вимірювальний прилад відділений від вимірювальних ланцюгів буферним підсилювачем і не впливає на режим роботи ланцюга, в якій проводяться вимірювання, то вимоги до нього можна істотно знизити.
На рис 1.1. показана структурна схема аналогового електронного вольтметра, яка містить чотири основні блоки: атенюатор, буферний підсилювач, вимірювальний перетворювач і індикатор.
Рис 1.1 Структурна схема аналогового електронного вольтметра.
Вимірюється напруга подається на атенюатор, який забезпечує приведення вхідного сигналу до певного єдиного рівня, прийнятного для буферного підсилювача. Вимірюваний сигнал, перетворений до рівня, відповідного робочому діапазону буферного підсилювача, надходить на вхід цього підсилювача.
Основою аттенюатора є резистивний дільник напруги. Так як прилад повинен мати декількох меж вимірювання, то дільник необхідно виконати з трьома відпаюваннями для отримання відповідних коефіцієнтів ділення.
Оскільки дільник напруги практично не навантажений (вхідний опір буферного підсилювача дуже велике), то дільник можна виконати на основі великих опорів, що забезпечує високий вхідний опір вольтметра.
Буферний підсилювач, з великим вхідним опором, служить для узгодження вхідних ланцюгів вольтметра з вимірювальним перетворювачем. Він може бути виконаний за схемою неінвертуючий підсилювача.
Вимірювальний перетворювач призначений для формування інтегрального (середнього або діючого) значення вимірюваного сигналу. Сформований ним інтегральне значення відображається індикатором. Шкала індикатора градуюється в діючих значеннях сигналу. Використовуємо середньоквадратичний вимірювальний перетворювач, оскільки в цьому випадку градуювання шкали справедлива як для постійних вхідних сигналів, так і для змінних вхідних сигналів будь-якої форми. Позначення типу вимірювального перетворювача повинно бути нанесено на шкалу приладу.
Схема електронного вольтметра, що містить всі перераховані вузли, наведена на рис 1.2. Перемикач діапазонів вимірювання являє собою дільник напруги, побудований на резисторах R1, R2, R3, і R0. Оскільки вхідний опір неинвертирующего операційного підсилювача можна вважати в даних умовах нескінченно великим, то вхідний опір вольтметра - рівним повного опору дільника напруги.
Сигнал з виходу буферного підсилювача подається на вхід аналогового електромеханічного вольтметра, який в цьому приладі є як вимірювальним перетворювачем, так і індикатором.
Так як вхідний опір буферного підсилювача можна вважати нескінченно великим, то еквівалентне вхідний опір вольтметра можна визначити так [4]: ??
(1.1)
Беручи до уваги можливість замикання на землю вхідних ланцюгів ОУ при його пошкодженні, з метою обмеження вхідного струму вольтметра при цьому доцільно прийняти. Тоді сума повинна бути не менше 4МОм.
Рис 1.2 Функціональна схема електронного вольтметра.
При цих значеннях параметрів максимальне значення падіння напруги на виході дільника (атенюатора) для першого діапазону вимірювань [4]: ??
В, (1.2)
де - граничне значення вимірюваної напруги перший діапазону (0,1 В).
Максимальні значення падіння напруги на виході дільника для всіх діапазонів вимірювань повинні бути рівні [4]: ??
. (1.3)
Застосовуючи принцип поділу напруги для відповідних діапазонів вимірювань можна записати [4]: ??
В; (1.4)
В, (1.5)
де і - відповідно, граничні значення вимірюваної напруги другого і третього діапазонів (0,5 В і 1В).
З цих виразів визначаються значення опорів дільника:
МОм; (1.6)
МОм; (1.7)
МОм; (1.8)
МОм; (1.9)
У підсумку можна прийняти:; ;.
Враховуючи, що діапазон зміни вихідної напруги найбільш поширених ОУ при типовому значенні напруги живлення ± 15В повинен включати в себе значення від - 10В до + 10В, кілька довільно можна встановити межу виміру напруги вимірювального перетворювача (стрілочного вольтметра постійного струму). Тоді потрібний вхідний опір вимірювального перетворювача [4]: ??
. (1.10)
Звідси визначається додатковий опір вимірювального перетворювача [4]: ??
(1.11)
Коефіцієнт посилення буферного підсилювача по напрузі повинен становити [4]: ??
Для неінвертуючий підсилювача [2]:
. (1.13)
Звідси:
. (1.14)
Враховуючи те, що вихідні струми більшості ОУ інтегрального виконання не повинні перевищувати 5мА, можна прийняти .Тогда:
Oм. (1.15)
Для компенса...
