V praxi se musí měření napětí provádět poměrně často. Napětí se měří v radiotechnice, elektrických zařízeních a obvodech atd. Pohled střídavý proud může být pulzní nebo sinusový. Zdroje napětí jsou buď generátory proudu.

Pulzní proudové napětí má parametry amplitudy a průměrného napětí. Zdrojem takového napětí mohou být pulzní generátory. Napětí se měří ve voltech a označuje se „V“ nebo „V“. Pokud je napětí střídavé, zobrazí se symbol „ ~ ", pro konstantní napětí je uveden symbol "-". Střídavé napětí v domácí domácí síti je označeno ~220 V.

Jedná se o zařízení určená k měření a řízení charakteristik elektrické signály. Osciloskopy pracují na principu vychylování elektronového paprsku, který vytváří obraz hodnot proměnných veličin na displeji.

Měření střídavého napětí

Podle regulační dokumenty Napětí v domácí síti by se mělo rovnat 220 voltům s přesností odchylky 10%, to znamená, že napětí se může měnit v rozmezí 198-242 voltů. Pokud se osvětlení ve vašem domě ztlumilo, lampy začaly často selhávat nebo se domácí zařízení stala nestabilní, pak k identifikaci a odstranění těchto problémů musíte nejprve změřit napětí v síti.

Před měřením byste měli své stávající měřicí zařízení připravit k použití:

• Zkontrolujte neporušenost izolace ovládacích vodičů pomocí sond a hrotů.
• Nastavte přepínač na střídavé napětí s horní hranicí 250 voltů nebo vyšší.
• Vložte testovací vodiče například do zdířek měřicího přístroje. Abyste předešli chybám, je lepší se podívat na označení zásuvek na pouzdru.
• Zapněte zařízení.

Obrázek ukazuje, že na testeru je zvolen limit měření 300 voltů a na multimetru 700 voltů. Některá zařízení vyžadují, aby bylo pro měření napětí nastaveno několik různých přepínačů do požadované polohy: typ proudu, typ měření a také vložení hrotů vodičů do určitých zásuvek. Konec černého hrotu v multimetru se zasune do zdířky COM (společná zdířka), červený hrot se zasune do zdířky označené „V“. Tato zásuvka je společná pro měření jakéhokoli druhu napětí. Zásuvka označená „ma“ se používá pro měření malých proudů. Zásuvka označená „10 A“ se používá k měření značného množství proudu, který může dosáhnout 10 ampér.

Pokud změříte napětí s vodičem zasunutým do zásuvky „10 A“, zařízení selže nebo se přepálí pojistka. Při provádění měřicích prací byste proto měli být opatrní. Nejčastěji se chyby vyskytují v případech, kdy byl nejprve změřen odpor, a poté, když zapomněli přepnout do jiného režimu, začnou měřit napětí. V tomto případě uvnitř zařízení shoří odpor zodpovědný za měření odporu.

Po přípravě zařízení můžete zahájit měření. Pokud se po zapnutí multimetru na indikátoru nic nezobrazí, znamená to, že baterie umístěná uvnitř zařízení vypršela a vyžaduje výměnu. Multimetry nejčastěji obsahují „Krona“, která produkuje napětí 9 voltů. Jeho životnost je zhruba rok, záleží na výrobci. Pokud nebyl multimetr delší dobu používán, může být korunka stále vadná. Pokud je baterie dobrá, multimetr by ji měl ukázat.

Drátové sondy musí být zasunuty do zásuvky nebo se dotknout holými dráty.

Na displeji multimetru se okamžitě zobrazí síťové napětí v digitální podobě. Na číselníku se ručička vychýlí o určitý úhel. Ukazatel tester má několik odstupňovaných stupnic. Když se na ně podíváte pozorně, vše bude jasné. Každá váha je určena pro konkrétní měření: proudu, napětí nebo odporu.

Limit měření na přístroji byl nastaven na 300 voltů, takže je potřeba počítat s druhou stupnicí, která má limit 3 a naměřené hodnoty přístroje je nutné vynásobit 100. Na stupnici je hodnota dílku rovna 0,1 voltů, takže dostaneme výsledek znázorněný na obrázku, asi 235 voltů. Tento výsledek je v přijatelných mezích. Pokud se údaje měřiče během měření neustále mění, může docházet ke špatnému kontaktu v elektrickém zapojení, což může vést k jiskření a poruchám sítě.

Měření stejnosměrného napětí

Zdroje konstantního napětí jsou baterie, nízkonapěťové nebo baterie, jejichž napětí nepřesahuje 24 voltů. Dotýkat se pólů baterie proto není nebezpečné a není potřeba zvláštních bezpečnostních opatření.

Pro posouzení výkonu baterie nebo jiného zdroje je nutné změřit napětí na jeho pólech. U AA baterií jsou napájecí póly umístěny na koncích pouzdra. Kladný pól je označen „+“.

Stejnosměrný proud se měří stejným způsobem jako střídavý proud. Jediný rozdíl je v nastavení zařízení do příslušného režimu a dodržení polarity svorek.

Napětí baterie je obvykle vyznačeno na pouzdru. Výsledek měření však ještě neukazuje stav baterie, protože se měří elektromotorická síla baterie. Doba provozu zařízení, ve kterém bude baterie instalována, závisí na jeho kapacitě.

