IMG�48 (2)

jąc rezystancję w pętli sprzężenia zwrotnego R,. W takim układzie napięcie wejściowe, czyli tzw „spadek napięcia na boczniku" przy zakresowym natężeniu prądu, wynosi do 200 mV, gdy napięcie na wyjściu wynosi około I V Rezystor na wejściu wzmacniacza potrzebny jest do stabilizacji układu w przypadku, gdyby w obwodzie prądu mierzonego występowała duża pojemność

Układy boczników stosowane w multimetrach me osiągają dokładności porównywalnej z dokładnością woltomierzy, a szczególnie gdy rezystancja Źródła prądu jest mała', bo wówczas udział napięcia niezrównoważenia wzmacniacza i szumu jest duży. Z tego względu funkcja pomiaru natężenia prądu w multimetrach jest wyraźnie mniej dokładna niż funkcja pomiaru napięcia Na przykład multimetr dużej dokładności - co jest znamienne -realizuje funkcję pomiaiu natężenia prądu w najkorzystniejszych okolicznościach (duża rezystancja źródła prądu!) o rząd gorzej niż funkcję pomiaru napięcia stałego i odpowiednio dla prądu zmiennego tyleż gorzej niż funkcję pomiaru napięcia zmiennego

Moduł przetwornika napięcia zmiennego na napięcie stałe w multimetrach z zasady ma umożliwić pomiar napięcia zmiennego skutecznego przy wykorzystaniu przetwornika a/c napięcia stałego Zadanie takie może być rozwiązane na trzy istotnie różne sposoby.

W tanich multimetrach i mało dokładnych wykorzystuje się układ prostownikowy i zależność (3.29) jako sposób przejścia do napięcia stałego. W multimetrach dokładnych stosuje się układy analogowe przetwarzania pomiarowego, działające na różnych zasadach, ale zawsze realizujące funkcję (3.26) definiującą napięcie skuteczne Trzeci sposób rozwiązania polega na numerycznym obliczeniu fiinkcji (3 26) Rozwiązanie to - nowoczesne i przyszłościowe - może być teoretycznie zastosowane na każdym poziomie dokładności, jednak sensowne jego zastosowanie jest możliwe tylko w multimetrach, w których napięcie stałe mierzone jest szybkim i dokładnym przetwornikiem a/c (np Kr pomiarów na sekundę przy odpowiedniej rozdzielczości i dokładności)

Omówimy obecnie bliżej właściwości tych sposobów pomiaru napięcia skutecznego Na rys. 3.28a pokazano układ prostownikowy przetwornika napięcia zmiennego na napięcie stałe, w którym na wyjściu otrzymuje się napięcie wyprostowane jednopołów-kowo Jest to typowy układ połączeń charakteryzujący się tym, że diody prostownicze znajdują się w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza Dwie równoległe gałęzie tworzące obwód sprzężenia z diodami połączonymi przeciwnie zapewniają jednakowe sprzężenie dla obu połówek napięcia przemiennego (sinusoidalnego): każda połówka napięcia przemiennego „zamyka swoje sprzężenie” przez gałąź z odpowiednią diodą Na wyjście wyprowadzone jest napięcie z jednej gałęzi, a więc wyprostowane jednopołówko-wo Włączenie kondensatorów na wejściu i wyjściu ma zapewnić filtrację (odcięcie) składowej stałej Odcięcie na wejściu ewentualnej składowej stałej w napięciu mierzonym jest konieczne, bo układ nie nadaje się do pomiaru takiego przebiegu napięcia. Odcięcie składowej stałej w pętli sprzężenia zwrotnego pomyślane jest ze względu na składową stalą własną wzmacniacza (powstająca np. ze wzmocnienia napięcia niezrównoważenia)

Użycie wzmacniacza w taki sposób, że diody występują w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, rozwiązuje najważniejszy problem tej zasady przetwarzania, bo linearyzuje charakterystykę przetwarzania napięcia zmiennego na napięcie stałe. Liniowość przetwarzania jest ważna w cyfrowych przyrządach ze względów konstrukcyjnych, bo upraszcza .budowę przyrządu. Dla liniowej zależności bowiem wyskalowanie wskazań w danych ¹ Przez małą rezystancję źródła rozumie się rezystancję mniejszą od dziesięciokrotnej rezystancji rezystora R, w pętli sprzężenia zwrotnego.

