diagramma strutturale considerato di un voltmetro CC viene utilizzato come parte dei voltmetri universali (vedi sotto), poiché con una leggera complicazione: aggiungendo un convertitore da CA a CC, diventa possibile misurare la tensione CA.

Per creare voltmetri CC (microvoltmetri) altamente sensibili, vengono utilizzati amplificatori CC, costruiti secondo lo schema M - DM (modulatore - demodulatore), mostrato in Fig. 6-2, un, dove M- modulatore; DM - demodulatore; G - generatore; In ~ - Amplificatore AC. Gli amplificatori CA non passano la componente CC del segnale e quindi non hanno la caratteristica di deriva "zero" di UPT. Sulla fig. 6-2, b mostra un diagramma temporale semplificato delle tensioni all'uscita dei singoli blocchi. Il generatore controlla il funzionamento del modulatore e demodulatore, che nel caso più semplice sono interruttori analogici, chiudendoli e aprendoli in modo sincrono ad una certa frequenza. Sul All'uscita del modulatore appare un segnale di impulso unipolare, la cui ampiezza è proporzionale alla tensione misurata. La componente variabile di questo segnale viene amplificata dall'amplificatore Y ~ e quindi rettificata dal demodulatore. L'utilizzo di un demodulatore controllato rende il voltmetro sensibile alla polarità del segnale in ingresso.

Il valore medio della tensione del segnale di uscita è proporzionale alla tensione di ingresso U СР = kU Х . Poiché un tale circuito amplificatore consente di rimuovere praticamente la deriva "zero" e ha un guadagno stabile, il coefficiente K può raggiungere valori elevati, ad esempio k = 3,33 10 5 per un microvoltmetro V2-25. Di conseguenza, per i microvoltmetri, il limite superiore delle misurazioni alla massima sensibilità può essere unità di microvolt. Pertanto, il microvoltmetro CC V2-25 ha limiti di misurazione superiori di 3, 10-300, 1000 μV con un errore di base ridotto di ± (0,5-6).%.

Voltmetri AC. Tali voltmetri sono costituiti da un convertitore di tensione da CA a CC, amplificatori di meccanismi di misurazione magnetoelettrici. Esistono due schemi a blocchi generalizzati di voltmetri AC (Fig. 6-3), che differiscono nelle loro caratteristiche.In voltmetri secondo il circuito in Fig. 6-3, un tensione misurata e X prima convertito in tensione CC, che viene quindi applicata UPT e LORO, che sono essenzialmente un voltmetro CC. Convertitore Ecceteraè un collegamento non lineare a bassa inerzia (vedi sotto), quindi i voltmetri con tale struttura possono funzionare in un'ampia gamma di frequenze

Riso. 6-2. Schema strutturale (a) e diagramma temporale dei segnali (b) di un voltmetro elettronico DC con amplificatore M - DM

Riso. 6-3. Schemi strutturali di voltmetri AC

zona (da decine di hertz a 10 "MHz). Per ridurre l'influenza delle capacità distribuite e delle induttanze del cavo di ingresso e del circuito di ingresso del dispositivo, i convertitori sono generalmente realizzati sotto forma di nodi sonda remoti. Allo stesso tempo, queste carenze UPT e le caratteristiche del funzionamento di elementi non lineari a basse tensioni non consentono di rendere tali voltmetri altamente sensibili. Tipicamente, il loro limite superiore di misurazione alla massima sensibilità è di decine - unità di millivolt.

Nei voltmetri realizzati secondo lo schema 6-3, b, a causa dell'amplificazione preliminare, è possibile aumentare la sensibilità. Tuttavia, la creazione di amplificatori CA ad alto guadagno operanti in un'ampia gamma di frequenze è un problema tecnico piuttosto difficile. Pertanto, tali voltmetri hanno un intervallo di frequenza relativamente basso (1 - 10 MHz); il limite superiore di misurazione alla massima sensibilità è di decine o centinaia di microvolt.

A seconda del tipo di convertitore da CA a CC, le deviazioni del puntatore del meccanismo di misurazione dei voltmetri possono essere proporzionali all'ampiezza (picco), ai valori medi (media rettificati) o effettivi della tensione misurata. A questo proposito, i voltmetri sono chiamati rispettivamente voltmetri di ampiezza, valore medio o effettivo. Tuttavia, indipendentemente dal tipo di convertitore, la scala dei voltmetri AC, di regola, è calibrata nei valori effettivi della tensione sinusoidale.