Pro přesné posouzení výkonu baterie je nutné změřit napětí s připojenou zátěží. Pro AA baterii se jako zátěž hodí běžná 1,5voltová žárovka na baterku. Pokud se při rozsvícení kontrolky mírně sníží napětí, to znamená ne více než o 15 %, je baterie vhodná k provozu. Pokud napětí klesne výrazně více, pak může taková baterie sloužit pouze v nástěnných hodinách, které spotřebují velmi málo energie.

V radioamatérské praxi se jedná o nejběžnější typ měření. Například při opravě televizoru se měří napětí v charakteristických bodech zařízení, a to na svorkách tranzistorů a mikroobvodů. Pokud ho máte po ruce Kruhový diagram a jsou na něm uvedeny režimy tranzistorů a mikroobvodů, pak pro zkušeného technika nebude těžké najít chybu.

Při vlastní montáži konstrukcí se nelze obejít bez měření napětí. Jedinými výjimkami jsou klasická schémata, o kterém píší asi toto: „Pokud je konstrukce sestavena z provozuschopných dílů, není potřeba žádné seřizování, bude fungovat okamžitě.“

Zpravidla se jedná o klasické elektronické obvody, např. . Stejný přístup lze dokonce aplikovat na audio zesilovač, pokud je sestaven na specializovaném čipu. Jako jasný příklad TDA 7294 a mnoha dalších mikroobvodů v této sérii. Ale kvalita „integrovaných“ zesilovačů je nízká a skuteční znalci staví své zesilovače na diskrétních tranzistorech a někdy na elektronkách. A tady se to bez nastavení a souvisejících měření napětí prostě neobejde.

Jak a co měřit

Zobrazeno na obrázku 1.

Obrázek 1.

Snad si někdo řekne, co se tu dá měřit? A jaký smysl má sestavení takového řetězu? Ano, pro takové schéma se asi těžko hledají praktické aplikace. A pro vzdělávací účely je to docela vhodné.

Nejprve byste měli věnovat pozornost tomu, jak je voltmetr připojen. Protože obrázek ukazuje obvod stejnosměrný proud, pak se voltmetr zapojí s dodržením polarity vyznačené na zařízení ve formě znamének plus a mínus. V zásadě platí tato poznámka pro ukazovací přístroj: pokud není dodržena polarita, šipka se vychýlí v opačném směru, k nulovému dílku stupnice. Takže to bude nějaká záporná nula.

Digitální přístroje, multimetry, jsou v tomto ohledu demokratičtější. I při zapojení s obrácenou polaritou bude napětí stále měřeno, pouze se na stupnici před výsledkem objeví znaménko mínus.

Další věc, na kterou byste si měli dát při měření napětí pozor, je měřicí rozsah přístroje. Pokud je očekávané napětí v rozsahu např. 10...200 milivoltů, pak měřítko přístroje odpovídá tomuto rozsahu 200 milivoltů a měření uvedeného napětí na stupnici 1000 voltů pravděpodobně nedá srozumitelný výsledek.

Rozsah měření by měl být zvolen i v jiných případech. Pro naměřené napětí 100 voltů je rozsah 200V a dokonce i 1000V docela vhodný. Výsledek bude stejný. Toho se to týká.

Pokud se měření provádí pomocí starého dobrého ukazovátka, pak pro měření napětí 100 V byste měli zvolit rozsah měření, když jsou hodnoty uprostřed stupnice, což umožňuje přesnější čtení.

A ještě jedno klasické doporučení pro použití voltmetru, totiž: pokud je neznámá hodnota měřeného napětí, pak by měření mělo začít nastavením voltmetru na nejvyšší rozsah. Pokud je totiž naměřené napětí 1V a rozsah 1000V, největší nebezpečí je v nesprávných odečtech z přístroje. Pokud to dopadne naopak - rozsah měření je 1V, a naměřené napětí 1000, nákupu nového zařízení se prostě nevyhnete.

Co ukáže voltmetr?

Ale možná se vraťme k obrázku 1 a pokusme se určit, co oba voltmetry ukážou. Abyste to mohli určit, budete muset. Problém lze vyřešit v několika krocích.

Nejprve vypočítejte proud v obvodu. K tomu je potřeba vydělit napětí zdroje (na obrázku se jedná o galvanickou baterii o napětí 1,5 V) odporem obvodu. Na sériové připojení odpory to bude prostě součet jejich odporů. Ve formě vzorce to vypadá asi takto: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Malá poznámka: pokud je výraz 4,5 / (100 + 150) zkopírován do schránky a poté vložen do okna kalkulačky Windows, pak po stisknutí klávesy „rovná se“ se získá výsledek výpočtu. V praxi se vyhodnocují i ​​složitější výrazy obsahující hranaté závorky, složené závorky, mocniny a funkce.

Za druhé, získejte výsledky měření jako pokles napětí na každém rezistoru:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (V),

U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (V),

Pro kontrolu správnosti výpočtů stačí sečíst obě výsledné hodnoty úbytku napětí. Množství se musí rovnat napětí baterie.

Možná někoho napadne otázka: „Co když dělič není tvořen dvěma odpory, ale třemi nebo dokonce deseti? Jak určit úbytek napětí na každém z nich? Úplně stejně jako v popisovaném případě. Nejprve musíte určit celkový odpor obvodu a vypočítat celkový proud.

Poté se tento již známý proud jednoduše vynásobí. Někdy je třeba takové výpočty provést, ale je zde také jeden problém. Abychom nezpochybnili získané výsledky, měl by být proud ve vzorcích nahrazen v ampérech a odpor v ohmech. Pak bude výsledek bezpochyby ve voltech.

