При входном напряжении сложной формы с отрицательной постоянной составляющей Uo (рис. 32,в) емкость аналогичным рассмотренному выше образом заряжается до Uco . Теперь Uco и Uo направлены согласно, постоянная составляющая выходного напряжения детектора равна их сумме: Uвых. о= = -(Uco+Uo ), т. е. равна амплитуде положительной полуволны переменной составляющей входного напряжения.
Особым является случай, когда входное напряжение параллельного пикового детектора (рис. 30) всегда отрицательно (рис. 32,г). При подаче на вход детектора такого напряжения диод запирается, начинается медленный с постоянной времени 
= RС заряд емкости С через сопротивление нагрузки R. Полярность напряжения на емкости по сравнению с предыдущими случаями меняется на обратную, это напряжение прикладывается к нагрузке плюсом. Когда по мере возрастания напряжение на емкости превышает (по модулю) максимальное значение входного напряжения E
, в одну из полуволн диод открывается и емкость быстро разряжается до напряжения E. Во время следующей полуволны емкость снова заряжается через R до напряжения превышающего E, чтобы затем снова разрядиться до E. Ha емкости установится напряжение Uco = E. Это напряжение и отрицательная постоянная составляющая входного напряжения Uo соединены встречно, причем |Uco|<|Uo|. Постоянная составляющая выходного напряжения детектора равна разности указанных напряжений: Uвых. о= - (Uco - Uo), т. е. амплитуде положительной полуволны переменной составляющей входного напряжения.
При изменении в схеме параллельного пикового детектора (рис. 30) полярности диода заряд емкости через диод происходит во время отрицательной полуволны входного напряжения, напряжение на емкости изменяет свою полярность и прикладывается к нагрузке плюсом. Примеры гармонического входного напряжения сложной формы с отрицательной и положительной постоянной составляющей поясняются соответственно с помощью рис. 33 (а, б,в). При подаче на вход положительного напряжения (рис. 33,г) диод закрывается, емкость С медленно заряжается через R. По достижении напряжения на емкости Е
в одну из полуволн емкость быстро разряжается через диод, в другую медленно заряжается через R. B установившемся режиме напряжение на емкости Uco = Е прикладывается к нагрузке минусом и направлено встречно с постоянной составляющей входного напряжения Uo, причем | Uo |>| Uco |. Постоянная составляющая выходного напряжения равна разности этих напряжений U вых. о= Uo - Uco, т. е. равна амплитуде отрицательной полуволны переменной составляющей входного напряжения.
Во всех рассмотренных выше случаях постоянная составляющая входного сигнала не оказывает влияния на результат измерения, поэтому параллельный пиковый детектор называют детектором с закрытым для постоянной составляющей входом. В зависимости от полярности диода он измеряет амплитуду положительной или отрицательной полуволны переменной составляющей входного напряжения. В этом его существенное отличие от последовательного пикового детектора. В параллельном пиковом детекторе при гармоническом входном напряжении с амплитудой Е рассеивается мощность Рвх = Е
/2Rвх. За счет постоянного напряжения Е на нагрузке детектора R рассеивается мощность Ро = Е/R. Кроме того, на нагрузку детектора проходит переменное входное напряжение (рис. 31,б), на ней рассеивается мощность Р
=Е/2R. Поскольку потерями в диоде можно пренебречь, Рвх= Ро+ Р, Рвх = =Е/2Rвх = Е/R+ Е/2R, откуда Rвх = R/3. По входному сопротивлению параллельный детектор уступает последовательному, его Rвх в полтора раза меньше, однако с учетом того, что R имеет порядок десятков мегом, его Rвх отвечает самым высоким требованиям.
Параллельный пиковый детектор используется в амплитудных вольтметрах. Он ставится на входе вольтметра в выносном пробнике, что обеспечивает измерение амплитуды переменной составляющей входного напряжения в очень широком (от десятков герц до 1-2 ГГц) диапазоне частот при высоком, более 10 МОм, входном сопротивлении и небольшой, обычно менее 5пФ, входной емкости. Для повышения чувствительности и уменьшения влияния параметров диодов амплитудные вольтметры, как и рассмотренные
 |
квадратичные, выполняются по схеме с уравновешивающим пре-образованием.
В них амплитуда входного напряжения произвольной фор-мы в широком диапазоне частот уравновешивается амплитудой гармонического напряжения с постоянной частотой с помощью системы с обратной связью. Упрощенная схема амплитудного вольтметра приведена на рис. 34. В вольтметре для получения большого коэффициента усиле-ния основного тракта УПТ выполнен по схеме с конвертиро-ванием, в нем постоянное напряжение преобразуется в переменное с помощью генера-тора и вибропреобразователя, переменное напряжение усилива-ется и далее выпрямляется с помощью синхронного амплитудного детектора. Параллельный пиковый детектор измеряет только переменное напряжение, поэтому подаваемое на второй детектор для уравновешивания напряжение обратной связи должно быть переменным. Для формирования такого напряжения служит генератор высокой, например равной 100 кГц, частоты, гармоническое напряжение которого поступает на модулятор, управляемый выходным напряжением УПТ. Амплитуда гармонического напряжения на выходе модулятора линейно связана с этим напряжением. На первый из двух идентичных детекторов поступает измеряемое напряжение с амплитудой Евх, на второй – напряжение обратной связи с амплитудой Еос.
Постоянное напряжение, равное разности этих амплитуд, усиливается и преобразуется в переменное гармоническое напряжение с постоянной частотой, причем амплитуда этого напряжения
Евых=К(Евх-Еос), где К - результирующий коэффициент усиления. Часть выходного напряжения с амплитудой Еос=
Евых, где - коэффициент передачи делителя обратной связи, поступает на вход второго детектора. В соответствии с изложенным, К(Евх-Евых)=Евых, откуда с учетом того, что К>>1, Евх=Евых. Как видно, результат измерения не зависит от коэффициента усиления К прямого тракта, это значит, что повышение чувствительности не сопровождается ухудшением стабильности вольтметра. Для измерения Евых и, следовательно, Евх, используется вольтметр средневыпрямленных значений, содержащий линейный детектор с прибором магнитоэлектрической системы. Поскольку при любой форме входного напряжения уравновешивающее его напряжение является гармоническим, можно измерять любое из его однозначно связанных между собой значений. При большой амплитуде выходного напряжения наиболее просто реализуется линейный детектор. Выполненные по рассмотренной схеме вольтметры В3-З6, В3-43 имеют на средних частотах погрешность порядка 5%, на частоте 1 ГГц - до 25%.
Амплитудные вольтметры, как и все вольтметры переменного напряжения, входящие в подгруппу В3, градуируются при гармоническом входном напряжении. При этом на шкалу наносится не измеряемое ими амплитудное значение Е, а 0,707 Е, что соответствует среднеквадратичному значению гармонического напряжения. Для напряжения любой другой формы показание Un амплитудных вольтметров составляет 0,707 Е, т. е. для определения амплитуды измеряемого напряжения показание вольтметра нужно умножить на 1,41. При известной форме напряжения, т. е. известных коэффициентах Кф, Ка, Ку, по показанию амплитудного вольтметра вычисляются все значения этого напряжения:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)