Voltmeetri sisendtakistus on ideaaljuhul väga suur: R sis Voltmeetrit võib lülitada pinge mõõtmiseks paralleelselt mistahes vooluringi osaga.

Transkript

1 PINGE MÕÕMINE. ALALISPINGE OLMEERID oltmeetri sisendtakists on ideaaljhl väga sr: R sis oltmeetrit võib lülitada pinge mõõtmiseks paralleelselt mistahes voolringi osaga. + + Ampermeetri sisendtakists on ideaaljhl väga väike: R sis. Ampermeetrit võib lülitada vool mõõtmiseks järjestikk mistahes voolringi. A. Ostindikaatoriga voltmeeter kastab mõõtesüsteemina magnetoelektrilist alalisvool mikroampermeetrit. ndlikks täishälbele vastav vool on µa... µa, takists R < Ω. Lülitatavate mõõtepiirkondadega voltmeeter:,, - mõõtepiirkond MΩ MΩ MΩ kω kω - voltmeetri sisendtakists - B. Elektroonne analoogtoimega voltmeeter kastab alalispinge võimendit. Omadsed: sisendtakists tndvalt srem (> MΩ); tndlikks on ligikad sama ki võimendita voltmeetril. ndlikkse srendamist piirab nlli triivi nähts. Ideaalsel võimendil peaks lühistatd sisendi korral ( = ) olema ka väljndpinge =, mis reaalsetes seadmetes tegeliklt nii ei ole. äljndis tekkivat signaali nimetatakse nlli triiviks. Selle srsega on piiratd minimaalne mõõdetav pinge.

2 Modlatsioon-demodlatsioon-(MDM)võimendis saab tndlikkst olliselt srendada, kna võimendi nlli triiv on väga väike. Sel jhl latb voltmeetrite madalaim mõõtepiirkond srseni...µ ja isegi alla selle. Modlaator ndlik vaheldvpinge võimendi Demodlaator Jhtgeneraator 4 Hz. DIGIAALOLMEERID.. Üldised omadsed Digitaalvoltmeetri koostisse klvad: sisendahelad (pingejagr, eelvõimendi, piirkondade valikt tagav seade), analoog-digitaalmndr ADC, indikaatorseade ning jhtskeem. avaliselt on digitaalvoltmeetrid alalispinge voltmeetrid. Ki nad võimaldavad lisaks sellele mõõta ka vaheldvpinget (ka vooltgevst ning takistst), nimetatakse neid mltimeetriteks. Sisendahelad ADC Indikaator Jhtskeem,,99 Omadsed: - lahtsvõime = ADC samm - dekaadide arv 4½, 5½... 7½ - täpss,...,%,,, x iga max = (adit.viga + c* x ) väljendatd kas, m, µ, % või ppm. ea olline osa on diskreetssviga, mille srs on /... *

3 3.. Kahekordse integreerimisega voltmeeter Kahekordse integreerimisega voltmeetris on kastsel integreeriv AD-mndr. Selle tööpõhimõte on järgmine. Sisendpinget x integreeritakse fikseeritd integreeimisaja i vältel. Selle lõpks on integraatori väljndisse tekkind sisendpingega võrdeline pinge. See mõõdetakse seadme sees oleva tgipinge integreerimise teel. Ki integraatori sisendis on pinge (t), on tema väljndpinge võrdne ( t) = ( t) t dt ; ki t = i ja (t)= x, siis ( ) = dt = i i x x i. Üks mõõtetsükkel koosneb kahest osast: fikseeritd kestsega integreerimisaeg i, mille vältel integreeritakse sisendpinget; vastpidise märgiga tgipinge integreerimise aeg, mis kestab seni, kni integraatori väljndpinge jõab tagasi nlli (selle hetke määrab komparaator K). ahetlemseks on mõõtetsükli teise osa kests. AD-mndri strktrskeem x (t) (t) Komparaator K G Loendr Pinge kj integraatori sisendis ja väljndis (t) i x t (t) t

