сообразно. Погрешность уменьшают введением отрицательной обратной связи.

Преобразователь с обратной связью. Преобразователь представляет собой усилитель переменного напряжения, охваченный отрицательной обратной связью с помощью мостовой схемы, состоящей из диодов VD1, VD2 и резисторов R] - R3 (рис. П.11). Диоды подбирают так, чтобы их прямые сопротивления Ra. были одинаковы, одинаковыми должны быть резисторы Ri, R2. Положительная и отрицательная полуволны выходного напряжения усилителя с амплитудой Um создают токи ii и 12 (рис. 11.11) с одинаковыми амплитудами /т, а на резисторе R3 будет выделено гармоническое напряжение обратной связи.

Пусть измеряется гармоническое напряжение с амплитудой Uxm- Тогда амплитуды тока и напряжения на выходе усилителя с коэффициентом усиления К

Um = К{ Uxm - ImRz), U = Um/{R, + R2+Ri) ,

откуда

Im = KUxm/ii 1 + K)R3 +R2+ RA

Напряжение «i, вызванное токами ii и i2, будет несимметричным (рис. 11.11, б). Его среднее значение (/вых, выделяемое с помощью ФНЧ,

1 г / KU,„R.

(/вых = /?2 + Ri) - Im R3\ = TiqryT+Tqr-

Коэффициент передачи преобразователя

Ux„, л[(1+/f)/?3 + /?, + /?J • -l

Учитывая, что коэффициент усиления К> 10...10", можно считать R2/nR3. Следовательно, на погрешности измерений практически не влияет непостоянство сопротивлений диодов. Относительная погрешность коэффициента передачи 6д =6/?, -6r, определяется только сопротивлениями резисторов R2 и R3, которые для повышения стабильности выполняют проволочными.

Кроме рассмотренных источников, на погрешность преобразования влияют ограниченная полоса пропускания усилителя, нелинейность его амплитудной характеристики и утечки в конденсаторах ФНЧ. Общая погрешность может составлять 0,5...0,01 % на частотах от десятков герц до десятков килогерц. При повышении частоты до сотен килогерц появляется значительная частотная погрешность.

Среднеквадратическое значение напряжения удобно для непосредственной характеристики мощности детерминированных сигналов и дисперсии случайных процессов. Для его измерения необходимо возвести в квадрат мгновенные значения напряжения, определить среднее значение, а затем извлечь из него квадратный корень.

Методы измерений среднеквадратического значения. Существующие методы измерений можно разделить на две группы. Первая основана на промежуточном преобразовании энергии измеряемого сигнала в тепло. Наиболее употребительный из тепловых методов - термоэлектрический с использованием специальных термопар. Существуют преобразователи, основанные на измерении тока транзистора или тер.морезистора, подогреваемых помещенными возле них нагревательными элементами. Возможно использование термоэмиссионных преобразователей, в которых исследуемый сигнал подогревает катод вакуумного диода, а о среднеквад-ратическом значении напряжения судят по току диода. Тепловые преобразователи имеют значительную тепловую инерционность и совмещают операции возведения в квадрат и усреднения.

Вторая группа методов основана на использовании малоинерционных нелинейных элементов, с помощью которых определяют квадрат напряжения. В простейшем случае таким элементом может быть диодный детектор в режиме квадратичного детектирования. Такой метод применяют при измерениях мощности на СВЧ.

Квадратичное преобразование можно реализовать, сочетая несколько нелинейных преобразований сигнала. Такие устройства выпускают в виде аналоговых микросхем.

Наконец, среднеквадратическое значение сигнала можно измерить цифровыми методами. Для этого сигнал дискретизируют, измеряют его период, а затем в цифровой форме проводят необходимые вычисления. Для получения высокой точности преобразования интервала число дискретных отсчетов на периоде измеряемого напряжения должно составлять порядка 10*, поэтому при ограниченном быстродействии АЦП частоты сигнала составляют до килогерца. Цифровой метод реализуют в универсальных измерителях параметров сигналов, построенных на основе микроЭВМ.

Иногда цифровые методы сочетают с аналоговыми, например, возведение в квадрат и усреднение производят аналоговыми методами, а извлечение квадратного корня - цифровыми с помощью встроенной микропроцессорной системы. В таких приборах широкая полоса сочетается с высокой точностью преобразований.

Преобразователи с термоэлементами. Такой преобразователь представляет собой сочетание термопары и подогревателя 5, к ко-

торому подводят исследуемое напряжение (рис. 11.12). Термопара образована двумя термоэлектродами 2 и 5 из разнородных металлов. Перенос тепла от подогревателя к горячему спаю 4 осуществляется с помощью керамического шарика /. ТермоЭДС Ет снимают с холодных спаев 6.

Из-за значительной тепловой инерционности подогревателя можно считать, что его температура в установившемся режиме практически не меняется за период изменения мгновенной мощности. В этом случае тепловое состояние горячего спая термопары можно описать соотношением

Р=\ ul{t)dt = - = {T§-n)Rr,

где Р - средняя мощность; Гг" и Г? - температуры горячего и холодного спаев термопары; Ят - тепловое сопротивление; - сопротивление подогревателя.

Под влиянием разности температур между спаями возникает термоЭДС, для малых разностей температур Ет =К{Т2 - Т°), где К - коэффициент, зависящий от конструкции термопары и материала термоэлектродов. Исключив из приведенных соотношений разность температур, получим:

Ет = KRt Ul/R„ = Кт Ul,

;ii.5)

где Кт = KRt /Rn.

Таким образом, термоЭДС пропорциональна мощности измеряемого сигнала. Для получения среднеквадратического значения необходимо выполнить операцию извлечения квадратного корня из £г• В вольтметрах с магнитоэлектрическими приборами для этого применяют квадратичную шкалу. Если же вольтметр цифровой, то квадратный корень приходится вычислять.

Промышленность выпускает термопреобразователи на разные токи, начиная от 1 мА, при этом термоЭДС составляет единицы.