Tín hiệu điện áp xoay chiều và đo điện áp xoay chiều

Các dụng cụ tương tự đo điện áp

 Voltmeter điện tử có thể lắp theo các kiểu mạch khuếch đại khác nhau, chẳng hạn như mạch khuếch đại bằng transistor đơn hay mạch khuếch đại cân bằng, hoặc bằng op - amp.  Mục đích cơ bản của việc sử dụng mạch khuếch đại dc là để có hệ số khuếch đại và điện trở vào cao (tức là có thể đo được các tín hiệu yếu), và để cách ly đồng hồ đo với mạch vào của thiết bị đo (tức là có thể sử dụng đồng hồ chắc chắn hơn và độ nhạy kém hơn).

Đo điện áp xoay chiều

Mạch chỉnh lưu bán kỳ: Hình bên là dạng điện áp đầu vào Ui = Vmsin(ωt) và đầu ra của mạch chỉnh lưu bán kỳ (dòng điện vào chạy trong cả chu kỳ nhưng dòng điện ra chỉ chạy trong nửa chu kỳ). Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ sử dụng 2 diode Diode D1 dẫn trong một bán kỳ còn bán kỳ kia D2 dẫn, vì vậy luôn có dòng qua tải. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ sử dụng cầu diode Diode D1, D3 dẫn trong một bán kỳ còn.

Biết rằng cơ cấu chỉ thị từ điện có dòng chỉ thị lớn nhất là 1mA, nội trở là 0,2KOhm.  Vônmét điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện áp.  Vì yêu cầu điện trở trong của vônmét lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng.

 Để mở rộng và tạo ra vônmét nhiều thang đo thường mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ giống như trong vônmét từ điện.  Để khắc phục sai số tần số mắc các tụ điện song song với các điện trở phụ.  Tạo vônmét điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách mắc song song hoặc nối tiếp hai đoạn cuộn dây tĩnh và nối tiếp các điện trở phụ.

 Cuộn dây tĩnh và động luôn luôn nối tiếp với nhau và nối tiếp với các điện trở phụ RP.

Các dụng cụ đo điện áp chỉ thị số

 Biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux.  Khi mở máy (Start) xung khởi động tác động lên Trigo để mở khoá K và khởi động MFRC làm việc.  Tại thời điểm t1, K mở thông để đưa xung tần số chuẩn từ MFX tới bộ đếm và chỉ thị số.

Đồng thời, MFRC đưa điện áp mẫu Uk đến bộ so sánh để so sánh với điện áp cần đo.  Tới thời điểm t2 khi Ux = Uk, mạch so sánh đưa xung Stop tới trigo, trigo chuyển trạng thái làm đóng khoá K.  Sau đó đo trị trung bình của tần số trong một khoảng thời gian xác định.

Điện áp cần đo được biến đổi thành một dãy xung có chu kỳ lặp lại tỉ lệ với điện áp đo.  Hết thời gian mở cửa, bộ điều khiển phát xung xóa kết quả ở bộ đếm, và bộ đếm lại chuẩn bị chu kỳ mới.  Độ rộng xung điều khiển là τ; chu kỳ của xung clock là Tx; Số xung đi vào bộ đếm trong khoảng thời gian mở cửa là N.

Trong mỗi chu kỳ biến thiên của Uk ta lấy số đo một lần tức là tại thời điểm Ux ≈ Uk ta đọc kết quả của phép đo.  Vônmét số bù tùy động: đại lượng bù Uk thay đổi luôn bám theo sự biến thiên của đại lượng cần đo Ux. Sau đó tín hiệu vào sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số bởi bộ biến đổi tương tự - số (ADC).

Khi điện áp vào lớn hơn so với điện áp mẫu, thì tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ cho mức logic 1, giữ cho cổng AND mở và các xung nhịp sẽ truyền qua cổng AND. Khi điện áp vào bằng với điện áp mẫu, thì tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ cho mức logic 0, cổng AND sẽ đóng và dừng việc đếm. Mức ra của bộ đếm sẽ được chốt và các LED hay tinh thể lỏng sẽ hiển thị giá trị đo.

Đo điện áp bằng phương pháp so sánh

 Thay đổi điện trở Rk để thay đổi Uk bù với điện áp UX cần đo.  Bộ phận mạch đo: gồm điện áp cần đo UX; điện kế chỉ sự cân bằng giữa UX và Uk; một điện trở mẫu Rk.  Nguồn U0, điện trở điều chỉnh Rđ/c và ampemét và phải giữ giá trị IP cố định trong suốt thời gian đo.

 Điều chỉnh con trượt của điện trở mẫu Rk cho đến khi điện kế chỉ 0, đọc kết quả đo trên điện trở mẫu Rk.  Nâng cao độ chính xác của điện thế kế có thể loại trừ ampemét ra khỏi mạch của điện thế kế bằng cách dùng pin mẫu để xác định dòng công tác.  Nhưng nguồn pin mẫu lại bị ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường , do đó để khác phục nhược điểm này , người ta chế tạo điện trở RN sao cho EN /RN là một số tròn.

 Dòng điện công tác IP và mạch đo cũng như các giá trị điện trở RN , RK phải có độ chính xác cao.  Được chế tạo trên nguyên tắc giữ nguyên giá trị điện trở mẫu Rk; thay đổi dòng công tác IP qua Rk để thay đổi giá trị điện áp mẫu Uk (Uk = IP.Rk) bù lại với điện áp cần đo UX(EX).  Điện thế kế một chiều tự động cân bằng giống như các điện thế kế một chiều điện trở lớn khác nhưng ở đây việc cân bằng điện áp cần đo và điện áp mẫu được thực hiện tự động.

 Được sử dụng rộng rãi để đo các đại lượng không điện, thường gặp nhất là đo nhiệt độ thông qua cặp nhiệt ngẫu.