Nyní jsou všichni zvyklí používat zařízení čínské výroby. To ale neznamená, že jejich kvalita je špatná. Jen u nás nikoho nenapadlo vyrábět vlastní multimetry a zřejmě zapomněli, jak se dělají testery ukazovátek. Je to jen ostuda země.

Rýže. 2. Multimetr DT838

Kdysi návody k přístrojům naznačovaly jejich Specifikace. Zejména u voltmetrů a testerů ukazatelů to byl vstupní odpor a byl indikován v kilohmech/voltech. Existovaly přístroje s odporem 10 K/V a 20 K/V. Ty byly považovány za přesnější, protože přidaly méně k naměřenému napětí a ukázaly přesnější výsledek. To lze potvrdit na obrázku 3.

Obrázek 3

Efektivní napětí U je 0,707 amplitudy napětí Um.

U = Um/√2 = 0,707 * Um, z čehož můžeme usoudit, že Um = U * √2 = 1,41 * U

Zde je vhodné uvést široce používaný příklad. Při měření střídavé napětí přístroj ukázal 220V, což znamená, že hodnota amplitudy podle vzorce bude

Um = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310 V.

Tento výpočet je pokaždé potvrzen síťové napětí usměrněno diodovým můstkem, po kterém je alespoň jeden elektrolytický kondenzátor: pokud měříte konstantní tlak na výstupu můstku zařízení ukáže přesně 310V. Toto číslo je třeba si zapamatovat, může být užitečné při vývoji a opravách spínaných zdrojů.

Tento vzorec platí pro všechna napětí, pokud mají sinusový tvar. Například za snižovacím transformátorem je 12V AC. Pak po usměrnění a vyhlazení na kondenzátoru to bude

12 * 1,41 = 16,92 téměř 17V. Ale to je v případě, že zátěž není připojena. S připojenou zátěží klesne stejnosměrné napětí na téměř 12V. V případě, že je tvar napětí jiný než sinusový, tyto vzorce nefungují, přístroje neukazují to, co se od nich očekávalo. Při těchto napětích jsou měření prováděna jinými zařízeními, například osciloskopem.

Dalším faktorem ovlivňujícím hodnoty voltmetru je frekvence. Například digitální multimetr DT838 podle své charakteristiky měří střídavé napětí ve frekvenčním rozsahu 45...450 Hz. Starý tester ukazatelů TL4 vypadá v tomto ohledu poněkud lépe.

V rozsahu napětí do 30V je jeho frekvenční rozsah 40...15000Hz (téměř celý audio rozsah, lze využít při nastavování zesilovačů), ale s rostoucím napětím povolená frekvence klesá. V rozsahu 100V je to 40...4000Hz, 300V 40...2000Hz a v rozsahu 1000V je to pouze 40...700Hz. To je nesporné vítězství nad digitálním zařízením. Tyto údaje platí také pouze pro sinusová napětí.

Ačkoli někdy nejsou vyžadovány žádné údaje o tvaru, frekvenci a amplitudě střídavých napětí. Jak například zjistit, zda místní oscilátor krátkovlnného přijímače funguje nebo ne? Proč přijímač nic "nechytí"?

Ukazuje se, že vše je velmi jednoduché, pokud používáte ukazovací zařízení. Pro měření střídavých napětí je potřeba jej zapnout na libovolnou mez a jednou sondou (!) se dotknout svorek tranzistoru lokálního oscilátoru. Pokud dojde k vysokofrekvenčním oscilacím, budou detekovány diodami uvnitř zařízení a ručička se vychýlí o nějakou část stupnice.

B. Grigorjev (SSSR)

Nejdůležitější charakteristikou střídavého napětí (proudu) je jeho střední kvadratická hodnota* (RMS). Znalost skutečné efektivní hodnoty je nezbytná při určování výkonových nebo energetických poměrů v obvodech střídavého proudu, měření šumových charakteristik zařízení a koeficientů harmonického nebo intermodulačního zkreslení a nastavování tyristorových regulátorů výkonu. Kombinace „pravý SCZ“ zde nebyla použita náhodou. Faktem je, že je obtížné měřit RMS, takže voltmetry (samostatné nebo zahrnuté v multimetrech) obvykle měří buď průměrnou usměrněnou nebo špičkovou hodnotu střídavého napětí. Pro sinusové napětí, a v praxi měření se s ním setkáváme nejčastěji, existuje jednoznačný vztah mezi těmito třemi efektivními hodnotami: špičková hodnota je 1,41krát větší než efektivní hodnota a usměrněný průměr je 1,11krát menší. Proto jsou široce používané voltmetry téměř vždy kalibrovány v RMS, bez ohledu na to, co zařízení skutečně zaznamenává. V důsledku toho při měření efektivní hodnoty střídavých napětí, jejichž tvar je znatelně odlišný od sinusového, nelze tyto voltmetry obecně použít, ale pro periodické signály jednoduchého tvaru (meandr, trojúhelník atd.) lze vypočítat korekční faktory. Tato metoda je však nepřijatelná pro nejdůležitější měření v praxi (zejména výše zmíněná). Zde může pomoci pouze ten, který registruje skutečné efektivní střídavé napětí.

K měření RMS se dlouhou dobu používaly metody založené na převodu střídavého napětí na stejnosměrné pomocí termionických zařízení. Tyto metody se stále používají v modernizované podobě. Stále rozšířenější je však měřicí zařízení, což jsou specializovaná analogová výpočetní zařízení. Podle toho či onoho matematického modelu zpracují původní signál tak, že produktem zpracování je jeho RMS. Tato cesta, i když vezmeme v úvahu úspěchy mikroelektroniky, nevyhnutelně vede ke zvýšené složitosti zařízení, což je pro radioamatérskou praxi nepřijatelné, protože měřicí zařízení se stává složitějším než zařízení, pro které je potřeba.

