Измерительный преобразователь напряжения произвольной формы для широкополосного вольтметра переменного тока

Измерение напряжения переменного тока является одним из наиболее распространённых видов измерений в различных областях науки и техники. Для оценки уровня напряжения переменного тока применяются вольтметры переменного тока, которые позволяют регистрировать амплитудные, средние и/или среднеквадратические значения (СКЗ) напряжения. Среди этих средств измерений особо значимы вольтметры СКЗ напряжения, т. к. СКЗ – фундаментальная физическая характеристика электрического сигнала, являющаяся истинной мерой мощности. Широкое распространение сигналов несинусоидальной формы обуславливает необходимость создания вольтметров для прямого измерения СКЗ, основным узлом которых является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения (ПСКЗ ). Анализ существующих технических решений показывает, что для высокоточного измерения СКЗ напряжения произвольной формы со спектром в полосе частот от 20 Гц до 20–50 МГц целесообразно применение ПСКЗ с термоэлектрическим преобразователем (ТЭП). Такой ПСКЗ должен содержать дифференциальный полупроводниковый ТЭП и входной широкополосный усилитель напряжения с малой нелинейностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Целью работы являлась разработка измерительного ПСКЗ напряжения произвольной формы, при которой особое внимание уделено модернизации ТЭП и уменьшению погрешности ПСКЗ за счёт коррекции АЧХ входного усилителя и введения автоматической калибровки выходного напряжения. В статье описаны особенности полупроводниковых кристаллов и конструктивного исполнения ТЭП в виде микросхемы и микросборки, результаты измерений параметров ПСКЗ и элементов ТЭП. Отмечено существенное влияние АЧХ входного усилителя и напряжения смещения нуля транзисторов ТЭП на погрешность ПСКЗ. Модернизация входного усилителя и введение автоматической калибровки выходного напряжения обеспечили погрешность преобразования синусоидального сигнала менее 1 % в диапазоне от 20 Гц до 50 МГц.

1. Нефедов, В.И. Метрология и радиоизмерения / В.И. Нефедов, А.С. Сигов, В.К. Битюков и др.; под ред. профессора В.И. Нефедова. – М. : Высшая школа, 2006. – 526 с.

2. Аминев, А.В. Измерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие для вузов / А.В. Аминев, А.В. Блохин; под общей редакцией А.В. Блохина. – Москва: Издательство Юрайт, 2024. – 223 с.

3. Дворников, О.В. Микроэлектронные преобразователи переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения. Часть 2 / О.В. Дворников // Компоненты и технологии. – 2005. – № 1. – С. 34–39.

4. Дворников, О.В. Микроэлектронные преобразователи переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения. Часть 1 / О.В. Дворников // Компоненты и технологии. – 2004. – № 9. – С. 62–69.

5. Дворников, О.В. Микроэлектронные преобразователи переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения. Часть 3 / О.В. Дворников // Компоненты и технологии. – 2005. – № 2. – С. 84–93.

6. Klonz, M. Current developments in accurate ACDC transfer measurements / M. Klonz // Proceedings of Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest, Boulder, CO, USA. – 1994. – P. 358. DOI: 10.1109/CPEM.1994.333360

7. Stott, H.L. A Multirange Standard for AC/DC Difference Measurements / H.L. Stott // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 1986. – Vol. IM35. – No. 4. – Pp. 387–391. DOI: 10.1109/TIM.1986.6499103

8. Katzmann, F.L. Recent Improvements to an Automated Precision Wide-Band AC-DC Transfer Standard / F.L. Katzmann // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 1987. – Vol. IM-36. – No 2. – Pp. 312–319. DOI: 10.1109/TIM.1987.6312693

9. Nicolae, D.V. Characterization and modeling of an RMS-DC solid-state thermal converter / D.V. Nicolae, E. Golovins // 2016 International Semiconductor Conference (CAS). – 2016. – Pp. 113–116. DOI: 10.1109/SMICND.2016.7783055

10. Pogliano, U. Reconfigurable Unit for Precise RMS Measurements / U. Pogliano, B. Trinchera, F. Francone // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2009. – Vol. 58, No. 4. – Pp. 827–831. DOI: 10.1109/TIM.2008.2007054

11. Martincorena-Arraiza, M. A 1.2 V CurrentMode RMS-to-DC Converter Based on a Novel TwoQuadrant Electronically Simulated MOS Translinear Loop / M. Martincorena-Arraiza [et al.] // 2020 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Seville, Spain. – 2020. – Pp. 1–1. DOI: 10.1109/ISCAS45731.2020.9180764

12. Sharifipoor, O. True RMS-DC converter based on Differential Difference Current Conveyor / O. Sharifipoor [et al.] // 2015 International Symposium on Signals, Circuits and Systems (ISSCS), Iasi, Romania. – 2015. – Pp. 1–4. DOI: 10.1109/ISSCS.2015.7203936

13. Галкин, Я.Д. Прецизионный преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения / Я.Д. Галкин, О.В. Дворников, В.А. Чеховский // Доклады БГУИР. – 2024. – Т. 22. – № 1. – С. 30–38. DOI: 10.35596/1729-7648-2024-22-1-30-38