Elektrotechnika

6. Elektronické voltmetre

Od vstupu až po výstup je signál spracovávaný a interpretovaný ako analógová veličina, ukazovateľ býva bežný elektromechanický prístroj.  Umožňujú  merať napätie v rozsahu od niekoľko μV do kV, pričom napätie môže byť jednosmerné aj striedavé s frekvenciou meniacou sa od niekoľko Hz do GHz. Pozostávajú  z dvoch hlavných častí: ukazovacej (klasický elektromechanický prístroj) a elektronickej.

6.1 Jednosmerné elektronické voltmetre

Vstupným deličom napätia D možno meniť rozsah prístroja v požadovaných rozpätiach. Za ním je zapojený zosilňovač Z na ktorého výstup sa pripája merací prístroj M. V novších prístrojov sa používajú diferenciálne OZ, kde spätnou väzbou možno riadiť zosilnenie a veľkosť vstupnej a výstupnej impedancie.

Obr. 6.1. Jednosmerný elektronický voltmeter

Na meranie veľmi malých hodnôt napätia sa používajú jednosmerné elektronické voltmetre s modulátorom. Merané napätie U_x sa privádza na modulátor M cez vstupný obvod VO  (delič napätia - filter) v ktorom nastane premena jednosmerného napätia na striedavé. Striedavé napätie sa zosilní v striedavom nízkofrekvenčnom zosilňovači Z a usmerní v detektore D. Výsledne napätie sa odmeria jednosmerným voltmetrom a je úmerné meranému jednosmernému napätiu. 

Obr. 6.2. Jednosmerný elektronický voltmeter s modulátorom

Jednosmerné elektronické voltmetre s operačným zosilňovačom                  

Tranzistorové voltmetre majú ohraničenú citlivosť rádovo stovky mV. Ich vyššia citlivosť je obmedzená použitým zosilňovacím prvkom – tranzistorom. Na meranie napätí rádovo mV treba zosilnenie okolo 1 000. Preto majú priemyselne vyrábané voltmetre integrované obvody – operačné zosilňovače, ktoré dosahujú napäťové zosilnenie s rozpojenou slučkou spätnej väzby 10⁵ až 10⁶.  Príklad zapojenia jednoduchého voltmetra s operačným zosilňovačom. 

Obr. 6.3. Jednosmerný  elektronický voltmeter s operačným zosilňovačom

6.2 Striadavé elektronické voltmetre

Striedavé elektronické voltmetre obsahujú tri základné časti a to usmerňovač, zosilňovač a merací prístroj. Podľa spôsobu zapojenia ich delíme na voltmetre  usmerňovač-zosilňovač a voltmetre  zosilňovač-usmerňovač. 

Usmerňovač-zosilňovač

Obr. 6.4. Usmerňovač-zosilňovač

Označujú sa tiež ako diódové, pretože majú na vstupe diódu.  Umožňujú meranie striedavých hodnôt napätí vysokých frekvencii, rádove až GHz. Ich nevýhodou je nelinearita charakteristiky diódy na začiatku. Používajú sa na meranie napätí až od 1V.   

Zosilňovač-usmerňovač 

Obr. 6.5. Zosilňovač-usmerňovač

Používajú sa ako milivoltmetre a vzhľadom na požiadavky na striedavý zosilňovač možno nimi merať maximálne do frekvencie desiatok MHz.