4 4 Kna ajavahemik i ja vältel määratd integraalid on ühesrsed, saame: = ; siit xi x i =. sükli teise osa pikks on võrdeline sisendpingega x. Mõõtetlemse saamiseks täidetakse loendsimplssidega. Alalispingele lisandva vaheldvhäire korral on sisendpinge (t) = x + h (t) ja = i x i ( ) + ( t) dt = k( + ). i h x Siin on vaheldvhäirest tingitd viga. Ki siinselise häirepinge amplitd on h ja sageds f h, on maksimaalne vea väärts max = h sinc( x), ks x = f h i ja fnktsioon sinc(x)= sin(πx)/(πx). Ki häirepinge sageds f h = / i, / i jne, siis viga on nll. Ki vaheldvhäire sageds on teada, valitakse integreerimisaeg i nii, et ta sisaldab täisarv häirepinge perioode. Kahekordse integreerimisega digitaalvoltmeetrite omadsed: kõrge täpss (kni,%) ja vaheldvhäire väike mõj, shteliselt aeglane kastatav integreerimisaeg,... s. Integreeriv voltmeeter töötab shteliselt aeglaselt ja toimib ise filtrina. Kiiretoimeline digitaalvoltmeeter on aga tndlik vaheldvhäirele. Selle vähendamiseks tleb kastada filtrit, mis aga aeglstab seadme tööd..3 AHELDPINGE OLMEERID aheldvpinge voltmeetrites kastatakse kahte põhilist varianti: võimendssisendiga voltmeeter; detektorsisendiga voltmeeter.

5 5 õimendssisendiga voltmeeter võimaldab mõõta väikesi pingeid. Seetõtt on tndlikes voltmeetrite (millivoltmeetrites, mikrovoltmeetrites) kastsel see variant. Detektorsisendiga voltmeetril on lai sagedsala (kni GHz), kid voltmeeter vajab sisendpinget üle,. On kastsel kõrgsageds- ja implssvoltmeetrites..3. Mida näitab vaheldvpinge voltmeeter? Ajas mtva pinge (t) hetkväärtse mõõtmine shteliselt aeglase toimega voltmeetri abil võimaldab mõõta vaid selle pinge mitmesgseid keskmistatd väärtsi. Ki pinge sisaldab alaliskomponenti, on selle mõõtmine võimalik alalispinge voltmeetri abil, eeldsel, et vaheldvkomponent ei häiri voltmeetri normaalset tööd. Alalispinge voltmeeter mõõdab pinge keskväärtst e. alaliskomponenti ( t) = ( t) dt. NB! Integreerimisaeg olg võrdne või täisarv kordne vaheldvkomponendi kordsperioodiga. Alaldatd pinge keskväärts (moodli keskväärts, sageli nimetatd ka lihtsalt keskväärtseks) on eelmisest erinev: k = ( t) = ( t) dt. Efektiivväärts (pinge rtkeskmine väärts, root-mean-sqare RMS) on = ( t) = ( t) dt. Pinge efektiivväärts on seotd signaali keskmise võimssega: P = /R. ippväärts (ka nn amplitdväärts) on pinge maksimaalne väärts teatd aja jooksl: [ ( t) ] = max max. ippväärtse mõõtmine on vajalik implsstehnikas ja kõrgsagedstehnikas.

6 6.3. Keskväärtsvoltmeeter Keskväärtsvoltmeeter on tavaliselt võimendssisendiga voltmeeter. ema olline osa on täpne võimendi, millel on: stabiilne (astmeliselt mdetav) võimendstegr, võimaliklt lai sagedsala (alates sagedsest mbes Hz kni... MHz), väike omamüra. Srema pinge mõõtmisel kastatakse võimendi ees olevat pingejagrit (atenaator), mille ülekanne on astmeliselt mdetav. Detektor mndab sisend-vaheldvpinge alaldatd ühepolaarseks pingeks (voolks). Selle keskväärts vastab alaldatd pinge (moodli) keskväärtsele. Lülits töötab shteliselt sre pinge jres (üle ), mistõtt ta on küllalt lineaarne. I k = I m /π I k = I m */π sis Detektorlülitsse klb tagasisidestatd võimendi, mille väljndis on alaldssild. agasiside pinge on võrdeline silda läbiva vool hetkväärtsega: ts = R*i. ts agasiside tõtt sis ts, seega i sis /R. Et alaldatd vool on võrdeline sisendpingega, siis: paraneb silla lineaarss väikesel pingel, väheneb dioodi temperatrisõltvse mõj. Keskväärtsvoltmeetri gradeerimine: siinspinge mõõtmisel peaks lgem vastama efektiivväärtsele. Kna siinssignaali efektiivväärts on =,* k, siis voltmeetri gradeerimine arvestab kjtegrit k f = / k =,.