Pokud nepředložíte požadavek, aby RMS byla přímo indikující (a to je důležité především pro hromadná měření), pak je možné vytvořit zařízení, které je velmi jednoduché na výrobu a nastavení. Metoda měření RMS je založena na zesílení napětí na úroveň, při které začne svítit běžná žárovka. Jas žárovky (je zaznamenáván fotorezistorem) jednoznačně souvisí s efektivní hodnotou střídavého napětí, které je na ni aplikováno. Pro eliminaci nelinearity střídavého rezistorového měniče je vhodné jej používat pouze pro záznam určitého jasu žárovky, která se instaluje při kalibraci zařízení. Poté jsou měření efektivní hodnoty redukována na úpravu koeficientu přenosu předzesilovač aby žárovka svítila stanoveným jasem. Střední kvadratická hodnota měřeného napětí se odečte na stupnici proměnného rezistoru.

V kombinaci s diodami VD1 a VD2 poskytují ochranu mikroampérmetru při výrazně nevyváženém můstku. Stejný mikroampérmetr pomocí přepínače SA1 lze připojit k výstupu zesilovače pro jeho vyvážení stejnosměrným proudem.

Naměřené napětí je přivedeno na neinvertující vstup operačního zesilovače DA1. Je třeba poznamenat, že pokud vyloučíte oddělovací CI, pak lze na vstup zařízení přivést střídavé napětí s konstantní složkou. A v tomto případě budou hodnoty zařízení odpovídat skutečné efektivní hodnotě celkového (DC + AC) napětí.

Nyní o některých funkcích dotyčného voltmetru a výběru prvků pro něj. Hlavním prvkem zařízení je optočlen VL1. Samozřejmě je velmi vhodné použít hotové standardní zařízení, ale analog optočlenu lze vyrobit nezávisle. K tomu potřebujete žárovku a jednu žárovku, které jsou umístěny v krytu, který zabraňuje vystavení vnějšímu světlu. Kromě toho je žádoucí zajistit minimální přenos tepla z žárovky do fotorezistoru (to a z teploty). Nejpřísnější požadavky platí pro žárovku. Jas jeho záře při efektivním napětí kolem 1,5 V by měl být dostatečný k tomu, aby se dostal do pracovního bodu, který odpovídá vyvážení můstku. Toto omezení je způsobeno tím, že zařízení musí mít dobrý činitel výkyvu (poměr maximální přípustné hodnoty amplitudy měřeného napětí ke střední kvadratuře). Při malém špičkovém faktoru nemusí zařízení registrovat jednotlivé napěťové rázy a tím podhodnotit svou efektivní hodnotu. S hodnotami mostních prvků uvedenými ve schématu na Obr. 1, RMS napětí na optočlenu, které jej přivádí do pracovního bodu (asi 10 kOhm), bude přibližně 1,4 V. Maximální amplituda výstupního napětí (před začátkem omezení) v tomto zařízení nepřesahuje 11 V, takže jeho činitel výkyvu bude asi 18 dB. Tato hodnota je pro většinu měření celkem přijatelná, ale v případě potřeby ji lze mírně zvýšit zvýšením napájecího napětí zesilovače.

Dalším omezením žárovky je, že její proud v pracovním bodě by neměl překročit 10 mA. Jinak je vyžadován výkonnější sledovač emitoru, protože musí poskytovat špičkový proud. přibližně 10krát větší než proud spotřebovaný žárovkou v jejím provozním bodě.

Na fotorezistor domácího optočlenu nejsou žádné zvláštní požadavky, ale pokud má radioamatér na výběr, je vhodné najít kopii, která má to, co je nutné v pracovním bodě, v menším osvětlení. To umožní zařízení realizovat vyšší faktor výkyvu.

Výběr operačního zesilovače jednoznačně určuje kombinaci dvou parametrů: citlivost a šířku pásma. Amplituda (frekvenční charakteristika) operačního zesilovače K140UD8 je na Obr. 2 (je typický pro mnoho operačních zesilovačů s vnitřní korekcí). Jak je patrné z frekvenční charakteristiky, pro zajištění měření RMS napětí ve frekvenčním pásmu do 20 kHz je maximální (s horní polohou jezdce proměnného rezistoru R3 podle schématu na obr. 1) zisk v tento případ by neměl přesáhnout několik desítek. To potvrzuje normalizovaná frekvenční charakteristika zařízení, která je znázorněna na Obr. 3.

Křivky 1-3 odpovídají třem polohám jezdce proměnného odporu R3: horní, střední a dolní.

Při těchto měřeních byl zesilovač (odpovídající křivce 1) asi 150, což odpovídá limitům měření RMS 10 až 100 mV. Je vidět, že pokles frekvenční charakteristiky při frekvencích nad 10 kHz se v tomto případě stává poměrně výrazným. Ke snížení poklesu frekvenční odezvy jsou možné dvě metody. Za prvé, můžete snížit (volbou rezistorů R4 a R5) zesilovač na 15...20. Tím se sice řádově sníží citlivost zařízení (což lze snadno kompenzovat předzesilovači), ale pak ani v nejhorším případě nepůjde jeho frekvenční odezva pod křivku 3 na Obr. 3. Za druhé, může být nahrazen jiným, více širokopásmovým (např. K574UD1), který umožní realizovat vysokou citlivost zařízení se šířkou pásma zesilovače 20 kHz. Takže pro zesilovač K574UD1 s takovou šířkou pásma to může být již několik stovek.