Voltmetri di picco hanno convertitori di valore di ampiezza (rilevatori di picco) con un aperto (Fig. 6-4, un) o chiuso (Fig. 6-5, un) ingressi, dove u BX e u OUT - tensione di ingresso e di uscita del convertitore. Se volt-

Riso. 6-4. Schema ( un) e diagrammi di temporizzazione del segnale (b e in) convertitore di valore di ampiezza (rilevatore di picco) con ingresso aperto

Riso. 6-5. Schema (a) e diagrammi temporali dei segnali (b) del convertitore di valori di ampiezza con un ingresso chiuso

metro ha la struttura di fig. 6-3, a, quindi per il convertitore u in = u x. Nei trasduttori di ampiezza con ingresso aperto, il condensatore viene caricato quasi al massimo e X max valore positivo (per una data accensione del diodo) della tensione di ingresso (vedi Fig. 6-4, b). L'ondulazione di tensione u OUT sul condensatore è spiegata dalla sua ricarica con un diodo aperto, quando u IN > u OUT, e dalla sua scarica attraverso il resistore R con un diodo chiuso, quando u VX< u ВЫХ. Как видно из рисунка, отпирание диода и подзаряд конденсатора происходит лишь в короткие промежутки вре­мени θ, определяемые постоянными времени заряда т 3 и разряда т р. Для того чтобы пульсации напряжения на выходе преобразо­вателя были незначительными, необходимо обеспечить т 3 < l/f В, т р >l/f H , dove f B , f H - i limiti superiore e inferiore della gamma di frequenza del voltmetro. In questo caso, il valore medio della tensione di uscita tu cp ≈ tu xmax e, di conseguenza, l'angolo di deviazione della lancetta del meccanismo di misura

, dove K v- fattore di conversione voltmetro.

Una caratteristica dei convertitori di ampiezza con un ingresso aperto è che passano la componente costante del segnale di ingresso (positivo per una data inclusione del diodo). Quindi, per u BX = u 0 + u m sin ωt con U 0 > U m (vedi Fig. 6-4, c), il valore medio della tensione di uscita u cp ≈ Uo+ u m . Perciò, α= K v (u 0 + u m ). Ovviamente, per te BX<0 подвижная часть LORO non devierà, poiché in questo caso il diodo D è chiuso.

Nei convertitori con un ingresso chiuso (Fig. 6-5, a, b) in regime stazionario su un resistore R indipendentemente dalla presenza di una componente costante del segnale in ingresso, c'è una pulsazione

voltaggio tu R variabile da 0 a - 2 u m, dove u m- ampiezza della componente variabile della tensione di ingresso. Il valore medio di questa tensione è quasi uguale a u m . Per ridurre l'ondulazione della tensione di uscita in tali convertitori, è installato un filtro passa basso R Ф C Ф . Pertanto, le letture del voltmetro in questo caso sono determinate solo dal valore di ampiezza della componente variabile della tensione di ingresso u X cioè. un= K v u m .

Le caratteristiche dei convertitori di ampiezza con ingressi aperti e chiusi devono essere prese in considerazione durante la misurazione con voltmetri elettronici.

Poiché la scala dei voltmetri è calibrata nei valori effettivi della tensione sinusoidale, quindi quando si misurano tensioni di forma diversa, è necessario effettuare un ricalcolo appropriato se è noto il fattore di ampiezza della tensione misurata. Il valore di ampiezza della tensione misurata di una forma non sinusoidale u m = K un . c u ECCETERA = 1,41 u ECCETERA, dove K un . c\u003d 1,41 - fattore di cresta della sinusoide; u ECCETERA- valore di tensione, letto sulla scala del dispositivo. Valore effettivo della tensione misurata , dove K un - fattore di ampiezza della tensione misurata.

