Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного прибора. Электронные аналоговые вольтметры позволяют производить измерения в широком диапазоне напряжений и частот [2, 5].

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 18,а. Измеряемое напряжение U_x подается на входное устройство ВхУ, представляющее собой многопредельный высокоомный делитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на усилитель постоянного тока УПТ и далее – на измерительный прибор V. Делитель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряжение до значений, необходимых для нормальной работы прибора. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высокого сопротивления входной цепи вольтметра с низким сопротивлением рамки измерительного механизма магнито-электрического прибора. Высокое входное сопротивление электронного вольтметра (несколько десятков мегаом) позволяет производить измерение напряжения в высокоомных цепях без заметного потребления мощности от объекта измерения. Диапазон измеряемых напряжений постоянного тока – от десятков милливольт до нескольких киловольт.

Электронные вольтметры постоянного тока для измерения малых напряжений выполняются по схеме рис. 18,б. В таких приборах постоянное измеряемое напряжение вначале преобразуется модулятором М в переменное, а

Рис. 18. Электронные вольтметры постоянного тока

Рис. 19. Электронные вольтметры переменного тока

далее усиление измеряемого сигнала осуществляется усилителем переменного тока У, что позволяет достичь больших значений коэффициента усиления и снизить порог чувствительности до нескольких микровольт. Выпрямленное выпрямителем (детектором) В, напряжение подается на стрелочный прибор V. Это позволяет получить электронные микровольтметры постоянного тока с рабочим диапазоном 10^-8 – 1 В.

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по двум структурным схемам, представленным на рис. 19. В первой схеме (см. рис. 19,а) измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное детектором В, а затем усиливается усилителем постоянного тока УПТ и воздействует на измерительный механизм. Во второй схеме (см. рис. 19,б) усиление производится на переменном токе и лишь затем, предварительно усиленный сигнал, выпрямляется детектором и отклоняет стрелку измерительного механизма. Эти схемы дополняют друг друга. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. Вольтметры, построенные по первой схеме, позволяют измерять напряжение переменного тока в широком частотном диапазоне (10 Гц – 1000 МГц), но не дают возможности измерять напряжения меньше нескольких десятых долей вольта, так как детектор выпрямляет только достаточно большие напряжения.

Вторая схема позволяет строить более чувствительные вольтметры, нижний предел измерения которых составляет всего лишь единицы микровольт. Однако такие приборы имеют меньший частотный диапазон, поскольку частотный диапазон усилителя переменного тока трудно сделать достаточно широким.

В зависимости от применяемой схемы выпрямления вольтметры подразделяются на вольтметры средневыпрямленного, амплитудного и среднеквадратического значения.

Электронные вольтметры обладают рядом ценных качеств. Они имеют большое входное сопротивление, поэтому потребляют малую мощность от цепи, в которой производятся измерения. Диапазон их рабочих частот – от нуля до сотен мегагерц, значения измеряемых напряжений – от нескольких микровольт до киловольт.

К недостаткам электронных вольтметров относятся невысокая точность, обусловленная недостаточной стабильностью электронных элементов. На электронные вольтметры установлены классы точности от 0,1 до 2,5. Обычные классы 1,5; 2,5.

Вольтметры средневыпрямленного значения и амплитудные вольтметры имеют также погрешности, зависящие от формы кривой тока. По принципу действия они реагируют на средневыпрямленное и амплитудное значения, но для удобства работы обычно градуируются в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения. Такая градуировка может быть произведена только для определенной формы кривой тока, обычно синусоидальной. Поэтому вольтметры средневыпрямленного и амплитудного значений дают правильные показания только при синусоидальной кривой измеряемого напряжения. Если кривая отличается от синусоиды, погрешности могут возрастать до десятков процентов.

Описанные выше электромеханические и электронные приборы являются показывающими и использующими метод непосредственной оценки. Они удобны в работе и имеют малое время измерения, однако обладают сравнительно большими погрешностями.

Для выполнения измерений повышенной точности применяют более сложные приборы. Они выполняются по схемам уравновешивания и используют метод сравнения. К таким приборам относятся компенсаторы (потенциометры) и измерительные мосты.