Амплитудный детектор с закрытым входом

ЛЕКЦИЯ 9.

В зависимости от того, какое из напряжений принимается за выходное, различают две разновидности амплитудных детекторов. Если выходным служит напряжение на конденсаторе, то получаем амплитудный детектор с открытым входом (рис. 8.3, лекция 8), который пропускает постоянную составляющую измеряемого напряжения. Если выходное напряжение снимается с диода, то имеем амплитудный детектор с закрытым входом (рис. 9.1), в котором диод VD включен параллельно высокоомному резистору R (такая схема используется в универсальных аналоговых электронных вольтметрах).

Рис. 9.1. Амплитудный детектор с закрытым входом.

При положительной полуволне измеряемого напряжения конденсатор С заряжается через диод VD приблизительно до амплитудного значения U_m, а при отрицательной полуволне измеряемого напряжения диод VD будет заперт, поэтому заряженный конденсатор разряжается на резистор R, но так как постоянная времени разряда RС конденсатора велика по сравнению с периодом Т измеряемого напряжения, то конденсатор С не успевает разрядиться за период, и напряжение на нем остается примерно равным U_m.

К резистору R приложено напряжение, равное разности измеряемого напряжения и напряжения на конденсаторе U_C = U_m, т.е. .

Напряжение на резисторе повторяет форму измеряемого напряжения, но смещено на амплитудное значение (рис.9.2), т.е. пульсирует от 0 до -2 U_m. Чтобы уменьшить пульсации тока через прибор, в реальных схемах аналоговых электронных вольтметров напряжение подается на вход УПТ через сглаживающий фильтр низкой частоты.

При входном сигнале, содержащем помимо переменной (с амплитудой U_m) еще и постоянную составляющую U ₀, т.е.

,

Через несколько периодов конденсатор С зарядится до напряжения U _С, равного сумме U_m и U ₀, и напряжение на резисторе R будет

.

Рис. 9.2. Временная диаграмма, поясняющая работу амплитудного преобразователя с закрытым входом.

Постоянные составляющие измеряемого напряжения и напряжения на конденсаторе С друг друга взаимно компенсируют на резисторе R. Таким образом, выходное напряжение фильтра будет определяться только амплитудой U_m переменной составляющей входного сигнала.

Амплитудные детекторы с закрытым и открытым входами применяются в универсальных и высокочастотных вольтметрах при измерении в широком диапазоне частот. Погрешность измерения вольтметра с амплитудным детектором зависит от частоты. Эта погрешность тем больше, чем меньше частота измеряемого напряжения. В промежутках между входными импульсами конденсатор разряжается, поэтому среднее значение напряжения U _C меньше амплитуды U_m. При повышении частоты интервалы между импульсами меньше и конденсатор разряжается незначительно, поэтому U _C выше, чем при низкой частоте. При достаточно низких частотах U _C может значительно отличаться от амплитуды U_m. Относительная погрешность преобразования при этом оценивается по формуле

,

где T – период измеряемого напряжения.

Одним из существенных недостатков вольтметров с амплитудным детектором является зависимость показаний прибора от формы сигнала. Обычно шкала амплитудных вольтметров градуируется в действующих значениях синусоидального напряжения, тогда как отклонение стрелки прибора пропорционально амплитуде напряжения. Поэтому показания, отсчитанные по шкале стрелочного прибора, справедливы только при измерении синусоидальных напряжений.

При произвольной форме сигнала, если значение К _ф для этого сигнала неизвестно, измерение среднего квадратического (действующего) значения напряжения оказывается невозможным.

На электронные вольтметры установлены классы точности от 0.1 до 2.5. Обычные классы точности 2.5, 4.0.