и RuRi, где /?,,= I/S - внутреннее сопротивление детектора. Тогда заряд конденсатора напряжением Ux через открытый диод с постоянной времени Тз = (/?, + 7?д)С будет происходить значительно быстрее разряда через резистор Rn с постоянной времени Tp = (Ri-\-R«)C. Поскольку R,<.Rh, то можно считать Тр = /?нС

В установившемся режиме напряжение Uc на конденсаторе почти равно амплитуде Um входного сигнала (рис. 11.4, в). Напряжение на нагрузке u = Ux - Uc представляет собой синусоиду, смещенную в область отрицательных напряжений на «с . Среднее значение (/вых выходного напряжения, выделяемое ФНЧ РфСф, практически равно амплитуде измеряемого напряжения.

Можно показать, что при выполнении условия Рн/(Р, + ?д)> > 100 коэффициент передачи детектора

K = -jj-=cos-y---= 1 2,22(--j , (11.3)

а входное сопротивление детектора Rbx = Rh/3- Таким образом, увеличение сопротивления нагрузки благоприятно проявляется на свойствах детектора: растет его входное сопротивление и приближается к единице коэффициент передачи. На практике обычно сопротивление нагрузки с учетом шунтирующего действия входного сопротивления, следующего за детектором УПТ, составляет десятки мегом.

Пример 11.2. Определим коэффициент передачи и входное сопротивление детектора с закрытым входом, если /?в=10 МОм, /?,--/?д=1 кОм. В этом случае Rh/(Ri-\-Rr)=10, и можно воспользоваться формулой (11.3), откуда /Сд = 0,99. Входное сопротивление /?»х = 3,3 МОм.

Особенности работы детектора. Соотношение (11.3) получено в предположении, что емкость С настолько велика, что напряжение Uc постоянно, в действительности емкость ограничена, и приходится учитывать изменения напряжения за период измеряемого напряжения. Пусть конденсатор успевает зарядиться до амплитудного значения Um- Если Uc мало изменяется в процессе разряда, то ток разряда можно описать приближенным соотношением h = \Um-Uxit)]/\Ri + R„\{Um-Ux{t)]/R. (рис. 11.5). При малых изменениях Uc продолжительность разряда tpxT н теряемый за период заряд

q = [Um- Ux it)] dt = T-\ Ux (t) dt.

" 0 " " 0

Здесь при интегрировании за период второе слагаемое обращается в нуль, поэтому напряжение на конденсаторе уменьшится на

Рис. 11.6

Рис. 11.5

Лыс = UniT/R„C. Среднее значение напряжения на конденсаторе Uccp =Um{\-Т/2тр) также уменьшится, что приведет к уменьшению выходного напряжения. Относительная погрешность 6р = = {Uccp-иni)/Uт=Т/2тр из-за частичного разряда конденсатора возрастает с уменьшением рабочей частоты и определяет нижнюю граничную частоту детектора. Например, для обеспечения погрешности 6р=1 % на частотах /> 20 Гц при R„ = 25 МОм необходима емкость 0,1 мкФ.

Пиковые детекторы обычно являются первыми каскадами вольтметров, определяющими частотный диапазон прибора. Частотные свойства детекторов зависят прежде всего от паразитных параметров схемы: емкости €„ диода и монтажа, индуктивности Ln соединительных проводников и диода, а также потерями (рис. 11.6). с ростом частоты возрастает сопротивление Ri, учитывающее потери монтажа и выводов диода с учетом поверхностного эффекта и вихревых токов, и уменьшается сопротивление Ri, учитывающее сопротивление диода и диэлектрические потери.

Паразитные параметры уменьшают конструктивными способами: детектор монтируют в специальном пробнике, подключаемом непосредственно к исследуемой цепи. В паспортных данных прибора нормируют усредненное по множеству приборов максимально допускаемое значение входного сопротивления на нескольких частотах и приводят графики поправок, учитывающих АЧХ пробника. Активное сопротивление пробника может уменьшаться с единиц мегом на низких частотах до десятков килоом на частотах 100 МГц. Поправка может составлять 10...15% на частоте 1 ГГц.

Преобразователь с нелинейной обратной связью. Измеряемое гармоническое напряжение Ых= (/xcosco (рис. 11.7) подводят к детектору сигнала UR\, выходное напряжение которого Un\ = = f{Ux) находится в некоторой функциональной зависимости от входного, в частности, при малых напряжениях эта зависимость близка к квадратичной, а при больших - к линейной. К аналогичному по конструкции детектору обратной связи UR2 подведено гармоническое напряжение обратной связи Ыос= (/occoscor с частотой порядка сотен килогерц. Оба детектора предварительно отбирают по одинаковым вольт-амперным характеристикам

Рис. 11.7

и для создания одинакового температурного режима помещают в выносной пробник. Поэтому можно считать, что выходное напряжение детектора обратной связи Vя.ч = Кос)

Разностное напряжение - IJ2 после усиления вычитающим УПТ подают в качестве модулирующего на генератор G. Генератор имеет линейную модуляционную характеристику, проходящую через начало координат. Выходное напряжение поступает на аттенюатор обратной связи с коэффициентом передачи /(ат и затем на вход детектора обратной связи.

Работа преобразователя на рис. 11.7 описывается соотношением [/((7;) -ЯКатЬвых)Ж= (Увых, где /( - коэффициент передачи цепи, состоящей из УПТ и генератора.

При большом коэффициенте усиления К можно принять f{Ux) = = ЯКат(/вых) и поэтому независимо от вида функции f{U) получим

f/вых = Ux/Кат-

Измеряемое напряжение оценивают по показанию вольтметра постоянного напряжения V, подключенного к выходу детектора UR3, работающего при большом напряжении (/вых в линейном режиме. Шкала вольтметра линейна независимо от входного напряжения. Диапазон измеряемых напряжений устанавливают изменением коэффициента передачи аттенюатора.

Погрешность измерений гармонического напряжения определяется неидентичностью вольт-амперных характеристик диодов. Поскольку частота сигнала обратной связи постоянна, то на высоких частотах проявляются частотные погрешности преобразователей.

Рассмотренное устройство можно считать преобразователем пикового значения только для больших сигналов. Если сигнал мал, то режим детектирования приближается к квадратичному и появляется дополнительная погрешность, сильно зависящая от формы входного сигнала.

Пример II.3. Рассмотрим погрешность, возникающую при измерениях меандра с малой амплитудой. Детекторы будем считать квадратичными, их выходные напряжения (Уд =/Сi/«к; Un2 = Ki(Jlcn пропорциональны квадратам средне-квадратических значений и Uoc п измеряемого напряжения и напряжения обратной связи, а К] - постоянный коэффициент.