Багатограничні подільники напруги

Рис.2.7 Багато граничні подільники напруги

а, б-подільники напруги з перемикачем на виході і перемикачем на вході,

в-подільник напруги з заземленим перемикачем на виході.

Для розширення меж вимірювання напруги застосовують багатограничні подільники напруги (рис2.7).

Для схеми рис.2.7а коефіцієнт ділення для і-стану перемикача:

, де .

Вхідний опір такого подільника при навантаженні .

Вихідний опір залежить від стану перемикача і визначається як паралельне з′ єднання резисторів двох гілок. Так якщо перемикач знаходиться в положенні 2, то . При цьому враховано, що джерело напруги під′ єднано імає нульовий внутрішній опір.

Недоліком подільника за рис. 2.7а є те, що його вихідний опір змінюється при зміні стану перемикача. В ряді випадків це впливає на роботу подальшої схеми, наприклад, змінюється глибина зворотнього зв'язку підсилювача, що під′ єднаний до виходу подільника, це призводить до зміни його АЧХ і, відповідно, до зміни частотних похибок каналу, що небажано.

Цей недолік можна виправити, якщо розрахувати і приєднати додаткові резистори до виходів подільника так, як показано пунктирними лініями на рис.2.7а.

На рис. 2.7б зображено подільник напруги з вхідним перемикачем. Коефіцієнт ділення визначається, наприклад, для .

Вхідний опір залежить від стану перемикача, наприклад, для при при . Вихідний опір також залежить від стану перемикача і

для при нульовому опорі джерела .

Якщо подільники рис.2.7 використовують тільки для змінного струму, то вмикають роздільний конденсатор , який розраховується за виразом (2.3).

Для компенсації частотних похибок цих подільників, так як і для схеми рис.2.4, використовують корегуючі конденсатори, які під′ єднують, паралельно резисторам. При розрахунках цих елементів використовують вираз (2.2).

На рис. 2.7в зображено подільник напруги фірми Ньюлет Паккард з заземленим перемикачем на виході. Його коефіцієнт ділення для постійного струму:

, ,

де - паралельне з'єднання і одного з резисторів розташованих праворуч від .

Вхідний опір для , для ,

Вихідний опір змінюється залежно від стану ключів , . Для компенсації частотної похибки застосовані корегуючі конденсатори .

Перевагою такого подільника є високий і майже незмінний вхідний опір, заземлений перемикач. Елементи , не впливають на елементи R₃, С₃, що важливо при настроюванні такого подільника.

Важливою перевагою цієї схеми є природній захист подальшої схеми від перевантаження призначному , тому, що складає одиниці ібільше МОм.

Приклад 1: Розрахувати подільник напруги за схемою рис. 2.7а, при таких даних: коефіцієнти ділення (0, -20, -40, -60} дБ, МОм, на частоті 20 Гц. Знайти частотну похибку від впливу ємності навантаження С_н = 5 пФ, вважаючи, що R_н→ ∞.

1. Вибираємо R ₁, із умови, що R ₁ > R_вх, таким чином R ₁ = 10 МОм.

2. Визначимо R ₂, R ₃, R ₄ізтого, що коефіцієнти ділення повинні бути (-20, -40, -60) дБ або 0, 1; 0, 01; 0, 001. Складемо такі рівняння:

Із першого рівняння 0, 9() = 0, 1 R ₁, = R ₁ /9. Знаменник всіх рівнянь = R ₁ + R ₁/9 = 10 R ₁/9 = 100 /9 (МОм). Тепер система рівнянь перетвориться до такого виду:

=10/9, =1/9, R ₄ ⁼ 1/90.

Звідки знаходимо, що R ₄ = 11, 111 кОм, R ₃=100 кОм, R ₂= 1 Мом. Таким чином маємо стандартні резистори окрім R ₄, який треба скласти з трьох резисторів

11кОм і 110 Ом.

3. Ємність роздільного конденсатора С_p знайдено із виразу (2.3)

4. Знайдемо максимальну частотну похибку від впливу С_н. Максимальна похибка від С_н буде при тому стані перемикача, де найбільший вихідний опір.

Це буде при .

Частотна похибка за виразом (2.1): γ % ≈ 50 ∙ (ω ∙ ∙ 10⁶ ∙ 5 ∙ 10 ^-12) ² = 1, 25 ∙ 10 ^-9ω ²
Так при ω =3∙ 10⁴ γ % = 1, 25% тобто з такою похибкою подільник напруги функціонує в діапазоні від 20 Гц до 5 кГц.