на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Делители напряжения с большим коэффициентом деления для осциллографа С1-94

Измерительная техника
3 месяца назад

Делители напряжения с большим коэффициентом деления для осциллографа С1-94 (часть 1)


Используемый мной осциллограф С1-94 имеет ограниченный предел максимального значения измеряемой амплитуды переменного напряжения и равен 40 В на его входе. С делителем, имеющим коэффициент передачи 0,1 (1:10), который идёт в комплекте с осциллографом в виде щупа, можно измерять максимальное амплитудное напряжение не более 300 В. Для настройки и ремонта сетевых импульсных блоков питания и импульсных преобразователей, широко используемых в последнее время, нужен осциллограф с измеряемым максимальным амплитудным напряжением не ниже 2,5 кВ. Чтобы измерять напряжение такой величины, необходим делитель переменного напряжения с коэффициентом деления менее 0,1.

В журнале "Радио" [1] уже рассказывалось о щупе-делителе для цифрового мультиметра M890G+, увеличивающего предел измерения напряжения до 10 кВ и входное сопротивление до 100 МОм. Этот щуп-делитель сделан на резисторах, его упрощённая схема показана на рис. 1, а его коэффициент деления по напряжению определяется выражением

K= R2/(R1+R2).(1)

Упрощенная схема щупа-делителя

Рис. 1. Упрощенная схема щупа-делителя

 

Резистором R2 является входное сопротивление мультиметра M890G+, которое равно 10 МОм, а резистор R1 - это резистор, обозначенный на схеме в [1] как R1-R4. Коэффициент передачи упомянутого делителя равен 0,1 или 1:10. Таким делителем возможно измерять только постоянное напряжение или очень низкочастотное переменное напряжение (единицы герц). При измерении этим делителем переменного напряжения большей частоты показания прибора будут недостоверны. Причина этого в том, что резистор R1 сопротивлением десятки и сотни мегаом вместе с входной ёмкостью прибора образует интегрирующую цепь. Интегрирующая цепь искажает форму и амплитуду переменного напряжения, что вызывает погрешность в показаниях измерительного прибора. Для корректного измерения переменного напряжения таким делителем его необходимо скомпенсировать по переменному напряжению, подключая параллельно резисторам делителя конденсаторы. Схема скомпенсированного делителя напряжения показана на рис. 2; условие его компенсации:

R1·C1 = R2·C2.(2)

Схема скомпенсированного делителя напряжения

Рис. 2. Схема скомпенсированного делителя напряжения

 

Эта формула приведена в [2]. Коэффициент деления по напряжению этого делителя определяется выражением (1).

Когда резисторов в делителе больше двух, параллельно каждому резистору нужно подключать конденсатор. Значения произведения сопротивления и параллельно включённой к нему ёмкости конденсатора у каждой пары равны.

Схема первого делителя напряжения к осциллографу С1-94

Рис. 3. Схема первого делителя напряжения к осциллографу С1-94

 

Для своего осциллографа С1-94 я сделал два скомпенсированных делителя напряжения. Схема первого делителя с коэффициентом передачи напряжения, равным 0,001 (1:1000), показана на рис. 3. Он позволяет измерять осциллографом напряжение амплитудой до 30 кВ, имеет входное сопротивление 1 ГОм и входную ёмкость около 16 пФ. В делителе для осциллографа сумма сопротивлений R1-R5 соответствует резистору R1, показанному в схеме на рис. 2, а резистор R2 - это входное сопротивление осциллографа. По техническим характеристикам осциллографа его входное сопротивление - 1 МОм. Конденсатор C1, изображённый в упрощённой схеме на рис. 2, эквивалентен конденсаторам C1-C5, показанным в схеме делителя на рис. 3. Конденсаторы C6 и C7 включены параллельно входному сопротивлению осциллографа в 1 МОм. Поскольку применяемые резисторы и конденсаторы имеют определённый допуск, подборкой резистора R5 устанавливают коэффициент передачи 0,001 при постоянном напряжении, а подборкой конденсаторов C6 и C7 проводят компенсацию делителя напряжения при напряжении прямоугольной формы.