Voltmetri di valore medio dispongono di convertitori AC/DC simili a quelli utilizzati negli apparecchi raddrizzatori (vedi § 5-4). Tali voltmetri hanno solitamente la struttura mostrata in Fig. 6-3, b. In questo caso, al convertitore raddrizzatore viene applicata una tensione preamplificata e X che aumenta la sensibilità dei voltmetri e riduce l'effetto di non linearità dei diodi. L'angolo di deviazione della parte mobile del meccanismo di misurazione per tali voltmetri è proporzionale al valore medio rettificato della tensione misurata, ad es.

.

La scala di tali voltmetri è calibrata anche nei valori effettivi della tensione sinusoidale. Quando si misura una tensione non sinusoidale, il valore medio di questa tensione è , e il valore effettivo è, dove U PR è la lettura del voltmetro; k F.S = 1.11 - fattore di forma sinusoidale; a f – il fattore di forma della tensione misurata. .

Voltmetri RMS avere un convertitore di tensione AC con una caratteristica di conversione statica quadratica

. Come tale convertitore, vengono utilizzati convertitori termici, dispositivi di squadratura con un'approssimazione lineare a tratti di una parabola, tubi a vuoto e altri. Inoltre, se il voltmetro del valore efficace è realizzato secondo gli schemi a blocchi riportati in

Riso. 6-6 Diagramma del valore effettivo di un voltmetro elettronico (con scala uniforme)

Riso. 6-3, quindi, indipendentemente dalla forma della curva della tensione misurata, la deviazione del puntatore del meccanismo di misura è proporzionale al quadrato del valore effettivo della tensione misurata:

.

Come puoi vedere, un tale voltmetro ha una scala quadratica. Nella Figura 6-6 è mostrato un voltmetro efficace con scala uniforme, che utilizza due convertitori a onda quadra, uno dei quali è incluso nel circuito di feedback negativo. Come tali convertitori, vengono utilizzati convertitori termici, per i quali i termo-EMF sono uguali, rispettivamente:

, dove io 1 , io 2 - correnti che attraversano riscaldatori a termocoppia; K 1 , K 2 - coefficienti dipendenti dalle proprietà dei convertitori termici. La corrente di uscita di un amplificatore CA a banda larga Y è proporzionale alla tensione misurata: I 1 \u003d k Y U X , Ecco perchè

. Con un alto guadagno UPT il suo ingresso

. Di conseguenza,

e deviazione della lancetta del meccanismo di misura

Pertanto, la deviazione dell'indicatore del meccanismo di misurazione è proporzionale al valore effettivo della tensione misurata.

A titolo di esempio, possiamo citare il millivoltmetro AC VZ-43 prodotto dall'industria con un convertitore di ampiezza, che ha limiti di misurazione superiori di 10, 30 mV - 3 V e un errore di base di ± (4-25) % nella gamma di frequenza 10 Hz-1GHz; Millvoltmetro AC VZ-41 con convertitore raddrizzatore, con pre-

Riso. 6-7. Schema (a) e diagramma temporale dei segnali (b) voltmetro di compensazione del diodo

casi 3, 10 mV - 300 V ed errore di base ± (2,5-10)% nella gamma di frequenza 20 Hz - 10 MHz; Microvoltmetro AC VZ-40 con convertitori termici in circuiti di conversione diretta e inversa, con limiti superiori di 30, 100 μV - 300 V e un errore di base di ± (2,5-10)% nell'intervallo di frequenza di 5 Hz - 5 MHz.

Oltre ai voltmetri AC considerati, attualmente disponibili volt di compensazione del diodometri.

Il principio di funzionamento di tali voltmetri è illustrato dal diagramma di Fig. 6-7, a, i cui elementi principali sono: diodo D; galvanometro magnetoelettrico ad alta sensibilità - indicatore nullo NI; divisore di tensione esemplare ODN. Sulla base della rappresentazione idealizzata della caratteristica corrente-tensione del diodo (Fig. 6-7, b) sotto forma di linea tratteggiata, possiamo supporre che in assenza di tensione applicata all'ingresso del voltmetro e X nessuna corrente scorre attraverso il diodo. Quando si collega la tensione u X = u m peccato ω t a u a < u m parte della corrente inizia a fluire attraverso il diodo, facendo deviare l'indicatore di zero. Aumentando (modulo) la tensione di compensazione U K, raggiungere l'assenza di corrente attraverso NI. Nel momento in cui la corrente NO scompare u m = u K . La lettura è presa dalla posizione della maniglia ODN. Alta sensibilità NO ed elevata precisione di installazione u K consentono di ottenere piccoli errori di misura (fino allo 0,2%). Questi voltmetri sono i più precisi tra i voltmetri elettronici esistenti, hanno un'elevata impedenza di ingresso, un'ampia gamma di frequenze (fino a 10 3 MHz). Lo svantaggio del dispositivo è la complessità del funzionamento.