Układy przeznaczone do pomiaru dużego natężenia prądu są mniej wrażliwe na zmianę rezystancji źródła mierzonego prądu niż układy przeznaczonego do pomiaru małego natężenia prądu jednostkach wymaga tylko mnożenia przez stałą, co jest proste', natomiast dla nieliniowego przetwarzania trzeba by zapewnić numeryczne wykonanie obliczeń wg złożonej funkcji, a ponadto zadanie komplikowałoby się, bo funkcja taka zmieniałaby się od egzemplarza do egzemplarza wykonanego układu

Nieliniowość charakterystyki diod - jak wiadomo - cechuje się tym. Ze dla małego i bardzo małego napięcia ich rezystancja w kierunku przewodzenia zwiększa się i w granicy osiąga wielkość równą rezystancji w kierunku zaporowym: w granicy dioda przestaje prostować, gdy napięcie jest odpowiednio małe Natomiast duża rezystancja w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego oznacza duZe wzmocnienie wzmacniacza, czyli małe napięcie jest mocno wzmacniane, przeciwnie - przy duZym napięciu rezystancja w pętli sprzężenia będzie mała i wzmocnienie będzie małe: zachowanie się diody i wzmacniacza w takich okolicznościach są przeciwne (mówi się w miernictwie, Ze ich działania kompensują się) i w rezultacie wypadkowa charakterystyka jest praktycznie liniowa

Rys. 3.28 Układy przetworników napięcia zmiennego skutecznego na napięcie stale, a - okład

prostownikowy, b - układ realizujący zasadę termiczną (ij. działający na zasadzie depl-ncj)

Omawiając zaleZność (3 29) między napięciem średnim i skutecznym podkreślaliśmy, że jest ona ścisła dla jednego kształtu przebiegu konkretnie zależność (3.29) wyprowadzona jest dla sinusoidy Multimetry o przetworniku prostownikowym są skalowane i wzorcowane dla sinusoidy, bo ten przebieg napięcia zmiennego jest najpospolitszy Suiuso-idatność mierzonego napięcia będzie jednym z warunków odniesienia mulnmetru dla funkcji pomiaru napięcia skutecznego. Jednak realny przebieg sinusoidalny napięcia tylko w szczególnych okolicznościach jest dokładną sinusoidą, więc dla realnej sinusoidy zależność (3 .29) jest przybliżona, a dla przebiegów o zupełnie innym kształcie jest fałszywa O sinusoidalno-ści mierzonego napięcia wiemy na zasadzie domniemania, bo nikt nie będzie w takich okolicznościach podejmować specjalnych badań kształtu. Z tego względu z samej zasady przetwarzania wynika ograniczenie dokładności i ograniczenie obszaru zastosowań przyrządów wykorzystujących tę zasadę przetwarzania Gdy założenie sinusoidalności me jest spełnione, to wskazania przyrządu obciążone będą błędem dodatkowym (bo warunki użytkowania nie pokrywają się z warunkami odniesienia)³.

Konstruktor przetwornika prostownikowego musi pamiętać, Ze diody półprzewodnikowe są wrażliwe na zmianę temperatury i Ze charakteryzują się pewną pojemnością własną Z powodu pojemności własnej skuteczność prostowania będzie maleć ze wzrostem

Na przykład wystarczy dobrać odpowiednią wartość wzmocnienia, żeby wartość napięcia stałego na wyjściu przetwornika odpowiadała liczbowo wartości skutecznej napięcia zmiennego na wejściu Analiza ilościowa błędu patrz p. 3.6.1.

173