N Форма входного периодического сигнала в большинстве реальных случаев значения не имеет

n Если же входное напряжение u(t) представляет собой сумму переменной (с амплитудой Umах) и постоянной U 0 составляющих (рис. 3.22), то реакция АДОВ по окончании переходного процесса будет соответствовать самому большому значению входного напряжения, т. е. выходное напряжение станет равным сумме

n (Umах + U0)

n и, следовательно, показания выходного измерительного прибора будут определяться именно этой суммой.

n Форма переменной составляющей входного периодического сигнала и в данном случае практически не имеет значения.

n Амплитудный детектор с закрытым входом (АДЗВ), представленный на рис. 3.23, на переменный входной сигнал без постоянной составляющей реагирует, по сути, аналогично рассмотренному АДОВ.

n И в этом варианте при положительной полуволне напряжения на верхнем входном зажиме, точнее, при текущем значении входного напряжения u(t) большем, чем напряжение на конденсаторе uс(t), открывается диод VD, и конденсатор С быстро заряжается через его малое сопротивление.

n Если текущее значение входного напряжения u(t) меньше напряжения на конденсаторе uС(t), то диод VD закрыт, и конденсатор С медленно разряжается через большое сопротивление резистора R.

n Напряжение UR(t) на резисторе R представляет собой разницу входного напряжения u(t) и напряжения на кондесаторе uС(t). Это напряжение в установившемся режиме повторяет по форме входное измеряемое, но смещено на амплитудное значение - Umа х.

n Далее напряжение u(t), состоящее из суммы переменной составляющей и постоянной - Umах, поступает на вход фильтра нижних частот (ФНЧ), который сглаживает форму этого сигнала. Выходное напряжение фильтра uВЫХ(t) соответствует среднему значению его входного напряжения, т.е. – Umах.

n Выходное напряжение через несколько периодов входного сигнала станет практически равным максимальному (амплитудному) значению Umах входного измеряемого напряжения.

n При входном сигнале, содержащем помимо переменной (с амплитудой (Umах) еще и постоянную составляющую U0, АДЗВ ведет себя иначе, чем АДОВ. В этом случае через несколько периодов конденсатор С зарядится до напряжения, равного сумме Umах + U 0,

n т. е. конденсатор С не будет пропускать постоянную составляющую,

n и выходное напряжение фильтра uВЫХ(t) будет определяться только амплитудой Umах переменной составляющей входного сигнала.

n Детекторы среднего выпрямленного значения (СВЗ) делятся на однополупериодные и двухполупериодные детекторы. Рассмотрим вариант двухполупериодного детектора СВЗ как наиболее распространенного (рис. 3.25, а).

В основе схемы детектора четыре одинаковых полупроводниковых диода (VD1,VD2, VD3, VD4), соединенных в мостовую схему. При поступлении положительной полуволны входного напряжения u(t) на верхний зажим открываются диоды VD1 и VDЗ (другие диоды закрыты) и через резистор R потечет ток (справа налево).

ФНЧ имеет большое входное сопротивление и не влияет на работу собственно выпрямителя. При отрицательной полуволне u(t) на верхнем зажиме (т. е. при положительной полу- волне на нижнем зажиме) откроются только диоды VD2 и VD4 и через резистор R вновь потечет ток, причем в том же направлении (справа налево).

n Таким образом, ток через резистор протекает всегда в одну и ту же сторону (рис. 3.25, 6).

n Этот ток i R (t) создает падение напряжения на резисторе R. Это однополярное (уже выпрямленное) напряжение,

n среднее значение которого пропорционально среднему выпрямленному значению входного напряжения u(t), поступает затем на вход ФНЧ, с помощью которого выполняется сглаживание сигнала.

n В результате на выходе фильтра возникает постоянное напряжение, пропорциональное среднему выпрямленному значению U СВ входного напряжения u(t).

n Детекторы среднего квадратического значения. Детекторы среднего квадратического значения (СКЗ) — Rооt Меаn Squаrе (RМS) делятся на аппроксимирующие детекторы (устройства, лишь приближенно дающие нужный результат) и детекторы так называемого истинного СКЗ (Тrue RМS — ТRМS).