I voltmetri a compensazione di diodi possono essere utilizzati per misurazioni accurate della tensione sinusoidale, nonché per la verifica e la calibrazione di voltmetri elettronici. Tra i vari tipi, ci sono voltmetri progettati per misure di tensioni sia periodiche che impulsive. Così il dispositivo è un voltmetro di compensazione V3-49, che ha limiti di misura superiori di 300 mV, 1 - 1000 V e un errore di base di ± (0,15-2,7)% per la corrente continua e ± (0,2-12)% per la corrente alternata in gamma di frequenza 20 Hz - 1 GHz.

Insieme ai voltmetri, l'industria degli strumenti produce convertitori di misura di tensione (CA e CC) e corrente (CA e CC) in un segnale CC unificato. I principi di costruzione di tali convertitori sono per molti aspetti simili ai principi di costruzione considerati dei voltmetri elettronici. Una caratteristica distintiva dei convertitori è l'assenza di un meccanismo di misura in uscita.

Voltmetri universali. Tali voltmetri sono progettati per misurare tensioni CC e CA. Lo schema a blocchi generalizzato è mostrato in fig. 6-8, dove A- interruttore. A seconda della posizione dell'interruttore A il voltmetro funziona secondo lo schema di un voltmetro a corrente alternata con un convertitore P(posizione 1) o voltmetro CC (posizione 2).

Nei voltmetri universali, detti anche combinati, è spesso possibile misurare la resistenza R X . In tali voltmetri è presente un convertitore P R, la cui tensione di uscita dipende da una resistenza sconosciuta: U out \u003d f (R X ) (vedi §6-5). Sulla base di questa dipendenza, la scala dello strumento viene calibrata in unità di resistenza. Durante la misurazione, un resistore con resistenza sconosciuta è collegato ai terminali di ingresso del convertitore e l'interruttore è impostato sulla posizione 3.

A titolo di esempio indichiamo il voltmetro universale V7-26, che ha limiti di misura superiori per la corrente continua 0,3, 1-300 V, per la corrente alternata 1,3-300 V, l'errore principale è ± 2,5% per la corrente continua e ± (4 -6) % sulla corrente alternata nella gamma di frequenza 20 Hz - 10 3 MHz. Inoltre, questo dispositivo è progettato per misurare la resistenza CC nell'intervallo 10 Ohm - 1000 MΩ con un errore di base non superiore a ±2,5%.

Voltmetri a impulsi. Per misurare l'ampiezza degli impulsi di segnali di varie forme

utilizzare voltmetri a impulsi. Caratteristiche del loro lavoro

Riso. 6-8. Schema a blocchi di un voltmetro universale.

Riso. 6-9. Schema di compensazione del convertitore di ampiezza

i voltmetri a impulsi sono determinati dalla breve durata τ degli impulsi misurati (da 10 a 100 ns) e da un ciclo di lavoro significativo θ = T/τ (fino a 10 9), dove T- periodo di ripetizione dell'impulso.

I voltmetri a impulsi sono calibrati nei valori di ampiezza degli impulsi misurati.

I voltmetri a impulsi possono essere realizzati secondo lo schema a blocchi di fig. 6-3, a, utilizzando convertitori di ampiezza con un ingresso aperto, la cui tensione di uscita deve essere uguale all'ampiezza u m impulsi misurati. L'ampio duty cycle degli impulsi e la loro breve durata impongono requisiti severi ai convertitori di valori di ampiezza. Pertanto, nei moderni voltmetri a impulsi vengono utilizzati circuiti di compensazione dei convertitori di ampiezza (Fig. 6-9). Gli impulsi di ingresso u BX caricano il condensatore C 1 . La componente variabile della tensione su questo condensatore, causata dal sottordine dei suoi impulsi misurati e dalla scarica tra gli impulsi (simile alla Fig. 6-4, c), viene amplificata dall'amplificatore AC U e rettificata utilizzando il diodo D 2 . Costante di tempo del circuito Rc 2 è scelto abbastanza grande, quindi la tensione attraverso il condensatore DA 2 cambia in modo insignificante nell'intervallo tra gli impulsi. Dall'uscita del convertitore utilizzando un resistore R 0 . c il feedback sul condensatore C 1 viene fornito con una tensione di compensazione. Con un grande guadagno dell'amplificatore, ciò porta a una significativa diminuzione della componente variabile della tensione ai capi del condensatore DA 1 di conseguenza, a regime, la tensione su questo condensatore è praticamente uguale all'ampiezza degli impulsi misurati, e la tensione di uscita è proporzionale a tale ampiezza: .