Схема второго делителя напряжения к осциллографу С1-94

Рис. 4. Схема второго делителя напряжения к осциллографу С1-94

 

Схема второго делителя напряжения к осциллографу С1-94 показана на рис. 4, его коэффициент передачи равен 0,01 (1: 100), входное сопротивление составляет 100 МОм, а входная ёмкость - около 8 пФ. С помощью этого делителя возможно измерять осциллографом амплитуду напряжения до 4 кВ. Назначение элементов в нём аналогично назначению элементов в делителе, показанном на рис. 3, только их используется меньше. Сумма трёх сопротивлений резисторов R1-R3, каждый из которых номиналом 33 МОм и погрешностью ±10 %, в моём случае оказалась меньше требуемого сопротивления в 99 МОм, и поэтому коэффициент деления всего делителя повысился. Это обстоятельство вынудило применить дополнительный резистор R4, подбирая который, понижают коэффициент передачи до требуемого значения - 0,01. Подбирая конденсатор C4, компенсируют этот делитель при измерении переменного напряжения.

Для подборки конденсаторов и резисторов в изготовленных делителях нужен генератор калиброванных сигналов. Для краткости назовём этот генератор калибратором. В [2] приведена схема калибратора, у которого интервал выходных постоянных и переменных напряжений находится в пределах от 10 мВ до 5 В, форма переменного напряжения - прямоугольная. Такие напряжения слишком малы для калибровки сделанных мной делителей для осциллографа, потому что напряжение с этого калибратора на входе осциллографа С1-94, сниженное любым из сделанных делителей, становится ниже минимальной его чувствительности, которая составляет 0,01 В/деление. Поэтому потребовался другой калибратор с выходным напряжением значительно больше 5 В. При выходном напряжении амплитудой 100 В появляется возможность наладить и проверить сделанные мной делители 1:100 и 1:1000. Если подать напряжение 100 В через делитель 1: 1000 на вход осциллографа, на его входе будет напряжение 0,1 В. При чувствительности осциллографа "0,02 В/дел." луч на его экране отклонится на пять делений. Если же подать напряжение 100 В через делитель 1:100 на вход осциллографа, там будет напряжение 1 В. При чувствительности осциллографа "0,2 В/дел." луч на его экране переместится на пять делений.

Калибратором с выходным напряжением 100 В можно проверить делитель, поставляемый в комплекте с осциллографом. Этот делитель напряжения размещён на конце кабеля, подключаемого к входному гнезду осциллографа, конструктивно сделанного в виде щупа. На корпусе щупа есть головка, которая вращается и переключает коэффициент деления 1:10 или 1:1. В положении 1:10 головки щупа и подключении к нему 100 В с калибратора луч на экране осциллографа отклонится на пять делений, при его чувствительности "2 В/дел.". Когда головка щупа находится в положении 1:1, допустимое амплитудное напряжение на входе осциллографа не может быть больше 40 В, и напряжение 100 В на его вход подавать нельзя. Поэтому нужно с калибратора получить ещё одно напряжение, меньшее 40 В. Я выбрал величину напряжения 10 В. В этом случае луч осциллографа отклоняется на те же пять делений, при той же его чувствительности, что была при проверке делителя напряжением 100 В. Форма выходного сигнала импульсного напряжения должна быть прямоугольной, такой, как и в калибраторе из [2]. Почему используются прямоугольные импульсы? Об этом кратко написано в книге [2] и подробно в журнале "Радио" в статье "О чём поведал прямоугольный импульс" [3], а также ещё в книге "Осциллограф - ваш помощник" [4] в главе с таким же названием, как и в выше названном журнале.

Схема калибратора, соответствующего выше описанным требованиям, показана на рис. 5.

Схема калибратора

Рис. 5. Схема калибратора

 

Автор: А. Вишневский, г. Луганск


Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат