WYKŁAD 12
1
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSTYKI
PRZETWARZANIA
x
y
S =
tg
CHARAKTERYSTY
KA PRAWDZIWA
x
y
S =
tg
CHARAKTERYSTY
KA POŻĄDANA
Przetworniki
pasywne
Przetworniki
aktywne
WYKŁAD 12
1
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSTYKI
PRZETWARZANIA
x
y
S =
tg
CHARAKTERYSTY
KA PRAWDZIWA
x
y
S =
tg
CHARAKTERYSTY
KA POŻĄDANA
Przetworniki
pasywne
Przetworniki
aktywne
WYKŁAD 12
2
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE DIOD
PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
u
i
u
i
u
i
[mA
]
50
[V]
0,
5
-
0,5
[nA]
Si
Ge
u
i
[mA
]
[V]
0,
5
-
0,5
5
[A]
Cu
WYKŁAD 12
3
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
Linearyzacja
charakterystyk
U
d
U
R
U
i
R
i
u
D
R
D +
R
i
u
d
u
R
u
WYKŁAD 12
4
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
Układ Graetza
R
a
A
R
d
U
+
-
WYKŁAD 12
5
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
Układ Graetza
R
a
A
R
d
U
-
+
WYKŁAD 12
6
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
Układ Graetza
R
a
A
R
d
U
-
+
+
-
WYKŁAD 12
7
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE JEDNOPOŁÓWKOWE NA
CHARAKTERYSTYCE LINIOWEJ
u(t
)
i(t)
i
u
i =
au
t
t
0
0
0
m
U
a
t
i
)
(
WYKŁAD 12
8
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE DWUPOŁÓWKOWE NA CHARAKTERYSTYCE
LINIOWEJ
u(t
)
i(t)
i
u
i = a
u
t
t
0
0
0
m
U
a
t
i
2
)
(
m
w
U
U
2
0
WYKŁAD 12
9
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE JEDNOPOŁÓWKOWE NA CHARAKTERYSTYCE
KWADRATOWEJ
u(t
)
i(t)
i
u
t
t
0
0
0
i = a
u
2
2
)
(
2
m
U
a
t
i
WYKŁAD 12
10
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE DWUPOŁÓWKOWE NA CHARAKTERYSTYCE
KWADRATOWEJ
u(t
)
i(t)
i
u
t
t
0
0
0
i = a
u
2
2
)
(
sk
U
a
t
i
WYKŁAD 12
11
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI ŚREDNIEJ WYPROSTOWANEJ
1
2
3
u(t)
u(t)
· k
k
Schemat funkcjonalny woltomierza wartości średniej
wyprostowanej
Funkcja 1:
Przetwornik o charakterystyce:
x(t) = a |u(t)|
Funkcja 2:
Przetwornik o charakterystyce:
T
dt
t
x
T
y
0
)
(
1
Funkcja 3:
Przetwornik o charakterystyce:
z = y·k
k
WYKŁAD 12
12
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI ŚREDNIEJ
WYPROSTOWANEJ
10
0
50
0
0
5
0
10
0
[V]
[V]
Wartość średnia
wyprostowana
Wartość skuteczna dla napięć
sinusoidalnych
11
,
1
2
2
k
k
Współczynnik
kształtu dla
sinusoidy
WYKŁAD 12
13
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI SKUTECZNEJ
1
2
3
[u(t)]
2
[u(t)]
2
Schemat funkcjonalny woltomierza wartości skutecznej
Funkcja 1:
Przetwornik o charakterystyce:
x(t) = a u
2
(t)
Funkcja 2:
Przetwornik o charakterystyce:
T
dt
t
x
T
y
0
)
(
1
[u(t)]
2
Funkcja 3:
Przetwornik o charakterystyce:
z = y
WYKŁAD 12
14
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSYKA KWADRATOWA
R
a
A
R
d
U
E
U
D
+
_
R
1
R
2
U
1
U
2
i
U
p
u
i
2
1
2
2
R
R
R
E
U
U
p
R =
arctg
WYKŁAD 12
15
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSYKA KWADRATOWA
R
a
A
R
d
U
E
D
+
_
R
1
R
2
U
1
U
2
WYKŁAD 12
16