Na zbývající prvky zařízení nejsou žádné zvláštní požadavky. Upozorňujeme pouze, že maximální přípustné provozní napětí pro tranzistory VT1 a VT2, stejně jako pro fotorezistor, musí být alespoň 30 V. U fotorezistoru to však může být méně, ale pak by mělo být na můstek aplikováno snížené napětí a odpory by měly být vybrány (v případě potřeby) R14 a R15.

Před prvním zapnutím voltmetru se jezdec rezistoru R6 nastaví do střední polohy, rezistoru R3 dolů a rezistoru R5 do krajní pravé polohy podle schématu. Přepínač SA1 se podle schématu posune do levé polohy a pomocí proměnného rezistoru R6 se nastaví ručička mikroampérmetru PA1 na nulu. Poté se posuvníky rezistorů R3 a R5 přesunou do horní a krajní levé polohy a upraví se vyvážení zesilovače. Po vrácení SA1 do původní polohy (kontrola vyvážení můstku) pokračujte ke kalibraci zařízení.

Na vstup voltmetru je přivedeno sinusové napětí generátor zvuku. Jeho střední kvadratická hodnota je řízena jakýmkoli střídavým voltmetrem, který má požadované meze měření a frekvenční rozsah. Poměr maximálního naměřeného napětí k minimu pro daný voltmetr je mírně větší než 10, proto je vhodné volit meze měření od 0,1 do 1 V (u širokopásmové verze s operačním zesilovačem KIOUD8) nebo od 10 do 100 mV (pro verzi se jmenovitými hodnotami podle obr. 1). Nastavením vstupního napětí o něco nižšího, než je spodní mez měření, například 9...9,5 mV, pomocí trim rezistor R5 dosahuje vyvážení můstku (motor R3 je v horní poloze podle schématu). Poté se posuvník rezistoru R3 přesune do spodní polohy a do té doby se vstupní napětí zvyšuje. dokud nebude obnovena rovnováha mostu. Pokud je toto napětí větší než 100 mV (u námi zvažované varianty), pak můžeme přistoupit ke kalibraci zařízení a kalibraci jeho stupnice. V případě, že napětí, při kterém je můstek vyváženo, je menší než 100 mV nebo znatelně vyšší než tato hodnota, je třeba upravit odpor R2 (příslušně jej snížit nebo zvýšit). V tomto případě se samozřejmě znovu opakuje postup nastavení mezí měření. Operace kalibrace zařízení je zřejmá: přivedením napětí do 10 ... 100 mV na jeho vstup, otáčením jezdce rezistoru R3, dosahují nulových hodnot na mikroampérmetru a vykreslují odpovídající hodnoty na stupnici.

Měření odstupu signálu od šumu magnetofonů, zesilovačů a dalších zařízení pro reprodukci zvuku se obvykle provádí pomocí váhových filtrů, které zohledňují skutečnou citlivost lidského ucha na signály různých frekvencí. Proto je vhodné doplnit odmocninový filtr o takový filtr, jehož princip je na Obr. 4. Vytváření požadované frekvenční charakteristiky se provádí třemi RC obvody - R2C2, R4C3C4 a R6C5. Amplituda tohoto filtru je zobrazena v

rýže. 5 (křivka 2). Zde je pro srovnání uvedena odpovídající standardní frekvenční odezva (norma COMECON 1359-78) (křivka 1). Ve frekvenčním rozsahu pod 250 Hz a nad 16 kHz se frekvenční charakteristika filtru mírně liší od standardního (cca o 1 dB), výslednou chybu však lze zanedbat, protože šumové složky s takovými frekvencemi jsou v poměru malé k poměru signálu k šumu zařízení pro reprodukci zvuku. Přínosem pro tyto malé odchylky od standardní frekvenční odezvy je jednoduchost filtru a možnost pomocí jednoho dvoucestného přepínače (SA1) filtr vypnout a získat lineární s koeficientem přenosu 10. Filtr má přenosový koeficient při frekvenci 1 kHz také rovný 10.

Všimněte si, že R5 se nepodílí na vytváření frekvenční odezvy filtru. Vylučuje možnost jeho samobuzení na vysoké frekvence ah kvůli fázovým posunům v obvodu zpětná vazba, způsobené kondenzátory SZ a C4. tento odpor není kritický. Při nastavování zařízení se zvyšuje až do zastavení samobuzení filtru (sledováno širokopásmovým osciloskopem nebo vysokofrekvenčním milivoltmetrem).

Po zvolení rezistoru R5 přistoupí k úpravě frekvenční charakteristiky filtru ve vysokofrekvenční oblasti. Postupným odstraňováním frekvenční charakteristiky filtru na různých pozicích rotoru ladicího kondenzátoru C4 se zjistí její poloha, při které budou při frekvencích nad 1 kHz odchylky frekvenční charakteristiky od normy minimální. V oblasti nízké frekvence(300 Hz a méně), průběh frekvenční odezvy v případě potřeby objasníme volbou kondenzátoru C5. C2 (skládající se ze dvou paralelně zapojených kondenzátorů o kapacitě 0,01 μF a 2400 pF) primárně ovlivňuje frekvenční charakteristiku při frekvencích 500...800 Hz. Posledním krokem v nastavení filtru je výběr rezistoru R2. Měl by být takový, aby koeficient propustnosti filtru při frekvenci 1 kHz byl roven 10. Poté se zkontroluje frekvenční odezva filtru a případně se vyjasní kapacita kondenzátoru C2. Když je filtr deaktivován, volba odporu R3 nastaví zesílení předzesilovače na 10.