La documentazione normativa e tecnica per i voltmetri a impulsi indica l'intervallo dei valori di durata dell'impulso consentiti (o la loro frequenza) e il ciclo di lavoro al quale gli errori dei voltmetri rientrano nei valori normalizzati. Pertanto, il voltmetro a impulsi V4-9A ha limiti di misurazione superiori di 2,5, 10, 20 V e un errore di base di ± (2,5-

Riso. 6-10. Spettro U m (ω) di alcuni segnali e risposta in frequenza di un filtro vocale ideale.

4.0) % con una frequenza di ripetizione dell'impulso di 1 Hz - 300 MHz e duty cycle da 2 a 3·10 8 .

Voltmetri selettivi. Tali voltmetri sono progettati per modificare il valore effettivo della tensione in una determinata banda di frequenza o il valore effettivo delle singole componenti armoniche del segnale misurato.

Il principio di funzionamento di un voltmetro selettivo consiste nell'isolare le singole componenti armoniche di un segnale o un segnale a banda stretta utilizzando un filtro passa banda sintonizzabile e misurare il valore effettivo dei segnali selezionati. Sulla fig. 6-10, le linee verticali continue mostrano lo spettro di un segnale misurato e la linea tratteggiata mostra la risposta in frequenza idealizzata di un filtro passa-banda con un guadagno K(ω) = k = const - per

,K(ω) - per altre frequenze, dove ω P.F. è la frequenza di sintonizzazione media del filtro passa-banda e ∆ω è la larghezza di banda del filtro. La frequenza ω P.F. può essere modificata entro i limiti determinati dal dispositivo del voltmetro selettivo. Per il segnale misurato con lo spettro mostrato in Fig. 6-10, all'uscita del filtro passa banda apparirà un segnale sinusoidale con frequenza ω 2 e ampiezza kU m (ω 2). Pertanto, misurando il valore efficace del segnale di uscita del filtro passa-banda, è possibile determinare il valore efficace della componente armonica del segnale misurato alla frequenza ω 2 . Modificando la frequenza ω P.F., è possibile misurare i valori effettivi di varie componenti armoniche.

Un filtro passa-banda realizzato fisicamente non ha una risposta in frequenza rigorosamente rettangolare. Ciò può portare al fatto che le componenti armoniche vicine con un certo coefficiente passeranno attraverso un tale filtro

. Inoltre, lo spettro del segnale misurato può essere tale che diverse componenti armoniche di questo segnale passino attraverso il filtro passa-banda all'interno della larghezza di banda ∆ω. In questi casi il voltmetro selettivo misura il valore effettivo della somma delle componenti armoniche che sono passate attraverso il filtro, tenendo conto dei guadagni effettivi per ciascuna componente.

Uno schema a blocchi semplificato di un voltmetro selettivo è mostrato in fig. 6-11. Segnale misurato tu X tramite elettorale

Riso. 6-11. Schema a blocchi di un voltmetro selettivo

amplificatore di ingresso WU alimentato al mixer Centimetro, progettato per convertire lo spettro di frequenza del segnale misurato. All'uscita del mixer compare un segnale proporzionale al segnale misurato, ma con le frequenze dello spettro

, dove f Xi è la frequenza delle componenti armoniche del segnale di ingresso; f G è la frequenza del segnale del generatore sinusoidale G, detto anche oscillatore locale. Amplificatore SE HRO sintonizzato su una frequenza centrale fissa f IF . Pertanto, in uscita HRO passerà solo quella componente del segnale di uscita del mixer, la cui frequenza

. Questo segnale corrisponde alla componente armonica del segnale misurato con frequenza

. Il valore efficace di questa componente armonica è misurato da un voltmetro del valore efficace VDZ. Modificando la frequenza del generatore f G , è possibile misurare il valore effettivo delle varie componenti armoniche del segnale e X .