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSYKA KWADRATOWA
R
a
A
R
d
U
D
1
E
+
_
R’
1
R
1
R
0
D
2
D
3
R’
2
R’
3
R
2
R
3
+
-
u’
WYKŁAD 12
17
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSYKA KWADRATOWA
u’
i
0
u’
i
1
U
p
1
'
1
1
1
1
R
R
R
E
U
p
u’
i
2
U
p2
'
2
2
2
2
R
R
R
E
U
p
u’
i
3
U
p
3
'
3
3
3
3
R
R
R
E
U
p
i = i
0
+ i
1
+ i
2
+ i
3
WYKŁAD 12
18
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
CHARAKTERYSYKA KWADRATOWA
u
i
U
p1
U
p2
U
p3
i
u
WYKŁAD 12
19
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI SZCZYTOWEJ
1
2
3
u(t)
u(t)
max
Schemat funkcjonalny woltomierza wartości szczytowej
Funkcja 1:
Przetwornik o charakterystyce:
x(t) = a |u(t)|
Funkcja 2:
Przetwornik o charakterystyce:
y = x(t)|
max
: k
a
Funkcja 3:
Przetwornik o charakterystyce:
z = y/k
a
WYKŁAD 12
20
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI SZCZYTOWEJ
10
0
50
0
0
5
0
70
[V]
[V]
Wartość szczytowa
Wartość skuteczna dla napięć
sinusoidalnych
41
,
1
2
a
k
Współczynnik
amplitudy dla
sinusoidy
1
0
2
0
3
0
4
0
6
0
WYKŁAD 12
21
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
UKŁAD PROSTOWANIA SZCZYTOWEGO - szeregowy
Źródł
o
Woltomierz
u(t
)
u
C
(
t)
i(t)
D
C
R
r
++ +
+
+
U
ład
= r
C
roz
= R
C
r C << T <<
R C
WYKŁAD 12
22
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
UKŁAD PROSTOWANIA SZCZYTOWEGO - równoległy
Źródł
o
Woltomierz
u(t
)
u
C
(
t)
i(t)
C
r
D
R
U
+
+
+
+
+
WYKŁAD 12
23
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
WOLTOMIERZE WARTOŚCI
SZCZYTOWEJ – przebiegi czasowe w
układzie szeregowym
t
u
U
m
u(t
)
u
C
(t
)
u
C
(t
)
T/
2
T
t
1
t
2
t
1
- T
t
2
- T
t
i(t)
WYKŁAD 12
24
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWNIKI WARTOŚCI SZCZYTOWEJ – porównanie
układów
u(t
)
u
C
(
t)
i(t)
D
C
r
u
D
(
t)
u(t)
=
u
D
(t)
+
u
C
(t)
u(t
)
t
U
m
u
C
(t
)
U
m
t
u
D
(
t)
t
-U
m
R
U
+
R
+
WYKŁAD 12
25
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t) =
U
m
sin
t
U
m
U
m
-U
m
WYKŁAD 12
26
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
t
t
t
u
d
(t
)
u(t
)
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
> 0
u
C
(t
)
u
R
U
0
+U
m
U
0
+U
m
-U
m
WYKŁAD 12
27
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
u
d
(t
)
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
C
(t
)
u
R
u(t
)
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
< 0
u
C
(t
)
u
R
U
m
-U
0
U
m
-U
0
-U
m
WYKŁAD 12
28
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
U
0
=
0
U
1
-U
2
-U
1
U
1
U
1
WYKŁAD 12
29
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t) =
U
m
sin
t
U
m
-U
m
U
m
WYKŁAD 12
30
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t
)
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
> 0
u
C
(t
)
u
R
U
0
-U
m
U
m
-U
0
U
m
WYKŁAD 12
31
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
< 0
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u
C
(t
)
u
R
-U
m
-
U
0
U
m
+
U
0
U
m
WYKŁAD 12
32
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE SZEREGOWYM
D
C
R
u(t
)
