- ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
При обработке измеряемого сигнала, снимаемого с делителя напряжения или шунта, обычно предполагается, что один из выводов, к которому подводится измеряемый сигнал и (t), имеет потенциал земли. Если нет четкого соединения выводов осциллографа с землей, то оно получается при подсоединении измерительного коаксиального кабеля, оболочка которого заземлена. Разумеется, использование кабеля с заземленной оболочкой допускается тогда, когда нет других заземлений в рабочем контуре. В противном случае неизбежно к. з. части элементов рабочего контура. Например, в силовом выпрямителе необходимо измерить крутизну или моменты гашения и зажигания тиристоров, главные выводы которых имеют потенциал относительно земли несколько киловольт. Поэтому требуется осциллограф, питаемый через изолирующий трансформатор. При этом оболочки коаксиальных измерительных кабелей, по крайней мере на низких частотах, и корпус осциллографа не заземляются, так как сигнал снимается с источника, оба вывода которого имеют потенциал относительно земли. Следует отметить, что проведение таких измерений связано с повышенной опасностью для персонала. При высоких частотах, несмотря на электрическое разделение первичной и вторичной обмоток изолирующего трансформатора, играет роль емкость между обмотками. Для достижения хорошей развязки (снижения влияния емкостной связи обмоток) в таких трансформаторах предусматривается электростатический заземленный экран [536].
Разность потенциалов между двумя выводами, каждый из которых имеет некоторый потенциал относительно земли, называют синфазным напряжением (сигналом) [43, 44, 46]. Существует возможность устранить синфазные помехи с помощью дифференциального усилителя [43—45, 47], который измеряет лишь приходящий по двум проводам полезный сигнал. Синфазные сигналы, имеющие на разных проводах одинаковую фазу и амплитуду, взаимно компенсируются. Свойство дифференциального усилителя подавлять синфазные сигналы называют синфазным подавлением и характеризуют коэффициентом синфазного подавления (отношением синфазного напряжения на входе осциллографа к напряжению отклонения луча на экране, вызванного этим напряжением). Например, для дифференциального усилителя на 50 МГц входного выносного аттенюатора (пробника) «Tektronix Р 6046» коэффициент синфазного подавления равен 1000 : 1 во всем диапазоне рабочих частот. Обычно коэффициент синфазного подавления непостоянен. С увеличением амплитуды и частоты сигнала он падает. Кроме того, несимметрия измерительных проводов, например у измерительного пробника, вызывает особенно сильное при высоких частотах снижение коэффициента синфазного подавления, так как поступающий от источника синфазный сигнал вследствие различия падения напряжения на отдельных проводниках на входе усилителя имеет отличия в фазе и амплитуде. Разница усиливается вместе с полезным сигналом.
Рис. 28. Заземления при измерениях с помощью дифференциального усилителя [43]:
1 — источник сигнала; 2 — дифференциальный усилитель
На рис. 28 показана схема включения дифференциального усилителя. Измеряемый сигнал ии (/) передается на вход усилителя либо по двум одинаковым пробникам, либо по двум согласованным на концах одинаковым кабелям. В этом случае дифференциальный усилитель должен иметь два коаксиальных разъема для присоединения кабеля. Экраны измерительных проводов заземляются на корпусе осциллографа, а на конце у источника измеряемого напряжения связываются между собой. Оба экрана кабелей образуют короткозамкнутый виток, устраняющий возможные наводки в петлях жилы кабелей — источник сигнала—осциллограф. Дополнительное заземление разрядного контура у входов кабелей, требуемое по условиям техники безопасности, в этом случае допустимо, поскольку оно не сказывается на измерениях дифференциальным способом. Передача измеряемого сигнала по согласованным кабелям рекомендуется при измерениях тока с использованием низкоомных шунтов и при всех других измерениях, при которых сопротивление источника сигнала меньше или равно волновому сопротивлению кабеля. Источники с высоким внутренним сопротивлением и устройства для измерения высоких напряжений требуют использования хорошо согласованных пробников и делителей напряжения. При недостаточной компенсации синфазного сигнала или при его большом значении рекомендуется применять нетрадиционные методы измерений (см. гл. 5).