La funzione del filtro passa-banda in questo circuito è svolta da UPC. A causa del valore fisso (non sintonizzabile) della frequenza di sintonia HRO questo amplificatore ha un alto guadagno e una larghezza di banda stretta, che garantisce un'elevata sensibilità e selettività del voltmetro selettivo.

Un millivoltmetro AC permette, insieme ad un generatore di audiofrequenza, di controllare e regolare l'amplificatore 34, il filtro di bassa frequenza e altri dispositivi.

Il dispositivo misura tensione alternata da 3…5 mV a 5 V con frequenza da 20 Hz a 200 kHz. Il calo della caratteristica ampiezza-frequenza ai limiti di questo intervallo non supera 1 dB. Il millivoltmetro ha nove limiti di misura, forniti da due interruttori e sono 10, 20, 50, 100, 200, 500 mV; 1, 2 e 5 V. La scelta dei limiti di misura, multipli di 1, 2 e 5, consente di cavarsela con una bilancia dello strumento con 100 divisioni e semplifica la conversione del valore di tensione nel passaggio da un campo di misura all'altro.

La resistenza di ingresso di un millivoltmetro è costante su tutti i limiti di misura ed è di circa 1 MΩ. L'errore di misura di un millivoltmetro dipende dalla precisione della calibrazione. Quando si utilizza un voltmetro CA verificato come strumento di riferimento, la precisione delle misurazioni può essere del 3 ... 10%.

Il diagramma schematico del millivoltmetro è mostrato in fig. 9.10. È costituito da uno stadio di ingresso sull'amplificatore operazionale DA1.1, un voltmetro CA sulla seconda metà del doppio amplificatore operazionale DA1.2, diodi VD1-VD4 e un microamperometro RA1.

La tensione alternata misurata dal connettore XS1 viene alimentata attraverso un partitore di tensione, costituito dall'interruttore SA1 e dai resistori R1, R2 e R3, allo stadio di ingresso dell'amplificatore operazionale, DA1.1. Con questo divisore, la tensione può essere ridotta di un fattore di 10 o 100. Nella posizione dell'interruttore “x10 mV”, il divisore è formato dai resistori R1, R2, e nella posizione “x10 mV”, dai resistori R1, R3. La cascata sull'amplificatore operazionale DA1.1 è realizzata secondo lo schema di un amplificatore non invertente. I resistori R4, R5 formano un punto medio artificiale, che viene deviato dal condensatore 02 per la corrente alternata.Il resistore R6 determina l'impedenza di ingresso dello stadio.

Un altro partitore di tensione R8-R11, 03, commutato dall'interruttore SA2, è incluso nel circuito di feedback dell'amplificatore operazionale DA1.1. Questo divisore ti permette di ottenere tre guadagni

amplificatore non invertente: (posizione interruttore "10"), e

Pertanto, entrambi i divisori insieme forniscono i limiti di misurazione del millivoltmetro indicati all'inizio della descrizione. Il resistore R7 impedisce un cambiamento nelle modalità CC durante la commutazione di SA2.

Dall'uscita della cascata a DA1.1, la tensione CA amplificata viene alimentata all'ingresso di un voltmetro CA con una scala lineare sull'amplificatore operazionale DA1.2. Il voltmetro è un amplificatore non invertente coperto da feedback negativo tramite un ponte a diodi (VD1-VD4). Il microamperometro RA1 è incluso nella diagonale di questo ponte.

La profondità del feedback negativo e, di conseguenza, il guadagno dell'amplificatore dipendono dalla resistenza diretta dei diodi a ponte. Ad alte tensioni alternate, questa resistenza è piccola. In questo caso, anche la profondità del FOS risulta essere grande e il coefficiente di trasmissione è piccolo. Al diminuire della tensione, la resistenza diretta dei diodi aumenta. Ciò porta a una diminuzione della profondità del feedback che circonda l'amplificatore. Di conseguenza, il suo guadagno aumenta e viene fornita più tensione al ponte a diodi. Questi processi portano alla linearizzazione della scala dello strumento.