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
U
2
U
2
-U
2
U
0
=
0
U
1
-U
2
WYKŁAD 12
33
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t) =
U
m
sin
t
U
m
-U
m
U
m
WYKŁAD 12
34
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t
)
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
> 0
u
C
(t
)
u
R
U
0
-U
m
U
m
U
m
WYKŁAD 12
35
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
< 0
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u
C
(t
)
u
R
-U
m
-
U
0
U
m
U
m
WYKŁAD 12
36
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
U
0
=
0
U
1
-U
2
U
2
U
2
-U
2
WYKŁAD 12
37
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u(t) =
U
m
sin
t
u
C
(t
)
u
R
U
m
U
m
-U
m
WYKŁAD 12
38
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t
)
t
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
> 0
u
C
(t
)
u
R
U
0
+U
m
U
m
-U
m
WYKŁAD 12
39
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
u(t) = U
o
+
U
m
sin
t U
0
< 0
u
C
(t
)
u
R
U
m
-U
0
U
m
-U
m
WYKŁAD 12
40
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PROSTOWANIE SZCZYTOWE W UKŁADZIE RÓWNOLEGŁYM
C
D
R
u(t
)
u
C
(t
)
u
d
(t
)
u
R
(t
)
u(t
)
t
t
t
t
u
d
(t
)
u
C
(t
)
u
R
U
0
=
0
-U
1
U
1
U
1
U
1
-U
2
WYKŁAD 12
41
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PRZETWORNIKI WARTOŚCI MIĘSZCZYTOWEJ
C
1
D
1
u(t
)
u
C1
(
t)
u
d1
(
t)
D
2
C
2
R
u
d2
(
t)
u
C2
(
t)
u
R
(t
)
u(t
)
t
u
d
(t
)U
m
t
u
R
2U
m
t
WYKŁAD 12
42
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
PRZETWORNIKI WARTOŚCI MIĘSZCZYTOWEJ
C
1
D
1
u(t
)
u
C1
(
t)
u
d1
(
t)
D
2
C
2
R
u
d2
(
t)
u
C2
(
t)
u
R
(t
)
u(t
)
t
u
d
(t
)
-
U
m
t
u
R
2U
m
t
WYKŁAD 12
43
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
SCHEMATY BLOKOWE ELEKTRONICZNYCH WOLTOMIERZY NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
Układy
wejściow
e
Przetwor
nik
~ /
=
Wskaźn
ik
=
Układy
wejściow
e
Przetwor
nik
~ /
=
Wskaźn
ik
~
Układy
wejściow
e
Przetwor
nik
~ /
=
Wskaźn
ik
WOLTOMIERZE ANALOGOWE
WYKŁAD 12
44
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
SCHEMATY BLOKOWE ELEKTRONICZNYCH WOLTOMIERZY NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
=
Układy
wejściow
e
Przetwor
nik
~ /
=
Wskaźn
ik
WOLTOMIERZE CYFROWE
A/C
U
N
Dekode
r
Woltomierz
napięcia
stałego
WYKŁAD 12
45
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
UZUPEŁNIENIE
1. Silne zróżnicowanie sygnałów
pomiarowych
kształt
częstotliwość:
0 - GHz
wartości
mV - kV
impedancja wyjściowa źródła
2. Stosowane przyrządy
przyrządy elektromechaniczne
przyrządy termoelektryczne
przyrządy elektroniczne
WYKŁAD 12
46
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
UZUPEŁNIENIE
3. Klasyfikacja woltomierzy analogowych i
cyfrowych w zależności od mierzonego
parametru
woltomierze wartości średniej wyprostowanej
woltomierze wartości skutecznej
woltomierze wartości szczytowych
woltomierze wartości międzyszczytowych
WYKŁAD 12
47
POMIARY PARAMETRÓW NAPIĘĆ
ZMIENNYCH
UZUPEŁNIENIE
SONDA do pomiaru napięć
zmiennych