Pokud je tento filtr zabudován do středního kvadratického filtru, pak lze C1 a R1 (viz obr. 1) eliminovat. Jejich funkce budou plnit C5 a C6, stejně jako R6 (viz obr. 4). V tomto případě je signál z rezistoru R6 přiváděn přímo na neinvertující vstup operačního zesilovače voltmetru.

Protože špičkový faktor měřeného střídavého napětí není obecně znám předem, pak, jak již bylo uvedeno, je možná chyba v měření

RMS stav způsobený omezením amplitudy signálu na výstupu zesilovače. Aby se zajistilo, že takové omezení neexistuje, je vhodné zavést do zařízení špičkové indikátory maximální přípustné amplitudy signálu: jeden pro signály s kladnou polaritou a druhý pro signály s negativní polaritou. Jako základ můžete vzít zařízení, které bylo popsáno v.

Bibliografie

1. Sukhov N. Mean square //Radio.- 1981.- No. 1.- S. 53-55 and No. 12.-S. 43-45.

2. Vladimirov F. Ukazatel maximální hladiny//Rádio.- 1983.-č.

Střídavým napětím se rozumí periodicky se měnící napětí, jeho hlavními parametry jsou perioda (nebo frekvence jako převrácená perioda), amplituda U m a okamžitou hodnotu signálu U(t).

Kromě amplitudy a okamžitých hodnot periodického signálu se často používají následující:

1. Průměr (7,1)

2. Průměrná rektifikovaná hodnota (7.2)

3. Efektivní hodnota (7.3)

Při znalosti tvaru signálu je možné vypočítat vztah mezi amplitudou, efektivní a průměrnou rektifikovanou hodnotou:

– tvarový faktor;

– faktor amplitudy.

Tabulka 7.1

Kombinované voltmetry zobrazují efektivní hodnotu měřené veličiny. Přechod z okamžité hodnoty na skutečnou hodnotu lze realizovat třemi způsoby: určením průměrné rektifikované hodnoty a jejím vynásobením tvarovým faktorem; určení hodnoty amplitudy a její dělení faktorem amplitudy; výpočet efektivní hodnoty pomocí vzorce (7.2). V souladu s tím existují tři typy vstupních detektorů pro AC měřicí přístroje: detektory rektifikované průměrné hodnoty, špičkové hodnoty a detektory efektivní hodnoty (rms).

V praxi se nejčastěji používají sinusové signály, proto se u zařízení s detektory průměrné rektifikované hodnoty a hodnoty amplitudy provádí násobení a dělení tvarovými a amplitudovými koeficienty pro sinusový signál, resp. Při měření signálů jiného než sinusového tvaru tedy dojde k metodické chybě.

2. Princip činnosti voltmetrů s detektorem
průměrná rektifikovaná hodnota

Střídavé napětí lze měřit elektromagnetickými, elektro- a ferodynamickými nebo elektrostatickými voltmetry. Ale nejpoužívanější v měřicí praxi jsou voltmetry, které mají měřicí mechanismus magnetoelektrického systému a převodník měřeného parametru střídavého napětí na stejnosměrný proud. Měřicí mechanismy magnetoelektrického systému reagují na průměrnou hodnotu proudu protékajícího rámem. Pokud tedy rámem prochází proud s nulovou průměrnou hodnotou (například sinusoida, meandr atd.), pak se pohybující systém nevychýlí. Pro měření střídavých proudů a napětí je třeba signál nejprve převést na stejnosměrný proud nebo napětí. Hlavní typy takových převodníků jsou uvedeny v.

Rýže. 7.1. Usměrňovací voltmetry

Usměrňovací voltmetry obvykle používají jedno- nebo celovlnné usměrňovací obvody (viz obr. 7.1).

Nevýhoda nejjednodušší schéma(obr. 7.1a) je nízká citlivost, vysoké reverzní napětí aplikované na diodu a navíc asymetrie zátěže pro zdroj signálu v různých půlvlnách signálu. Ve schématu na Obr. 7.1b jsou použity dvě diody, což umožňuje vyrovnání ( R=R p) půlvlnné proudy a chrání diodu D1 před průrazem. Často se používají celovlnné usměrňovací obvody (obr. 7.1c).

Ve všech těchto schématech měřící mechanismus reaguje na průměrný usměrněný proud, tzn. výchylka šipky je úměrná průměrnému usměrněnému napětí U SV měřeného signálu

.

Ve většině technických aplikací je nutné znát efektivní (efektivní) hodnotu U. Samozřejmě, pokud se měří U St U lze nalézt pomocí faktoru tvaru. Například pro sinusový signál U= 1,11× U Svatý. Pro usnadnění použití zařízení se toto násobení faktorem 1,11 provádí během kalibrace:

;

;

.

Výsledkem je, že takový voltmetr je vhodné použít při měření sinusových signálů. Pokud se tvarový faktor měřeného signálu liší od 1,11, pak nastává tzv. chyba tvaru křivky.

(7.4)

Například pro meandr ( NA f = 1,00):

,

těch. metodická chyba v důsledku odchylky tvaru křivky od sinusoidy může výrazně (několikrát) překročit chybu přístrojovou, určenou třídou přesnosti přístroje. Pokud je znám tvarový faktor měřeného signálu, lze vypočítat naměřenou efektivní hodnotu U x podle vzorce

(7.5)

Kde U n - odečet voltmetru usměrňovací soustavy.