7 Ki pinge erineb kj poolest siinsest, tekkib kjst olenev mõõteviga. avaliselt on keskväärtsvoltmeeter ette nähtd vaid siinspinge mõõtmiseks Efektiivväärtsvoltmeeter Efektiivväärtsvoltmeeter on võimendssisendiga voltmeeter, mille detektor mõõdab pinge kjst olenemata alati efektiivväärtst. Kastsalad: mittesiinselise pinge mõõtmine, jhslik signaali, näit mürapinge mõõtmine. Kastatav detektorlülits on kas ligikadse rtskaalaga või tagasiside abil lineariseeritd keerkam lülits. Rtskaalaga lülitsed a) termoelektriline mndr ~ E ~ I < m 3 b) ÜKS-diood, mis töötab oma tnnsjoone rtosas agasisidega lineariseeritd lülits (t) ~ i(t) Kv Kv I Lülits kastab kahte ühesgst kvadraatorit Kv ja Kv. Nende väljndis on alalispinge ja ks: = k i( t) ~ ( t) ~ on võrdeline sisendpinge efektiivväärtse rdga = k I on võrdeline väljnd(alalis)vool rdga

8 8 agasiside hoiab võimendi sisendpinged võrdsed: =. Siis on ka I = i ( t). äljndvool I on võrdeline vool i(t) ja seega ka sisendpinge (t) efektiivväärtsega ( t) =..3.4 ippväärtsvoltmeeter ippväärtsvoltmeeter on detektorsisendiga lülits, ks sisendpinge läheb otse detektorile. Sellele järgneb võimendamine alalispingel. Srema pinge mõõtmisel võib detektori ees olla ka pingejagr. Kastatakse avatd sisendiga (a) ja sletd sisendiga (b) detektorlülitst. a) b) ~ ~ Nende lülitste väljndil olev alalispinge on ligikad võrdne sisendpinge tippväärtsega (eelds: ajakonstant τ = >> sisendpinge kordsperiood ). Avatd sisendi korral on lülits tndlik sisendpinges olevale alaliskomponendile, sletd sisendi korral aga mitte. Detektorlülitse käitmine kõrgetel sagedstel oleneb peamiselt sisendjhtmete ja dioodi resonantsist (põhjstab detektori ülekande tõs sagedstel > MHz). Mõjb ka laengkandjate lõplik liikmisaeg dioodis, mis vähendab ülekannet. Olenevalt lbatd veast latb voltmeetri normaalne tööpiirkond sagedsteni mbes GHz. K d, resonants GHz M GHz f Detektorsisendiga voltmeeter reageerib sisendpinge tippväärtsele. See pakb hvi implss-signaalide korral. Kõrgsagedsvoltmeetris on aga tavaline, et signaal kj on siins. Seetõtt gradeeritakse kõrgsagedsvoltmeeter nii, et tema näit vastab siinse efektiivväärtsele =,77 max.

9 9.4 PINGE JA OOL MÕÕMISES ool mõõtmine on vajalik alalisvool ja madalsagedslik vaheldvvool korral. Ampermeeter lülitatakse järjestikk mõõdetava vool ahelasse. Seetõtt peab tema sisetakists olema väga väike võrreldes ülejäänd elementide takistsega. Ideaalse ampermeetri sisetakists on võrdne nlliga. Kõrgemal sagedsel kohtab vool mõõtmist üliharva. Seal püütakse läbi saada vaid pinge mõõtmisega, mis on mõõteriistade lülitamise seiskohast mgavam. oltmeeter lülitatakse paralleelselt mõõdetava pinge ahelale. Seetõtt peab tema sisetakists olema väga sr võrreldes ülejäänd elementide takistsega. Ideaalse voltmeetri sisetakists on lõpmata sr. aatleme tüüpilist lülitsviisi alalispingel ja madalsagedslikl vaheldvpingel. ~ A A Kõrgemal sagedsel on voltmeetri sisend tavaliselt ebasümmeetriline üks sisenditest on nn kõrgeoomiline ja teine ühendatd elektrilise maaga. Seetõtt saab siin pingeid mõõta vaid maa shtes. Enams md tüüpi raadiomõõteriist, näit ostsillograafid, signaali- ja spektrianalüsaatorid jms lülitatakse mõõtmistel samasgsel viisil. ~