боры позволяют измерять переменные напряжения с частотой до 5 МГц и даже до 100 МГц (ВЗ-59) с погрешностью в ограниченном диапазоне частот на уровне единиц процентов (вольтметры Ф584, ВКЗ-61, ВЗ-59 - 0,5%).

В приборах СЗН широко используют электротеиловые квадраторы на основе подогреваемых р-п-переходов [10]. Интегральное исполнение позволяет получить пару термоэлементов с очень высокой идентичностью характеристик, а значит, и малой погрешностью при применении их в -схеме, реализующей способ взаимообратных преобразований. Так, мультиметр РМ 2-527 фирмы Philips имеет предел допускаемой основной погрешности (0,2+0,2С/к/fjc) % в диапазоне частот 30 Гц-100 кГц [43]. Вольтметры 8920А„ 8921А и 8922А [44, 45] фирмы Fluke имеют погрешность, не превышающую 0,5% в диапазоне частот 50 Гц - 200 кГц и 5% в диапазоне 2 Гц - 20 МГц.

В [46] описан ПСЗН, построенный на основе термочувствительных резисторов с косвенным подогревом. Выходным сигналом таких инерционных квадраторов является приращение сопротивления, поэтому для сравнения квадратов входного и выходного напряжений ПСЗН термочувствительные резисторы включены в смежные плечи мостовой схемы. Достоинством этого ПСЗН является то, что мост питается переменным напряжением и поэтому в качестве ОУ используется усилитель переменного тока.

В преобразователе, описанном в [47], квадраторами служат электростатические механизмы. В нем, по существу, сравниваются вращающие моменты, пропорциональные квадратам входного и выходного напряжений ПСЗН.

В [10] рассматривается ПСЗН, построенный на микросхемах умножителей с переменной крутизной 525 ПС1. Погрешность схемы на уровне 2%, полоса пропускания 600 кГц, входное напряжение лежит в пределах ±10 В.

Известны схемы ПСЗН на полевых транзисторах, используемых в качестве квадраторов [48]. В таких схемах применяют согласованные пары полевых транзисторов, что позволяет в значительной мере скомпенсировать высокую температурную нестабильность и разброс их характеристик. Транзисторные сборки К504 НТ1А и КПС104А [35] позволяют создавать ПСЗН с погрешностью 1% и частотным диапазоном до нескольких десятков МГц.

В приборе Ф4852 преобразователь среднеквадратического значения напряжения в интервал времени построен на основе квадратичного преобразователя напряжения в частоту (КПНЧ). Упрощенно работу ПСЗН можно представить следующим образом. Вначале в течение одного периода Т измеряемого напряжения Ux в счетчике суммируют выходные импульсы КПНЧ, а затем, вычитается число импульсов, соответствующее начальной частоте КПНЧ. В результате в счетчике фиксируется число

о о о

где f{Ux) - частота следования импульсов КПНЧ; Ci - константа. Затем содержимое- счетчика списывается импульсами, частота следования /г которых линейно изменяется от вземени t, причем скорость изменения пропорциональна периоду Т, т. е. f2=C2tT, где С2 - константа.

Время Тс, в течение которого содержимое счетчика уменьшает-

ся до нуля, можно найти из равенства Г f2dt-N, т. е. f C2tTdt= т

-ci J Ux4t, отсюда о

о

где с = Ycjc.

Прибор измеряет напряжения в частотном диапазоне 4 Гц - 5 кГц с погрешностью, не превышающей 0,2%. Допускаемый коэффициент нелинейных искажений равен 50%.

В схеме 3 (табл. 1.1) на один вход умножителя поступает напряжение, пропорциональное сумме напряжений Ыж и У, а на второй -- их разности. Умножитель Ум через ФНЧ соединен со входом ОУ, на который поступает напряжение, пропорциональное - (Wv-У). При коэффициенте усиления ОУ 1

Такой ПСЗН описан в [1]. Там же рассматривается модифицированная схема, в которой вместо ФНЧ и ОУ используется интегратор.

В схеме 3 по сравнению со схемой 2 добавляются погрешности суммирующего и вычитающего устройств, хотя они частично компенсируются; преимущество схемы 3 заключается в использовании только одного умножителя вместо двух.

Частотная погрешность схем 2 и 3 не зависит от уровня входного сигнала, но эти схемы имеют составляющую погрешности l/{coUx) (см. табл. 1.2), резко возрастающую при уменьшении измеряемого напряжения. Поэтому все рассмотренные ПСЗН имеют сравнительно узкий динамический диапазон входных сигналов. • Но диапазон их рабочих частот не зависит от уровня измеряемого напряжения.

Преобразователи, реализующие алгоритм вычисления У=

= с2ы У. Такие ПСЗН называют преобразователями неявного вычисления. Они могут быть построены по трем структурным схемам 4-6 (см. табл. 1.1).

В схеме 4 на входы умножителя Ум поступают: измеряемое напряжение Ux и напряжение CpUx/Y с выхода делителя. Постоянная составляющая напряжения на выходе умножителя, выделяемая

с помощью ФНЧ, определяется выражением

У-СрСуСфНх/У.

Отсюда

где с =/СдСуСф.

В схеме 5 входной сигнал последовательно подвергается операциям квадрирования, деления и фильтрации. В схеме 6 после квад-рирования вначале производится фильтрация, а потом деление.

Преобразователь СЗН, рассматриваемый в [20], построен по схеме 4. Б нем используется множительно-делительное устройство на основе управляемых сопротивлений (полевые транзисторы). Частотные свойства таких схем определяются частотными характеристиками ОУ. Б ПСЗН, описанном в [20], применяют ОУ с малым потреблением мощности от источников питания, при этом в частотном диапазоне до 20 кГц погрешность преобразования не превышает 0,5%- Дополнительная погрешность при изменении коэффициента амплитуды от 1 до 3 не превышает 0,3%. Мощность, потребляемая преобразователем от источника питания, составляет 30 мВт.

Такие ПСЗН используют в цифровом мультиметре с автономным питанием Щ4316, в анализаторе формы сигнала Ф4310 и в других устройствах.

Преобразователи, базирующиеся на схеме 4, строят также на основе время-импульсных множительно-делительных устройств [49]. Например, микросхема КМП817ХА2 имеет предел допускаемой основной погрешности 0,2% в диапазоне частот от 40 Гц до 10 кГц при коэффициенте амплитуды входных сигналов не более 3. Переход в ней от коммутации напряжений к коммутации токов позволил резко повысить тактовую частоту усредняемых импульсов, доведя ее до единиц мегагерц, что и позволило отодвинуть верхнюв? границу частотного диапазона измеряемого напряжения до

Как видно из табл. 1.2, ПСЗН, построенные по схеме 4, при низкой частоте входного сигнала имеют лишь мультипликативную и аддитивную составляющие погрешности. Составляющая вида l{coUx) отсутствует, поэтому такие преобразователи на низких частотах имеют широкий динамический диапазон входных сигналов - обычно до 20 дБ. Но, как уже отмечалось, наличие частотно-зависимой нелинейности вида P/Ux резко сужает частотный диапазон преобразователя при малых входных сигналах.

В некоторых множительно-делительных устройствах (МДУ) Нельзя отделить часть схемы, .производящую умножение, от части. Производящей деление, т. е. понятие последовательности выполнения операций умножения и деления к ним неприменимо. Следует считать, что в таких МДУ эти операции выполняются одновременно. К таким устройствам относятся квадраторы-делители с кусоч-