VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT ALTERNATIV

VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT ALTERNATIV

Voltmetrele electronice de curent alternativ sunt formate in principiu din doua parti distincte: partea de detectie, care transforma semnalul alternativ de masurat intr-un semnal continuu proportional cu acesta, si partea de masurare propriu-zisa.

Cele mai simple voltmetre electronice de curent alternativ se pot realiza dintr-un circuit de detectie si un instrument indicator magnetoelectric, ca in figura 6a. Pentru a obtine rezistente mari de intrare, este necesar ca in circuitul de detectie sa se foloseasca rezistente foarte mari, de ordinul megohmilor sau zecilor de megohmi, ceea ce determina un curent foarte mic prin aparatul de masurat, care in consecinta trebuie sa fie foarte sensibil. Pentru a evita folosirea unui astfel de aparat, care este foarte costisitor, voltmetrele electronice de curent alternativ sunt prevazute de obicei si cu un amplificator care poate fi dispus inainte (fig.6b) sau dupa circuitul de detectie (fig.6c).

Pentru obtinerea unor aparate cu mai multe intervale de masurare, se folosesc divizoare de tensiune, iar pentru asigurarea unor impedante de intrare foarte mari, inaintea amplificatoarelor se pot folosi circuite de intrare realizate cu montaje repetor pe emitor sau cu tranzistoare cu efect de camp.

1.VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT ALTERNATIV CU DIODE FARA AMPLIFICARE

Voltmetrele electronice fara amplificare se construiesc cu diode cu vid sau semiconductoare, care realizeaza functia de detectie. Aceste voltmetre se utilizeaza rar in practica, dar circuitele de detectie cu diode sunt folosite frecvent in voltmetrele cu amplificare. Voltmetrele electronice cu diode pot masura, in mod obisnuit, valori medii ale tensiunii sau valori de varf (maxime).

a)     VOLTMETRE ELECTRONICE CU DIODE, DE VALORI MEDII

Voltmetrele de valori medii cu diode sunt formate dintr-un instrument indicator magnetoelectric, o rezistenta R de valoare foarte mare si o dioda. Dioda poate fi montata in serie (fig.7a) sau in paralel fata de rezistenta R si de instrumentul indicator. Varianta in paralel nu se foloseste in practica, intrucat in una dintre alternante, cand dioda conduce, scurtcircuiteaza intrarea voltmetrului, desi micsoreaza foarte mult rezistenta de intrare.

In cazul variantei serie, daca se aplica la intrare o tensiune alternativa u=f(t), in timpul alternantei in care pe anodul diodei se aplica o tensiune pozitiva, aceasta conduce si prin circuit va trece un curent a carui intensitate i va urmari variatiile tensiunii aplicate la intrare (fig.7b):

i= (5)

In relatia (5) s-a notat cu rezistenta instrumentului indicator iar cu - rezistenta diodei in stare de conductie. Ambele rezistente fiind foarte mici, se pot neglija fata de .

Cand se schimba alternanta si pe anodul diodei se aplica o tensiune negativa, aceasta nu conduce si, in consecinta, curentul prin circuit este nul. Deci, la aplicarea unei tensiuni alternative la intrarea voltmetrului, prin instrumentul indicator va trece un curent pulsatoriu. Cuplul activ care ia nastere in aparatul magnetoelectric este proportional cu acest curent dar,datorita inertiei, echipajul mobil nu poate urmari variatiile cuplului activ si va fi actionat de un cuplu mediu proportional cu valoarea medie a intensitatii curentului. Ca urmare, indicatia aparatului magnetoelectric este proportionala cu valoarea medie a intensitatii curentului din circuit, si conform relatiei (5), si cu valoarea medie a tensiunii aplicate la intrare:

(6)

b)     VOLTMETRE ELECTRONICE CU DIODE, DE VALORI MAXIME (DE VARF)

Voltmetrele de valori maxime cu diode se caracterizeaza prin existenta unui condensator C, care se incarca rapid prin dioda cand acesta conduce si se descarca foarte incet cand dioda este blocata, mentinand la bornele sale o tensiune aproximativ egala cu valoarea maxima a tensiunii masurate. Si in acest caz se pot intalni doua variante, cu dioda in serie cu instrumentul indicator (fig.8a) sau cu dioda in paralel (fig.8b). De aceasta data, ambele variante se folosesc in practica.

● In cazul variantei serie, daca se aplica o tensiune alternativa u=f(t) la intrarea montajului, in timpul alternantei pozitive aplicate pe anodul diodei, dioda conduce si condensatorul C se incarca prin rezistenta de conductie a diodei care este de valoare mica. Constanta de timp de incarcare, este mica si condensatorul se incarca rapid, urmand cresterea tensiunii de la intrare (fig.8c).

