Поскольку выходные напряжения детекторов должны быть одинаковыми, то при квадратичном детектировании K\Ui сч = KiUl ск или Ux а = Uoc п, причем напряжение обратной связи гармоническое, поэтому (Уос ск= toc/VS- Если измеряемое напряжение тоже-гармоническое, то Vxcy. = Uи, следовательно, Um = Ux. Измеряющий амплитуду напряжения обратной связи прибор покажет амплитудное значение Ux.

Если входное напряжение - меандр с амплитудой Uто Uxc = Cm/2. В этом случае Ui/4 - Ulc/2, откуда (Уос = Ь,„/\/2. Следовательно, прибор покажет не амплитуду входного напряжения, а меньщее в V2 значение.

Такая погрешность недопустима, н преобразователи с нелинейной обратной связью применяют только при измерениях гармонических ч близких к ним по форме сигналов.

Промышленность выпускает вольтметры, предназначенные для измерений напряжения от десятков милливольт до единиц вольт. Основная погрешность составляет 4...6 % на частотах до 30 МГц и возрастает до 15...25 % на высоких частотах до 1 ГГц.

Компенсационные преобразователи импульсных напряжений. Компенсационные преобразователи с образцовым постоянным напряжением позволяют с высокой точностью измерять как гармонические, так и импульсные напряжения. Обычно компенсирующее напряжение устанавливают в автоматическом режиме, такие приборы называют автокомпенсационными вольтметрами.

Упрощенная схема вольтметра с преобразователем компенсационного типа показана на рис. 11.8, а. Входное напряжение Ux сравнивают с компенсирующим напряжением Ик компаратором. В исходном состоянии компенсирующее напряжение Ык = 0, и импульсы входного напряжения,вызывают срабатывание компаратора. Перепады напряжения на его выходе запускают одновибра-тор G, вырабатывающий импульсы Ыр с постоянной амплитудой и длительностью (рис. 11.8,6). Под действием каждого очередного импульса генератора выходное напряжение «к интегратора, используемое как компенсирующее, увеличивается на шаг квантования. Нарастание Ык продолжается до тех пор, пока уровень срабатывания компаратора не превысит амплитуду входного сигнала и запуск генератора не прекратится. Из-за некоторого разряда емкости интегратора напряжение Ык будет постепенно понижаться, по истечение нескольких периодов входного напряжения компаратор снова сработает, и она увеличится. В установившемся колебательном режиме Ит периодически меняется в пределах шага квантования, его амплитуду измеряют вольметром.

Из-за постоянства шага квантования процесс компенсации протекает медленно. В реальных приборах предусмотрена возможность ускорения заряда и разряда накопительной емкости интегратора, что позволяет сократить время измерений.

Погрешность измерений напряжения определяется погрешностью измерения компенсирующего напряжения, шагом квантова-

>*-L(7)

П П П П П

Рис. 11.8

Рис. 11.9

НИЯ, быстродействием компаратора и непостоянством порога его срабатывания.

Выпускаемые промышленностью автокомпенсационные вольтметры позволяют измерять амплитуду импульсного напряжения от 0,1 до 25 в длительностью 2• 10"*...0,05 с с частотой следования 10 Гц...10 кГц. Основная погрешность составляет 0,4...2 % при длительности импульсов более 0,5 мкс.

Измерение амплитуды одиночных импульсов. Все рассмотренные методы преобразования переменного напряжения в постоянное основаны на многократном воздействии измеряемых импульсов на преобразователь. При измерениях амплитуды одиночных импульсов возникают определенные трудности, возрастающие с уменьшением их длительности.

Существуют два основных способа измерений амплитуды одиночных импульсов: расширение импульсов и преобразование амплитуды во временной интервал. Оба эти метода основаны на быстром заряде накопительного конденсатора до амплитуды импульса за время его действия. В расширителе импульсов измеряют напряжение на конденсаторе в начальной стадии его разряда, например быстродействующим цифровым вольтметром.

Аналого-временное преобразование заключается в разряде накопительного конденсатора постоянным током и в формировании интервала времени Тх, пропорционального амплитуде (рис. 11.9). Импульс входного напряжения через открытый диод заряжает практически до амплитудного значения Um конденсатор С. По окончании импульса конденсатор разряжается постоянным током /о, который задают генератором тока G. При переходе напряжения Uc на конденсаторе через нулевой уровень на выходе компаратора получают перепад напряжения, из которого формируют импульс «к. Интервал между срезом входного импульса и импульсом «к измеряют с цифровым измерителем временных интервалов.

Рис. 11.10

Рис. 11.11

Средневыпрямленное значение напряжения измеряют посредством двухполупериодного выпрямления измеряемого напряжения. Для этого необходим большой сигнал, при котором вольт-амперная характеристика диодов хорошо описывается с помощью линейно-ломаной аппроксимации. Наиболее распространены мостовые преобразователи и преобразователи с обратной связью.

Мостовой преобразователь. Преобразователь такого вида используется как выпрямитель в источниках питания электронных устройств. Преобразователь (рис. 11.10) состоит из мостовой схемы с четырьмя диодами. Выходное напряжение снимают с ФНЧ, подключаемого к резистору R в диагонали моста. Если сопротивления диодов в прямом направлении можно считать одинаковыми и равными /?д, то напряжение в диагонали «i=/?X X\ux \ /(2Rn-\- R), а его среднее значение Увых пропорционально средневыпрямленному. В аналоговых вольтметрах в диагональ включают магнитоэлектрический прибор, по шкале которого отсчитывают средневыпрямленное значение входного напряжения.

Погрешность измерений определяется в основном отличием реальных вольт-амперных характеристик диодов от аппроксимирующей характеристики кусочно-линейного вида, с ростом частоты начинают проявляться паразитные параметры схемы.

Такой преобразователь имеет малое входное сопротивление Rbx = 2Rji-\-R. Как правило, его не подсоединяют непосредственно к измеряемой цепи, а подключают к выходу усилительного каскада с малым входным сопротивлением.

Погрешность вольтметра с таким преобразователем может составлять на низких частотах единицы процентов, а частотный диапазон - десятки мегагерц. Мостовые преобразователи применяют в простых аналоговых вольтметрах. В совокупности с цифровыми вольтметрами постоянного напряжения такие преобразователи из-за большой погрешности использовать нецеле-