Při měření střídavého napětí usměrňovacím voltmetrem je tedy třeba vzít v úvahu dvě metodické chyby (vzhledem k vstupnímu odporu a vzhledem k tvaru křivky) a přístrojovou chybu samotného voltmetru.

3. Princip činnosti voltmetrů s detektorem
hodnota amplitudy

Proudově napěťové charakteristiky skutečných diod mají nulovou zónu (žádný proud v propustném směru) do 0,3-0,7 V. Při měření nízkých napětí proto nelze použít usměrňovací voltmetry. Vstupní signál je nutné předzesílit, což se provádí v elektronických voltmetrech. Na Obr. Obrázek 7.2 ukazuje obvody elektronických voltmetrů s lineárními detektory na operačních zesilovačích.

a b

Rýže. 7.2. Obvody elektronických voltmetrů.

Při měření vysokofrekvenčních napětí se často používají elektronické voltmetry s amplitudovými detektory. Na Obr. 7.3 ukazuje schéma voltmetru sestávajícího z:

Měřicí mechanismus magnetoelektrického systému (MI);

DC zesilovač (DCA);

Děliče ve vstupních obvodech;

Sonda, která je amplitudovým detektorem uzavřený vchod.

Jeho výstupní signál je určen amplitudou proměnné složky vstupního signálu.

U kombinovaných voltmetrů je stupnice kalibrována tak, aby byla okamžitě určena střední kvadratická hodnota (rms).

; ; ,

Kde Do UPT– koeficient v závislosti na vlastnostech stejnosměrného zesilovače.

Rýže. 7.3. Funkční schéma voltmetru V7-15

Kalibrace kombinovaných elektronických voltmetrů se provádí pro sinusový vstupní signál

Pokud se faktor výkyvu liší od K A=1,41, pak vznikne metodická chyba:

Pokud má například vstupní signál tvar obdélníkové vlny ( K A=1,00), pak relativní metodologická chyba:

Znaménko mínus znamená, že údaj voltmetru je nižší než efektivní hodnota vstupního signálu. Pokud je znám koeficient amplitudy vstupního signálu, pak je efektivní hodnota rovna:

Kde U n - odečet elektronického voltmetru.

Pouze pokud se kalibrace váhy shoduje s typem detektoru, zobrazí přístroje parametr signálu, pro který byla kalibrace váhy provedena.

Vzhledem k velkému vstupnímu činnému odporu elektronických voltmetrů na průmyslových frekvencích (až 1 kHz) lze metodickou chybu způsobenou spotřebou energie ze vstupního signálu často zanedbat a celková chyba měření napětí má dvě složky: metodickou chybu tvar křivky a přístrojová chyba samotného elektronického voltmetru.

Charakteristickým znakem vakuových diod, často používaných v amplitudových detektorech elektronických voltmetrů (viz obr. 7.3), je absence nulové zóny a dokonce i přítomnost malého proudu procházejícího diodou při nulovém vstupním signálu. Nestabilita tohoto nulového proudu diody vyžaduje před měřením elektronickým voltmetrem dodatečnou operaci „nastavování střídavého napětí na nulu“, při které se upravuje hodnota speciálního kompenzačního signálu. Při měření střídavého napětí elektronickým voltmetrem je tedy nutné provést dvě úpravy: vyvážení UPT a kompenzaci nulového proudu vakuové diody.

Moderní elektronické a digitální voltmetry jsou obvykle sestaveny podle obvodu širokopásmový zesilovač- převodník průměrné rektifikované hodnoty - měřicí mechanismus. Navíc jako samostatný konstrukční prvek je zde amplitudový detektor s uzavřeným vstupem (sonda). Při měření vysokofrekvenčních signálů je sonda připojena na vstup voltmetru, který v tomto případě pracuje v režimu měření stejnosměrného napětí přicházejícího z výstupu sondy. Pro zachování kalibrace stupnice je sonda vybavena přepážkou ( NA=1), takže výstupní signál sondy je roven efektivní hodnotě při sinusovém měřeném napětí.

Digitální voltmetry také poskytují dvě možnosti měření střídavého napětí: pro připojení signálu na svorky se používá lineární detektor (viz obrázek 7.2) a sonda (detektor amplitudy) je připojena k zařízením pro měření vysokofrekvenčních signálů. Některé voltmetry používají kvadratické detektory, jejichž výstupní signál je úměrný efektivní hodnotě měřeného napětí a ve tvaru křivky není žádná chyba.

Pro měření střídavého napětí analogová elektromechanická zařízení (elektromagnetická, elektrodynamická, zřídka indukční), analogová elektronická zařízení (včetně usměrňovacích systémů) a digitální měřící nástroje. Pro měření lze také použít kompenzátory, osciloskopy, záznamníky a virtuální přístroje.

Při měření střídavého napětí je třeba rozlišovat mezi okamžitými, amplitudovými, průměrnými a efektivními hodnotami požadovaného napětí.

Sinusové střídavé napětí lze znázornit ve formě následujících vztahů:

Kde u(t)- okamžitá hodnota napětí, V; U m - hodnota napětí amplitudy, V; (U - průměrná hodnota napětí, V T - doba

(T = 1//) požadované sinusové napětí, s; U- efektivní hodnota napětí, V.

Okamžitou hodnotu střídavého proudu lze zobrazit na elektronickém osciloskopu nebo pomocí analogového zapisovače (kartového zapisovače).

