VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT CONTINUU

VOLTMETRE ELECTRONICE DE CURENT CONTINUU

Voltmetrele electronice de curent continuu sunt aparate destinate masurarii tensiunilor continue de la 0,1V la 1000V. Folosind sonde de inalta tensiune, utilizarea lor poate fi extinsa pana la zeci de kilovolti.

Principalele cerinte impuse acestor aparate sunt:

a)     impedanta de intrare mare;

b)     erori cat mai mici;

c)     stabilitate in timp cat mai buna;

d)     gama de masurare cat mai mare.

Pentru a satisface primele trei conditii, voltmetrele electronice de curent continuu se realizeaza dintr-un amplificator de curent continuu si un instrument magnetoelectric, conform schemei bloc din figura 1a. Acest ansamblu nu poate lucra insa decat intr-un interval foarte restrans de tensiuni, de la zecimi de volt la cativa volti.

Pentru a acoperi un interval mai mare de masurare, pana la circa 1000V, se realizeaza voltmetre electronice cu mai multe scari. In acest caz, amplificatorul se calculeaza pentru cea mai mica scara, urmand ca la aplicarea unei tensiuni mai mari la intrare, aceasta sa fie redusa corespunzator cu ajutorul unui divizor de tensiune.

In scopul obtinerii unei impedante mari de intrare, inaintea amplificatorului se prevede uneori un circuit de intrare ca in figura 1.b.

Voltmetrele electronice de current continuu pot fi realizate cu tuburi electronice sau cu tranzistoare. In continuare vor fi prezentate cateva tipuri de voltmetre electronice cu tranzistoare.

1.VOLTMETRU ELECTRONIC DE CURENT CONTINUU CU UN    TRANZISTOR

Voltmetrele fiind aparate destinate sa masoare tensiuni, indicatia lor trebuie sa fie proportionala cu tensiunea masurata:

α = KU

● Cel mai simplu voltmetru electronic de curent continuu ar putea fi realizat cu un tranzistor in montaj emitor comun, ca in figura 2. Tensiunea U_x aplicata la intrare produce in circuitul de intrare un curent ce se aplica pe baza tranzistorului T. Daca se noteaza cu rezistenta de intrare a tranzistorului, curentul va fi:

I_B = (1)

Conform ecuatiei fundamentale a tranzistorului in montaj emitor comun

, curentul din colector este de ori mai mare decat curentul din baza, fiind factorul de amplificare in curent in montaj emitor comun si avand valori de ordinul zecilor sau sutelor.

Inlocuind in ecuatia fundamentala expresia lui din relatia (1), se obtine:

I_C = (2)

Miliampermetrul montat in colectorul tranzistorului va avea indicatia proportionala cu :

α = = K₁

Notand si considerand «, se poate scrie:

α = KU_x

Deoarece aparatul indicator montat in colectorul tranzistorului are indicatii proportionale cu tensiunea de masurat, circuitul studiat poate functiona ca voltmetru de curent continuu.

●Voltmetrul prezentat in figura 2 este foarte simplu, dar prezinta o serie de neajunsuri. Astfel, in relatia (2) se observa ca in lipsa unei tensiuni aplicate la intrare, deci cand U_x = 0, respectiv = 0, curentul din colector nu este zero, miliampermetrul mA indicand curentul rezidual .Un alt dezavantaj este faptul ca functionarea tranzistorului este influentata de variatiile de temperatura si de variatiile tensiunii de alimentare. In plus, rezistenta de intrare

= (3)

este mica, de ordinul sutelor de kiloohmi, din cauza valorii mici a rezistentei de intrare a tranzistorului (in cazul montajului emitor comun- de ordinul kiloohmilor).

Voltmetrele electronice moderne sunt realizate dupa scheme electrice mai complexe, in scopul eleminarii dezavantajelor mentionate mai sus si obtinerii unor performante ridicate. Ele se realizeaza cu tranzistoare cu siliciu sau cu circuite integrate.

● Pentru obtinere unei rezistente de intrare de valoare mare, etajul de intrare al voltmetrelor electronice este de obicei de tipul repetor pe emitor (fig.3). In cazul unui astfel de etaj, rezistenta de intrare este de aproximativ (1+) ori mai mare decat rezistenta montata in emitor:

= (4)

unde     este rezistenta de intrare a tranzistorului in montaj emitor comun si are valori de ordinul kiloohmilor. Avand in vedere ca are valori de ordinul zecilor sau sutelor si ca rezistenta din emitor poate fi mai mare, cel putin de ordinul kiloohmilor, se observa ca rezistenta de intrare a etajului repetor este mult mai mare decat rezistenta de intrare a tranzistorului.

● Nota. In voltmetrele electronice moderne, deseori in locul tranzistoarelor bipolare se utilizeaza tranzistoare cu efect de camp, care asigura o rezistenta de intrare foarte mare.

2.VOLTMETRU ELECTRONIC DE CURENT CONTINUU IN PUNTE

Pentru compensarea curentului rezidual, in constructia voltmetrelor electronice se pot folosi scheme in punte.

● In figura 4 este reprezentata schema de principiu a unui voltmetru electronic in punte, cu un singur tranzistor. Tranzistorul care are rolul de amplificator de curent continuu, este montat intr-unul dintre bratele puntii, iar instrumentul indicator- pe una dintre diagonale.

In lipsa tensiunii de masurat (U_x = 0), puntea se echilibreaza cu ajutorul rezistentei variabile R₃ si prin instrumentul indicator nu trece nici un curent. Aplicand la intrare o tensiune U_x diferita de zero, se modifica curentul de colector al tranzistorului, ceea ce duce la dezechilibrarea puntii si la aparitia unui curent prin miliampermetrul mA, curent care depinde de tensiunea U_x aplicata la intrare.

Voltmetrele electronice in punte, cu un singur tranzistor, nu asigura o stabilitate buna in timp, datorita influentelor variatiilor de temperatura si variatiilor tensiunii de alimentare asupra tranzistorului. Pentru inlaturarea acestui neajuns, se folosesc montaje simetrice cu doua tranzistoare (fig.5) Daca tranzistoarele se aleg astfel incat sa aiba caracteristici cat mai asemanatoare, datorita montajului simetric variatiile in functionarea celor doua tranzistoare se compenseaza, obtinandu-se astfel o buna stabilitate.