Смешанные делители напряжения

Схема замещения демпфированного емкостного делителя представлена на рис. 6.9 и мало отличается от схемы, показанной на рис. 6.7.

Рис. 6.9. Смешанный делитель с последовательно соединенными резисторами и конденсаторами, низковольтное плечо согласовано с кабелем

Однако в ней сопротивление R ₁ в отличие от сопротивления R в схеме, показанной на рис. 6.7, представляет собой не сопротивление проводов и конденсаторов, а специально включаемый демпферный резистор с сопротивлением несколько сотен Ом. Наилучшие результаты получаются, если это сопротивление выбрано несколько меньше волнового сопротивления колебательного контура делителя. В этом случае реакция на прямоугольный импульс имеет сильно затухающую колебательную форму с небольшим выбросом. Предельное значение τ в таком режиме:

,

где L ₁ – индуктивность высоковольтного плеча делителя.

Резистор R ₁ выполняется на полное рабочее напряжение и обычно служит одновременно для присоединения делителя к объекту испытаний.

Дальнейшее улучшение передаточных свойств достигается включением резистора R ₂ с небольшим сопротивлением в измерительную часть делителя. При этом должно соблюдаться условие:

. (6.3)

Такой делитель носит название смешанного с последовательным соединением емкостей и сопротивлений. Наилучшие передаточные свойства делителей высокого напряжения достигнуты именно при таких схемах. Часто сопротивление R ₁ конструктивно распределяется между отдельными конденсаторами, последовательно соединенными и образующими емкость С ₁. В качестве примера конструктивного выполнения таких делителей на рис. 6.10 приведен эскиз делителя на напряжение 200 кВ.

По такому же принципу строятся делители и на более высокие напряжения, имеющие время реакции на прямоугольный импульс до 10 нс. Элементы делителя R ₂ и С ₂ имеют конечные индуктивности, и для получения малых искажений нужно стремиться к тому, чтобы отношение общей индуктивности делителя L = L ₁ + L ₂ к индуктивности измерительного плеча делителя L ₂ было равно коэффициенту деления. Однако практически это осуществить трудно по двум причинам. Во-первых, делители высокого напряжения обычно имеют большой коэффициент деления и технически сложно выполнить измерительное плечо делителя с требуемой малой индуктивностью. Во-вторых, индуктивность L не остается постоянной при изменении схемы измерений и каждый раз может потребоваться подстройка измерительной схемы.

Для идеального же делителя напряжений в области высоких частот нужно соблюдать следующие условия:

.

Если эти условия соблюдаются, то время реакции на прямоугольный импульс минимально и определяется искажениями в измерительном кабеле и особенностями распространения электромагнитной волны вдоль делителя напряжения.

Улучшение характеристик емкостного делителя напряжения в области низких частот достигается включением параллельно емкостям C ₁ и C ₂ резисторов R ₁ и R ₂, как показано на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Смешанный делитель напряжения с параллельным соединением резисторов и конденсаторов

Для согласования измерительного кабеля в его начале может быть включен резистор R_с, сопротивление которого равно волновому сопротивлению кабеля. При этом сопротивление, равное волновому, может быть дополнительно включено в конце кабеля у высокоомного входа осцилографа. При такой схеме, как и при последовательном соединении резисторов и конденсаторов, должно соблюдаться условие (6.3), в котором сопротивление R ₂ заменяется на полное сопротивление нижнего плеча делителя.

Значение C ₁ смешанных делителей выбирается так же, как и для чисто емкостного делителя. Значение R ₁ может быть значительно больше, чем для омического делителя, поскольку влияние емкости самого резистора относительно земли в смешанном делителе незначительно.

В широкополосных делителях высокого напряжения используют одновременное подключение резисторов параллельно и последовательно с конденсаторами. Так, в универсальных делителях (рис. 6.12) имеется демпферный резистор, элементы которого распределены между плечами делителя. Вместе с конденсаторами C ₁ и С ₂ резисторы R ₁ и R ₂ образуют последовательный смешанный делитель. Параллельно этому делителю включены резисторы R´ ₁ и R´ ₂, обеспечивающие компенсацию стекающего заряда с емкости С ₂ через входное сопротивление осциллографа при регистрации длительных или постоянных напряжений.

Рис. 6.12. Широкополосный делитель напряжения