Inoltre, la linearità può essere migliorata dal resistore 'R13, deviando il microamperometro PA1. Questo resistore aumenta la corrente attraverso i diodi del ponte raddrizzatore, allontanando i loro punti di lavoro dalla parte iniziale, che è caratterizzata dalla maggiore non linearità delle caratteristiche. Va comunque ricordato che a circa un terzo della scala il dispositivo presenta una maggiore non linearità rispetto alla restante sezione di lavoro.

La resistenza R12 regola la sensibilità del millivoltmetro durante la calibrazione. Il condensatore C5 devia il circuito di alimentazione del millivoltmetro. Il dispositivo è alimentato da una tensione stabilizzata di 12 ... 15 V.

Il millivoltmetro è assemblato in una custodia che misura 150 X 110 X 65 mm. Se l'alloggiamento è di plastica, il suo interno è schermato con un foglio di alluminio o rame e lo schermo è collegato saldamente a un filo comune.

Il dispositivo utilizza resistori MLT, C1-4, C2-10, C2-33, resistore trimmer R12 tipo SPZ-19a. Condensatori di ossido K50-35, condensatore 01 K10-17, KM. Diodi VD1-VD4 - qualsiasi della serie D9. Interruttori SA1, SA2 - biscotto di piccole dimensioni, SA1 - tre posizioni e due direzioni, SA2 - tre posizioni e una direzione. Connettore XS1 - qualsiasi schermato, ad esempio СР-50. Microamperometro RA1 tipo M42100.

I dettagli del dispositivo, ad eccezione del connettore XS1, dei resistori divisori R1-R3, degli interruttori SA1, SA2 e del microamperometro PA1, sono montati su una scheda realizzata in lamina di fibra di vetro di 2 mm di spessore (Fig. 9.11).

La creazione di un millivoltmetro inizia con la selezione dei resistori R8-R11. Per fare ciò, l'interruttore SA1 è impostato sulla posizione "x1 mV", SA2 - sulla posizione "10" e il resistore R12 - sulla posizione superiore (secondo lo schema elettrico).

Dal generatore di audiofrequenza, all'ingresso del millivoltmetro viene applicata una tensione sinusoidale con una frequenza di 1 kHz e un'ampiezza di 10 mV (controllo da un millivoltmetro esemplare). La resistenza R12 posiziona l'indice del microamperometro esattamente sul segno di fine scala. Successivamente, l'interruttore viene spostato nella posizione "20" e, selezionando il resistore R9, posizionare la freccia dello strumento al centro della scala. Fatto ciò, l'interruttore viene nuovamente portato in posizione "10" e il resistore R12 imposta la freccia del dispositivo sul segno finale. Successivamente, l'interruttore viene portato nella posizione "50" e, selezionando la resistenza R10, posizionare la freccia sul segno corrispondente al 20% della scala. La scelta delle resistenze deve essere ripetuta più volte, ottenendo l'esatto rapporto tra i coefficienti di trasferimento (10:5:2) dell'amplificatore non invertente.

Quindi, seleziona il resistore R2 del divisore di ingresso. A tale scopo, l'interruttore SA1 viene spostato nella posizione "x10 mV". L'interruttore SA2 durante questa operazione è in posizione "10". Servito all'ingresso di un millivoltmetro da un generatore

Riso. 9.11. Il circuito stampato del millivoltmetro e il posizionamento delle parti su di esso

audio frequenza tensione sinusoidale della stessa frequenza con un'ampiezza di 100 mV. Selezionando la resistenza R2, ottengono che la freccia del misuratore PA1 sia impostata sul segno "100". Successivamente, l'interruttore viene trasferito nella posizione "x100 mV" e la tensione di ingresso viene aumentata a 1 V. Selezionando la resistenza del resistore di cortocircuito, la freccia del dispositivo viene nuovamente impostata sul segno finale del scala micrometrica.

Per aumentare la fiducia nel dispositivo, è utile prendere le caratteristiche del dispositivo nell'intera gamma di frequenza operativa prendendo le caratteristiche ampiezza-frequenza. Queste caratteristiche possono essere successivamente utilizzate come correzione per le misurazioni.