Введение

Измерение напряжения в сильноточных цепях (источники сигналов боль-шой мощности) выполняют с помощью аналоговых электромеханических вольтметров различных систем. Так как источник сигналов в сильноточной це-пи работает практически в режиме источника напряжения, такие вольтметры не могут оказать заметного влияния на его режим работы, т.е. измерения выполня-ются без систематической методической погрешности.

В слаботочных цепях (радиотехнические и другие) аналоговые электро-механические вольтметры из-за низкого входного сопротивления и узкого час-тотного диапазона использоваться не могут (чрезмерные погрешности измере-ний или практическое шунтирование источника сигнала). Указанная проблема решается, если использовать электронные средства измерений (СИ).

Будем рассматривать двух представителей электронной аналоговой тех-ники:

− электронные вольтметры;

− электронно-лучевые осциллографы;

Эти СИ имеют следующие достоинства;

− высокое входное сопротивление;

− высокая чувствительность;

− широкие пределы измерений;

− широкий частотный диапазон (от 20 Гц до 1000 МГц).

1 Аналоговые электронные вольтметры

1.1 Значения периодических напряжений

Периодические напряжения можно характеризовать следующими значе-ниями:

− пиковое (амплитудное);

− среднее;

− среднеквадратическое;

Пиковое значение − наибольшее значение напряжения за время из-мерений, превышающее период сигнала. Если напряжения несимметричны от-носительно нулевого уровня, то следует рассматривать пиковые отклонения вверх и вниз , сумма которых определяет размах колебания .

Среднее значение напряжения:

,

где u(t) – мгновенное значение напряжения;

T – время, кратное целому числу периодов исследуемого напряжения.

Средневыпрямленное значение:

,

т.е. среднее значение модуля напряжения.

Среднеквадратическое значение определяется выражением :

.

1.2 Связь между значениями напряжения

Взаимосвязь между значениями напряжения описывают с помощью трёх коэффициентов:

− амплитуды

− формы

− усреднения = т.е. .

Значение коэффициентов зависит от формы напряжения. Например, для синусоидального напряжения =1,41, =1,11, а для меандра − = =1. Зная форму сигнала, измерив одно из значений напряжения можно определить параметры сигнала. Рассмотрим пример.

Пример.

Дана последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой , длительностью и периодом повторения T.

Требуется определить коэффициенты

Решение.

Определим скважность импульсов .

Из таблиц справочной литературы для заданных импульсов находим значения напряжений :

; .

Тогда запишем выражение для всех трёх коэффициентов :

Значение коэффициентов для распространённых на практике форм кривых напряжений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Форма напряжения	Коэффициенты
	амплитуды ка	формы кф
Синусоидальная	1,41	1,11
Пульсирующая (на выходе двухполупериодного выпрямителя)	1,41	1,11
Пульсирующая (на выходе однополупериодного выпрямителя)	2	1,57
Пилообразная	1,73	1,16
Треугольная	1,73	1,16
Прямоугольная с симметричными относительно оси времени полупериодами (меандр)	1,0	1,0

1.3 Структурная схема аналогового электронного вольтметра постоянного тока

Эта схема приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема электронного вольтметра постоянного тока

На схеме (рис.1) обозначено:

− УТП – усилитель постоянного тока;

− ИМ – измерительный механизм магнитоэлектрической системы.

ИМ выполняет роль индикатора, проградуированного в вольтах.

Входное устройство аналогового электронного вольтметра предназначено для выполнения следующих функций :

− выбор диапазона измерений за счёт изменения коэффициента передачи;

− обеспечение высокого входного сопротивления;

− выполнение процедуры калибровки вольтметра от встроенного калиб-ровочного генератора.

Аналогичные функции выполняет входное устройство электронного лу-чевого осциллографа.

В настоящее время эти вольтметры находят ограниченное применение, так как они по своим техническим показателям сильно уступают цифровым вольтметрам. Поэтому дальше будут рассмотрены только аналоговые электрон-ные вольтметры переменного тока, в которых как составная часть используют-ся блоки вольтметра постоянного тока.