Схемы с автоматическим уравновешиванием

Рис. 57. Схема автокомпенсатора с обратной связью по току.

Измерение меняющихся напряжений при помощи компенсационных схем весьма затруднительно. Кроме того, процесс измерений требует значительной затраты времени, входное сопротивление схем в неуравновешенном положении сравнительно невелико, отсчет напряжений довольно неудобен.

Эти недостатки устраняются автоматизацией процесса уравновешивания Схемы, Б которых уравновешивание осуществляется автоматически, называются автокомпенсационными, а устройства, выполненные по таким схемам, - автокомпенсаторами.

Автоматизация может быть осуществлена различными способами. В простейшем случае разность U-Uk между измеряемым и компенсирующим напряжениями подают через усилитель на электродвигатель. С ротором электродвигателя кинематически соединяют движок потенциометра, с которого снимается компенсирующее напряжение. В зависимости от знака разности и-и к двигатель перемещает движок потенциометра в нужную сторону до тех пор, пока компенсирующее напряжение сравняется с измеряемым. Одновременно двигатель перемещает и указатель.

Компенсаторы такого типа сложны, о самостоятельном их изготовлении не может быть и речи. Эти компенсаторы имеют еще и тот недостаток, что из-за инерции механически движущихся частей их частотная характеристика ограничена несколькими герцами.

Для измерения в высокоомных Цепях наиболее приемлемы автокомпенсационные схемы, базирующиеся на основе схемы усилителя, охваченного 100%-ной отрицательной обратной связью. Пре-пмущественно распространены схемы с обратной связью по току.

Принципиальная схема автокомпенсатора с обратной связью по току показана на рис. 57. Измеряемая э. д. с. уравновешивается падением напряжения на резисторе R, которое создается выходным током /г усилителя с коэффициентом усилешя К. На входе усилителя действует напряжение Ui, равное разности измеряемого и компенсирующего напряжений.

Если коэффициент усиления достаточно велик, в измерительной цепи устанавливается состояние, очень близкое к полной компенсации, и f KtBx- В свою очередь 1/вых~/к

Для выходного напряжения усилителя можно написать:

Ry +r,ii Ц-Л 121

Отсюда выходной ток

При большой величине iK и стабильном резисторе R ток в измерителе не зависит от параметров автокомпенсатора и измеритель может быть проградуирован в вольтах.

Следует заметить, что вообще говоря, всякий катодный повторитель может рассматриваться как автокомпенсатор. Катодный

"1

Рис. 58. Схема дифференциального автокомпенсационного вольтметра.

повторитель развивался как согласующий элемент - «трансформатор сопротивлений» - большей частью в импульсных устройствах, в то время как автокомпенсатор развивался как сугубо измерительное устройство.

Из формулы (118) следует, что пределы измерения автокомпенсатора можно менять изменением сопротивления резистора обратной связи или изменением чувствительности измерителя.

Чтобы определить входное сопротивление, подставим в формулу (113) значение входного тока

/i = Ao =

Ry + Rbh + R

Заменив Uk на liR, причем h берется из (Н8), после преобразований получим:

RBx==R+Ry

RRyK

R+Rubk

Ry(i+K),

(119)

потому что RRy, а RBbm€R-

в автокомпенсационных схемах благоприятны условия работы входной лампы в режиме «плавающей» сетки. Разность потенциалов между сеткой и катодом входной лампы благодаря наличию сильной отрицательной обратной связи почти не меняется. Следовательно, точка «плавающего» потенциала сдвигается только за счет изменения анодного напряжения. При небольших величинах измеряемых напряжений сеточный ток, возникающий вследствие этого сдвига, имеет малые значения. Когда же величины измеряемых напряжений значительны, предусматривается дополнительная цепь для подачи на анод входной лампы напряжения, примерно равного входному (гл. 4).

Автокомпенсационными являются вольтметры, схемы которых изображены на рис. 10 и 32.

На рис. 58 представлена схема автокомпенсатора, являющаяся развитием ламповой компенсационной схемы с ручным уравновешиванием (рис. 55). Автокомпенсатор выполнен в виде дифференциального вольтметра; это делает его более удобным и более стабильным. Когда используется лишь один вход, второй замыкают на корпус.

. Режимы «плавающих» сеток устанавливают регулировкой экранных напряжений входных ламп при помощи потенциометров Ri и Rs. Момент достижения режима «плавающей» сетки определяется тем, что замыкание сетки на корпус не меняет потенциала выходного зажима. Для более точной проверки между управляющей сеткой и корпусом включают конденсатор небольшой емкости с хорошей изоляцией. Если плавающий потенциал сетки установлен точно, то после подключения конденсатора выходное напряжение не будет «ползти».

Резисторы Ri, Rs, Rt, Re желательно брать проволочные. Пределы измерения - от -150 до -ЬЗОО в.

Глава седьмая ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКООМНЫХ -ВОЛЬТМЕТРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Высокоомные вольтметры могут быть использованы для измерения различных электрических и неэлектрических величин, преобразованных в пропорциональное им напряжение.

Некоторые измерительные схемы представлены на рис. 59.

Схема на рис. 59, а используется для измерения малых токов. Протекая через резистор R большого известного сопротивления, измеряемый ток создает падение напряжения, которое измеряет вольтметр. Это -основная схема измерения токов ионизационных камер, фотоэлементов и других источников с высоким внутренним сопротивлением. Последнее должно быть по крайней мере в 100 раз больше сопротивления R. Верхняя граница частотной характеристики устройства (при спаде 3 дб) равна fE = ll2nRC, где С -входная емкость вольтметра и емкость монтажа.

Измерение электрических зарядов производится по схеме, изображенной на рис. 59, б. По этой же схеме можно измерять малые постоянные токи. Конденсатор С должен быть небольшой емкости.