Входные сопротивление и ёмкость

Входное сопротивление вольтметра постоянному току определяется обычным образом -как отношение напряжения, действующего на входе, к току, отбираемому входной цепью вольтметра от источника измеряемого напряжения. Оно зависит от сопротивления делителя или утечки сетки (если они имеются), от сопротивления изоляции входной цепи и величины сеточного тока. Из-за наличия сеточного тока входное сопротивление постоянному току может быть и меньше сопротивления Rc и больше его. По той же причине оно различно при различных входных напряжениях, т. е. зависимость входного тока /вх от входного напряжения Uex нелинейна.

Котангенс угла наклона касательной к кривой, выражающей эту зависимость, показывает дифференциальное входное сопротивление, т. е. сопротивление переменному току вольтметра при постоянной составляющей входного напряжения, соответствующей точке касания. При измерении вольтметром только переменных напряжений, без постоянной составляющей, его дифференциальное сопротивление равно котангенсу угла наклона касательной к указанной кривой в точке ее пересечения с осью абсцисс при условии, что амплитуда переменного напряжения невелика.

Вольтметр имеет также некоторую входную емкость. Поэтому в общем случае входная цепь электронного вольтметра на лампах представляется в виде параллельного соединения дифференциального входного сопротивления Rbx. и входной емкости Свх- Дифференциальное входное сопротивление в свою очередь есть параллельное соединение сопротивления утечек входной цепи и дифференциального сопротивления сетки лампы.

Полное входное сопротивление вольтметра

вх-===-=г. (40)

Vi+iMRBxCBr

Для определения входного сопротивления вольтметра по постоянному и переменному току необходимо измерить входной ток вольтметра. В большинстве случаев из-за цезначительности токов утечек во входной цепи основной составляющей входного тока высокоомных вольтметров является сеточный ток первой лампы.

Методика измерения сеточного и входного токов одинакова, только в изложении методики в соответствующих местах выражения «цепь сетки» и «анодная цепь лампы» заменяются выражениями «входная цепь вольтметра» и «выходная цепь вольтметра».

Ток сетки при измерении методом компенсации (рис. 19, а) определяют по величине падения напряжения на резисторе известной величины, включенном в цепь сетки. Порядок измерения следующий. При замкнутом выключателе Вк устанавливают заданный режим лампы и отмечают ток анода по показанию миллиамперметра в анодной цепи лампы. Затем выключатель размыкают. Меняя напряжение управляющей сетки при помощи потенциометра R, доводят анодный ток лампы до ранее отмеченного значения. Ток сетки вычисляют по формуле

4=iM. (41)

где Ul -заданное напряжение сетки, е; £/2 - напряжение, установленное при разомкнутом выключателе, в; 7?с - сопротивление известной величины, Мом.

. Для повышения точности измерения можно применять цепь компенсации тока анода, которая дает возможность точно отсчитывать малые изменения тока анода. Повысить чувствительность метода путем использования очень больших сопротивлений Rc нельзя из-за неустойчивости в этом елучае режима работы лампы (см. рис. 16).

Получение полной характеристики сеточного тока требует много времени. Несколько видоизменив метод компенсации, можно быстро снять две анодно-сеточные характеристики лампы: одну -при замкнутом выключателе Вк, другую -при разомкнутом, т. е. при

Рис. 19. Схемы измерения сеточного тока лампы. а - методом компенсации; 6 - по скорости заряда конденсатора.

наличии сопротивления Rc- Такая пара характеристик была показана на рис. 18. По ней легко найти значение сеточного тока для любого напряжения на сетке. Например, при напряжении сетки Uce ток сетки равен отрезку 5-6 в масштабе оси напряжений, деленному на величину /?с: 3,75 в/2,2.10 ож="1,7- 10-" а.

Метод компенсации очень прост. Однако при измерении малых сеточных токов ламп, работающих в электрометрическом режиме, при котором крутизна лампы очень невелика, в анодную цепь лампы необходимо включать чувствительный гальванометр, а сопротивления Rc брать слишком большими, известными лишь приблизительно. В этих случаях прибегают к измерению сеточного тока по скорости заряда конденсатора.

При этом методе (рис. 19,6) между сеткой лампы и движком потенциометра R, с которого снимается напряжение, имитирующее сигнал, включают конденсатор С небольшой емкости с высоким сопротивлением изоляции. Вначале конденсатор замыкают накоротко выключателем Вк и снимают зависимость анодного тока лампы от напряжения на ее сетке. Затем нэ сетке лампы устанавливают заданное напряжение и одновременно с запуском секундомера размыкают выключатель. Конденсатор будет заряжаться сеточным током,

и спустя время t напряжение на сетке лампы станет равным Ui. Тог- да сеточный ток, если полагать его в течение времени заряда неиз- менным, можно определить по формуле

Uo - U,

с = ~-с. (42)

Напряжение Ui определяется по анодному току в соответствии с предварительно снятой зависимостью анодного тока от напряжения на сетке лампы (другими словами, по крутизне лампы). При малых токах конденсатор С должен быть очень небольшой емкости. Роль этого конденсатора может играть входная емкость лампы, но точно измерить величину этой емкости трудно. Поэтому часто влияние входной емкости совсем исключают. Для этого производят два измерения с двумя конденсаторами, емкости которых Ci и Cg. Значение сеточного тока подсчитывают по формуле

Отметим, что для снятия кривой сеточного тока по скорости заряда конденсатора нужна определенная сноровка, потому что сеточные токи ламп, работающих в электрометрическом режиме, очень непостоянны во времени и полученные точки могут не образовать плавную кривую.

Быстро входное сопротивление вольтметра или усилителя может быть измерено, например, при помощи источника напряжения и вспо-1у[огательного резистора R, включаемого между источником и входом вольтметра (рис. 20, а). Резистор R и входное сопротивление вольтметра i?Ex образуют делитель. Если напряжение источника Ui, а напряжение на выходе вольтметра £/еых, то

Rbx = R „,/7,-, (44)

где К - коэффициент передачи (усиления) вольтметра по напряжению.

Напряжение должно быть достаточно низкой частоты, с тем, чтобы можно было не принимать во внимание емкость входа Свх и паразитную емкость резистора R.

Сопротивление резистора R должно быть большим, того же порядка, что и Лвх- Это ограничивает величину измеряемых Rbx-

При измерении методом заряда конденсатора (рис. 20, б) необходимы генератор прямоугольных импульсов и осциллограф. Импульсы подают на вход испытуемого усилителя через конденсатор С и наблюдают форму импульсов на выходе усилителя, которые повторяют форму кривой зарядного и разрядного токов конденсатора С и являются начальными участками экспоненциальной функции.

Пусть генератор выдает двуполярные импульсы с амплитудой (Ju длительностью т и скважностью 2 (рис. 20,в). У выходных импульсов будет наблюдаться спад вершины, определяемый постоянной "времени Rbx- С входной цепи и длительностью импульса т. Если t<tRBx с, то плоская часть выходного импульса, представляя