Cand tensiunea de intrare incepe sa scada, tensiunea pe condensator, aplicata cu "+" pe catodul diodei, devine mai mare decat tensiunea pozitiva aplicata pe anod si, ca urmare, dioda fiind polarizata invers, se blocheaza (momentul t=t₁ pe diagrama din fig.8c). Din acest moment, condensatorul C se descarca prin instrumentul indicator si prin rezistenta R. Deoarece rezistenta R este de valoare foarte mare, constanta in timp de descarcare este mare si condensatorul se descarca lent, pana cand tensiunea aplicata la intrare devine din nou mai mare decat tensiunea de pe condensator (momentul t=t₂). Incepand din acest moment, dioda este din nou polarizata direct si incepe sa conduca, condensatorul C se incarca din nou pana la valoarea mxima a tensiunii aplicate la intrare, apoi din nou tensiunea alternativa incepe sa scada, devine mai mare decat u, dioda se blocheaza, condensatorul se descarca lent, si in acest fel fenomenul se repeta.

Pentru o constanta de timp RC»T_max (T_max fiind perioada corespunzatoare celor mai joase frecvente la care se foloseste voltmetrul), intre doua alternante pozitive condensatorul se descarca foarte putin si tensiunea la bornele lui ramane aproximativ egala cu valoarea maxima a tensiunii de masurat. In acest caz, intensitatea curentului prin instrumentul indicator va fi:

(7)

In relatia (7) s-au facut aproximatiile » ( fiind rezistenta aparatului indicator) si .

● Varianta constructiva cu dioda in paralel are o functionare asemanatoare, care conduce la aceleasi concluzii ca si in cazul variantei serie.

c)     VOLTMETRE ELECTRONICE DE VALORI EFECTIVE

In activitatea practica se folosesc rar voltmetrele gradate in valori medii sau in valori maxime. Cel mai frecvent se folosesc voltmetrele gradate in valori efective.

Se pot realiza si voltmetre, a caror indicatie sa fie proportionala cu valoarea efectiva a tensiunii, oricare ar fi forma de variatie in timp a acesteia, dar schemele unor astfel de aparate sunt mai complicate decat cele ale voltmetrelor de valori medii sau de valori maxime. De aceea, in practica se folosesc voltmetre de valori medii sau de valori maxime, care se gradeaza insa in valori efective.

● Atentie! Aceasta gradare nu este valabila decat in cazul tensiunilor sinusoidale, in cazul altor forme de tensiuni ea ducand la erori de masurare.

In cazul unor tensiuni de forma sinusoidala, u(t)=U_maxsint, valoarea efectiva este . Valoarea medie pe o perioada este zero, dar dupa detectie se obtin impulsuri corespunzatoare unei singure alternante. Valoarea medie pentru o alternanta este . Pe baza proportionalitatii dintre valoarea maxima, valoarea medie si valoarea efectiva, voltmetrele de valori medii sau de valori maxime se pot grada in valori efective.

2.VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT ALTERNATIV CU AMPLIFICARE

Asa cum s-a spus deja, pentru a evita utilizarea unor instrumente indicatoare foarte sensibile se construiesc voltmetre electronice care contin un amplificator montat inaintea circuitului de detectie sau dupa acesta (vezi fig.6b si 6c).

● Voltmetre cu circuitul de detectie la intrare. Circuitul de detectie transforma semnalul de curent alternativ intr-un semnal de curent continuu, care se masoara apoi cu un voltmetru de curent continuu realizat intr-una din variantele prezentate. De exemplu, voltmetrul electronic de curent alternativ reprezentat in figura 9 contine un circuit de detectie format din C₁R₁ si dioda D si un amplificator de curent continuu realizat cu tranzistorul T repetor pe emitor, montat intr-o schema in punte. Instrumentul indicator este montat in circuitul de iesire al amplificatorului. Intre circuitul de detectie si amplificator este intercalat filtrul C₂R₂.

In cazul voltmetrelor care lucreaza la frecvente mari, circuitul de detectie impreuna cu filtrul se realizeaza sub forma unui cap de proba ce se monteaza intr-o carcasa separata, de dimensiuni mici si bine ecranata. Capul de proba se cupleaza la voltmetrul propriu-zis printr-un cordon flexibil si poate fi astfel adus in imediata apropiere a punctului de masurare, cu conexiuni foarte scurte.

● Voltmetrele cu amplificator de curent alternativ la intrare asigura o sensibilitate mai ridicata si o impedanta de intrare mai mare. Dupa amplificare, semnalul alternativ este redresat si masurat cu un instrument indicator magnetoelectric. Astfel se realizeaza milivoltmetre, microvoltmetre si nanovoltmetre electronice de curent alternativ.