Průměrné, amplitudové a efektivní hodnoty střídavých napětí jsou měřeny ukazatelem nebo digitálními zařízeními pro přímé vyhodnocení nebo kompenzátory střídavého napětí. Přístroje pro měření průměrných a amplitudových hodnot se používají poměrně zřídka. Většina zařízení je kalibrována na efektivní hodnoty napětí. Z těchto úvah vycházejí kvantitativní hodnoty stresu učebnice, jsou uvedeny zpravidla v efektivních hodnotách (viz výraz (23.25)).

Při měření proměnných veličin má velký význam tvar požadovaných napětí, který může být sinusový, obdélníkový, trojúhelníkový atd. V pasportech u přístrojů je vždy uvedeno, jaká napětí je přístroj určen k měření (např. k měření sinusového nebo obdélníkového napětí). V tomto případě je vždy uvedeno, který parametr střídavého napětí je měřen (hodnota amplitudy, průměrná hodnota nebo efektivní hodnota měřeného napětí). Jak již bylo uvedeno, z větší části se kalibrace zařízení používá v efektivních hodnotách požadovaných střídavých napětí. Z tohoto důvodu jsou všechna níže uvažovaná proměnná napětí uvedena v efektivních hodnotách.

Pro rozšíření mezí měření voltmetrů střídavého napětí se používají přídavné odpory, přístrojové transformátory a přídavné kapacity (s elektrostatickými systémovými zařízeními).

Použití přídavných odporů k rozšíření mezí měření již bylo diskutováno v pododdíle 23.2 ve vztahu ke stejnosměrným voltmetrům, a proto se v tomto pododdíle neuvažuje. Měřící transformátory napětí a proudu se rovněž neberou v úvahu. Informace o transformátorech jsou uvedeny v literatuře.

S více podrobné zvážení při použití přídavných kapacit pro rozšíření mezí měření elektrostatistiky voltmetrů lze použít jednu přídavnou kapacitu (obr. 23.3, Obr. A) nebo lze použít dvě další nádoby (obr. 23.3, b).

Pro obvod s jednou další kapacitou (obr. 23.3, A) naměřené napětí U rozdělené mezi kapacitu voltmetru C y a přídavná kapacita C je nepřímo úměrná hodnotám Sy a S

Vezmeme-li v úvahu, že U c = U- Uy, lze zapsat

Rýže. 23.3. Schéma pro rozšíření mezí elektrostatického měření

voltmetry:

A- okruh s jednou přídavnou kapacitou; b- okruh se dvěma přídavnými nádobami; U- naměřené střídavé napětí (efektivní hodnota); C, C, C 2 - další nádoby; Životopis- kapacita použitého elektrostatického voltmetru PROTI; vidíš- pokles napětí na přídavné kapacitě C; U v - odečet elektrostatického voltmetru

Řešení rovnice (23.27) pro u, dostaneme:

Z výrazu (23.28) vyplývá, že čím větší je naměřené napětí U Ve srovnání s maximálním přípustným napětím pro daný elektrostatický mechanismus by měla být kapacita menší S ve srovnání s kapacitou S tebou.

Je třeba poznamenat, že vzorec (23.28) platí pouze s ideální izolací kondenzátorů tvořících kondenzátory S A Životopis . Pokud dielektrikum, které izoluje desky kondenzátoru od sebe, má ztráty, vznikají další chyby. Navíc kapacita voltmetru C y závisí na naměřeném napětí u, protože od U Závisí odečty voltmetru a podle toho relativní polohy pohyblivých a pevných desek, které tvoří elektrostatický měřicí mechanismus. Poslední okolnost vede ke vzniku další dodatečné chyby.

Nejlepších výsledků se dosáhne, když se místo jedné přídavné kapacity použijí dva přídavné kondenzátory C (a C 2), tvořící dělič napětí (viz obr. 23.3, Obr. b).

Pro obvod se dvěma dodatečnými kondenzátory platí následující vztah:

Kde U a - pokles napětí na kondenzátoru C y

Vezmeme-li v úvahu, že lze zapsat

Řešení rovnice (23.30) pro u, dostaneme:

Z výrazu (23.31) můžeme usoudit, že pokud kapacita kondenzátoru C 2, ke kterému je voltmetr připojen, výrazně převyšuje kapacitu samotného voltmetru, pak je rozložení napětí prakticky nezávislé na údaji voltmetru. Navíc na C 2" C y změna izolačního odporu kondenzátorů C, a C 2 a frekvence

Tabulka 23.3

Meze a chyby měření střídavých napětí

naměřené napětí má také malý vliv na údaje přístroje. To znamená, že při použití dvou přídavných nádob se výrazně sníží dodatečné chyby ve výsledcích měření.

Limity pro měření střídavých napětí přístroji odlišné typy a nejmenší chyby těchto zařízení jsou uvedeny v tabulce. 23.3.

Jako příklady jsou v příloze 5 (tabulka A.5.1) uvedeny technické charakteristiky univerzálních voltmetrů, které umožňují měřit mimo jiné i střídavá napětí.

Na závěr je třeba poznamenat následující.

Chyby při měření proudů (stejnosměrných i střídavých) přístroji stejného typu a za stejných podmínek jsou vždy větší než chyby měření napětí (stejnosměrných i střídavých). Chyby měření střídavých proudů a napětí přístroji stejného typu a za stejných podmínek jsou vždy větší než chyby měření stejnosměrných proudů a napětí.

Více detailní informace vznesené otázky lze získat od .