n Основными элементами схемы являются набор однотипных резистивно-диодных цепочек (R1— VD1),(R2— VD2),(R3— VD3)….(Rn— VDn); делитель напряжения, образованный резисторами r1, r2, rЗ,..., rN, r0 и источником стабильного известного напряжения U 0, а также фильтр нижних частот (ФНЧ).

n Делитель напряжения создает ряд последовательно возрастающих опорных потенциалов (φ1,φ2,….. φN). Фильтр нижних частот предназначен для сглаживания кривой выходного напряжения

n При поступлении на вход детектора напряжения u(t), текущее значение Uвх которого больше, чем значение потенциала φ1 (но меньше значения всех остальных потенциалов), открывается диод VD1 и по цепи R1—VD1-r1 потечет ток i1.

n Если входное напряжение будет расти, то пропорционально будет расти и ток i1 до тех пор, пока текущее значение Uвх не превысит потенциал φ2. При этом, наряду с уже открытым диодом VD1, откроется также диод VD2 и через резистор r1 потечет сумма токов (i1 + i2) (рис. 3.26, 6).

n При дальнейшем увеличении входного напряжения будут последовательно открываться и другие резистивно-диодные цепочки и суммарный ток в резисторе r1 будет расти.

n Чем больше текущее значение входного напряжения Uвх тем большее число резистивно-диодных цепей откроется и тем, следовательно, больше будет суммарный ток, протекающий в резисторе r1.

n Подбором числа и параметров резистивно-диодных цепей можно достичь желаемого квадратического характера зависимости суммарного тока (и, следовательно, зависимости выходного напряжения детектора) от текущего значения входного напряжения Uвх.

n Детекторы истинного СКЗ, в отличие от рассмотренных аппроксимирующих, реагируют именно на действительное (реальное) среднее квадратическое (действующее) значение, независимо от формы кривой входного напряжения.

n На рис. 3.27, а приведен простейший детектор истинного СКЗ, в основе которого лежит термоэлектрический преобразователь.

n Входное измеряемое напряжение u(t) с помощью усилителя переменного напряжения Ус усиливается и поступает на термоэлектрический преобразователь (ТП), содержащий две части: нагреватель (Н) и термопару (Т). Переменный ток, протекающий через Н, нагревает его до температуры, пропорциональной квадрату именно действующего значения входного измеряемого напряжения u(t).

n В непосредственной близости от нагревателя расположен рабочий спай термопары, поэтому значение ее термоЭДС ЕT определяется температурой нагревателя и, следовательно, будет пропорционально действующему значению измеряемого напряжения u(t).

n Усилитель постоянного напряжения Ус усиливает выходной сигнал малого уровня термопары. Таким образом, независимо от формы входного сигнала выходное постоянное напряжение такого детектора пропорционально именно истинному действующему значению.

n Рассмотрим один из вариантов устройства такого детектора СКЗ (рис. 3.27, 6). Прямой канал преобразования, как и в уже рассмотренной структуре, создается усилителем Ус и термопреобразователем ТП1. Чем больше СКЗ входного напряжения, тем больше термоЭДС термопары ТП1 и тем больше выходной ток IВЫХ усилителя постоянного напряжения Ус.

n Этим током нагревается нагреватель второго термопреобразователя ТП2 до температуры, создающей термоЭДС термопары ТП2, практически равной термоЭДС термопары ТП1. Термопары обоих ТП включены встречно.

n Поэтому при любых изменениях СКЗ входного напряжения u(t) соответственно изменяется выходной ток IВЫХ и, следовательно, термоЭДС ТП2.

n На входе усилителя Ус автоматически всегда поддержявается минимальная разность ΔЕ двух термоЭдС: ТП1 и ТП2.

n Благодаря такой отрицательной обратной связи заметно повышаются линейность и точность преобразования. Выходной ток IВЫХ протекая по вспомогательному резистору R, создает выходное напряжение UВЫХ детектора, пропорциональное действительному (истинному) СКЗ измеряемого входного напряжения u(t).

n Основными достоинствами электронных вольтметров с термо-электрическими детекторами являются высокая точность преобразования (до 0,1 %); широкий диапазон частот (до 10 МГц); измерение истинного СКЗ напряжения.

n Единственный недостаток таких вольтметров — сравнительно невысокое быстродействие, т. е. быстрые изменения СКЗ входного сигнала не воспринимаются сразу в силу тепловой инерционности ТП.