Un voltímetro electrónico analógico utiliza un amplificador electrónico para mejorar el rendimiento de un voltímetro electromecánico. Por ejemplo, un voltímetro electrónico tiene una resistencia de entrada mucho más alta que un instrumento electromecánico, por lo que el efecto de carga del voltímetro se reduce considerablemente.
Además, los niveles de voltaje que normalmente son demasiado bajos para medir en un instrumento electromecánico se pueden aumentar a niveles medibles en un instrumento electrónico.
Funcionamiento del voltímetro electrónico
El circuito básico de un tipo de voltímetro electrónico analógico se muestra en la Figura 1. Este circuito en particular consta de tres etapas: atenuador de entrada, amplificador electrónico y etapa de voltímetro electromecánico.
Fig.1: Diagrama de circuito de un voltímetro electrónico (diagrama de bloques)
Tenga en cuenta el gran símbolo gráfico triangular que se usa comúnmente para representar un amplificador. Observe también el pequeño símbolo triangular que representa la masa de la herramienta.
Un atenuador de entrada es simplemente un divisor de voltaje que divide (o atenúa) los altos voltajes de entrada a niveles medibles.
El amplificador tiene una resistencia de entrada muy alta, por lo que hay poco efecto de carga en las resistencias del atenuador. También tiene una baja resistencia de salida para proporcionar la corriente requerida por la etapa electromecánica del voltímetro.
refuerzo
El amplificador tiene una ganancia (o amplificación) de voltaje de 1, lo que significa que una entrada de 1 V produce una salida de 1 V. Por lo tanto, su función es solo ofrecer una resistencia de entrada alta y una resistencia de salida baja. En este caso, se dice que es un amortiguador entre el atenuador y las etapas de medición de voltaje; por lo tanto, se llama amplificador de búfer.
Una tensión de alimentación continua (VCC(b) suministro al amplificador, que puede provenir de una batería o fuente de alimentación contenida en el instrumento. El funcionamiento del amplificador no puede entenderse hasta que se hayan estudiado los dispositivos electrónicos.
Voltímetro electromecánico de paso
La etapa de medición de voltaje electromecánico generalmente está diseñada para proporcionar un medidor FSD para una salida de amplificador de 1 V. Dado que el amplificador tiene una ganancia de 1, su voltaje de salida (V0) igual a la entrada (Vyo) del búfer. Así, el contador FSD se obtiene cuando el atenuador produce una salida de 1 V.
atenuador
El interruptor atenuador es el interruptor de selección de rango del voltímetro. Con el interruptor en la posición A, se pasa una entrada de amortiguamiento de 1 V a la etapa de medición de voltaje para dar FSD. Este (1 V) es el voltaje de entrada máximo que se puede medir cuando el interruptor está en la terminal A. Por lo tanto, la posición A del interruptor selector de rango se identifica como la posición de rango de 1 V. [see Figure 2].
Fig.2: Selección del rango del voltímetro electrónico
Cuando el interruptor selector está en la posición D, el teorema del divisor de voltaje da la salida del atenuador como:
[{{V}_{i}}=Etimes frac{{{R}_{4}}}{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}]
[{{E}_{max }}={{V}_{i}}times frac{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}{{{R}_{4}}}]
Para FSD, Vyo =1V. Por lo tanto, el voltaje de entrada es máximo.
[{{E}_{max }}=1times frac{800+100+60+40}{40}=25V]
Como se muestra en la Figura 13-11(c), la posición D del interruptor proporciona un rango de voltímetro de 25V.
Un ejemplo de un voltímetro electrónico.
Calcule la resistencia de entrada del voltímetro de la figura 13-11(a) si la resistencia de entrada del amplificador no tiene efecto sobre el atenuador. También determine el rango del voltímetro en las posiciones B y C del interruptor selector de rango.
La solución
$begin{align} & R={{R}_{1}}+{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}} &=800+100+60+40=1text{M }!!Omega!!text{ }end{alinear}$
En el puesto B,
[{{E}_{max }}={{V}_{i}}times frac{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}{{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}]
[{{E}_{max }}=1times frac{800+100+60+40}{100+60+40}=5V]
En la estación C,
[{{E}_{max }}={{V}_{i}}times frac{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}+{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}{{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}]
[{{E}_{max }}=1times frac{800+100+60+40}{60+40}=10V]
La ventaja de la solución del tipo de voltímetro electrónico descrito anteriormente (en comparación con un voltímetro electromecánico) es que tiene una alta resistencia de entrada (1MΩ). Sin embargo, el rango del instrumento puede extenderse para medir niveles de bajo voltaje configurando el amplificador para que tenga una ganancia de voltaje superior a 1. Por ejemplo, si el amplificador tiene una ganancia precisa de 10, una entrada de 100 mV al atenuador produce una salida de amplificador de 1 V. Por lo tanto, la escala del instrumento se puede calibrar para un FSD de 100 mV.
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