Vacuum Tube Voltmeter (VTVM) به داری چوبک ولتمتر (VTVM)
تعاریف و مرور کلی وولتمتر لوله خلاء (VTM)
وولتمتر لوله خلاء (VTM) به عنوان نوعی از وولتمتر تعریف می‌شود که از لوله‌های خلاء برای تقویت ولتاژ جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) استفاده می‌کند. استفاده از لوله‌های خلاء حساسیت وولتمتر را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف را با دقت شگفت‌انگیزی تشخیص دهد.
وولتمترهای الکترونیکی، از جمله VTM، ابزارهای چندمنظوره‌ای هستند که برای اندازه‌گیری جنبه‌های مختلف ولتاژ الکتریکی، از جمله ولتاژ مستقیم، ولتاژ ریشه میانگین مربع (RMS) و ولتاژ پیک در یک سیستم الکتریکی استفاده می‌شوند. لوله‌های خلاء چند مزیت متمایز از جمله مقاومت ورودی بالا، دامنه فرکانس گسترده و حساسیت استثنایی را ارائه می‌دهند.
یکی از مزایای برجسته VTM، مصرف جریان کم آن نسبت به انواع دیگر مترها است. در VTM، سیگنال اندازه‌گیری مستقیماً به لوله خلاء دستگاه وصل می‌شود. لوله خلاء سیگنال را تقویت کرده و آن را به متر انحرافی منتقل می‌کند که مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده را نمایش می‌دهد.
انواع وولتمتر لوله خلاء
وولتمتر لوله خلاء می‌تواند به انواع زیر تقسیم‌بندی شود:
نوع دیود
وولتمتر لوله خلاء خواندن پیک دیودی
تک تریود
نوع تریود متوازن
نوع تقویت‌کننده مستقیم‌ساز
نوع مستقیم‌ساز تقویت‌کننده
وولتمتر نوع دیود ساده
مدار وولتمتر دیودی
مدار وولتمتر دیودی معمولاً شامل متر کاتوی دائمی (PMMC)، مقاومت بار و دیود لوله خلاء است. دیود لوله خلاء، وقتی در سری با یک مقاومت وصل می‌شود، قدرت سیگنال‌های الکتریکی ضعیف را افزایش می‌دهد. بлагودار به وجود دیود لوله خلاء، سیستم کلی بسیار حساس‌تر از یک وولتمتر استاندارد می‌شود.
برای اطمینان از خواندن ولتاژ دقیق از وولتمتر، حیاتی است که جریان و ولتاژ رابطه مستقیم تناسبی داشته باشند. این امر با استفاده از یک مقاومت سری که به خطی‌سازی پاسخ متر کمک می‌کند، صورت می‌پذیرد. نمودار مدار وولتمتر دیودی لوله خلاء در شکل زیر نشان داده شده است که یک نمای تصویری از ترتیب قرارگیری مؤلفه‌ها و اصول عملیاتی آن را ارائه می‌دهد.
ویژگی‌ها و محدودیت‌های وولتمتر دیودی لوله خلاء
در وولتمتر دیودی لوله خلاء، مقاومت مقاومت سری به طور قابل توجهی بیشتر از مقاومت دیود لوله خلاء است. بنابراین، مقاومت لوله می‌تواند موثر نادیده گرفته شود. این تنظیمات اجازه می‌دهد رابطه خطی بین ولتاژ و جریان در مدار برقرار شود. وقتی تغذیه ورودی اعمال می‌شود، باعث انحراف عقربه متر کاتوی دائمی (PMMC) می‌شود و موقعیت عقربه مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد.
ویژگی‌های کلیدی وولتمتر دیودی لوله خلاء
مقاومت ورودی: مقاومت ورودی وولتمتر معادل با مقدار مقاومت سری است. اگرچه مقاومت‌های ولتاژ بالا استفاده می‌شوند، در واقع حساسیت متر را کاهش می‌دهند. این رابطه بین مقاومت و حساسیت یک جنبه مهم در طراحی و عملکرد متر است.
دامنه فرکانس: دامنه فرکانس وولتمتر دیودی به طور مستقیم تحت تأثیر مقدار مقاومت سری قرار دارد. مقدار بالاتر مقاومت سری منجر به کاهش دامنه فرکانس متر می‌شود. این رابطه معکوس به این معناست که با تنظیم مقاومت سری می‌توان دامنه فرکانس‌هایی که وولتمتر می‌تواند به طور دقیق اندازه‌گیری کند را کنترل کرد.
محدودیت‌های کاربرد: به دلیل مقاومت ورودی نسبتاً پایین و دامنه فرکانس محدود، وولتمتر لوله خلاء فقط در تعداد محدودی از کاربردها استفاده می‌شود. این محدودیت‌ها آن را برای سناریوهایی که اندازه‌گیری‌های با حساسیت بالا در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها نیاز است، کمتر مناسب می‌کنند.
وولتمتر لوله خلاء خواندن پیک دیودی
این نوع وولتمتر یک خازن در طراحی مدار خود دارد. وقتی خازن در سری با مقاومت وصل می‌شود، این ترکیب به عنوان وولتمتر لوله خلاء خواندن پیک دیودی سری شناخته می‌شود. به طور متقابل، در وولتمتر شانت جبرانی، خازن با مقاومت سری موازی وصل می‌شود. این ترتیبات مختلف خازن و مقاومت ویژگی‌های عملیاتی و توانایی‌های اندازه‌گیری متفاوتی را برای هر نوع وولتمتر خواندن پیک فراهم می‌کند که آنها را قادر می‌سازد در سناریوهای مختلف اندازه‌گیری الکتریکی که تعیین ولتاژ پیک مورد نیاز است، استفاده شوند.
عملکرد و تحول وولتمترهای لوله خلاء خواندن پیک دیودی
اصول عملکرد وولتمترهای لوله خلاء خواندن پیک دیودی سری و شانت بسیار مشابه است. در عمل، خازن در مدار به ولتاژ پیک مثبت تغذیه جریان متناوب (AC) شارژ می‌شود. سپس از طریق مقاومت شانت تخلیه می‌شود که منجر به کاهش ولتاژ آن می‌شود. ولتاژ سپس توسط متر کاتوی دائمی (PMMC) که در سری با مقاومت وصل شده است، مستقیم‌سازی می‌شود. توجه داشته باشید که ولتاژ پیک سیگنال ورودی AC به طور مستقیم متناسب با ولتاژ خروجی مستقیم‌ساز است که به اندازه‌گیری دقیق مقادیر پیک کمک می‌کند.
تاریخیاً، وولتمترهای لوله خلاء نقش مهمی در اندازه‌گیری ولتاژ الکتریکی ایفا کردند. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک، آنها به طور عمده توسط گزینه‌های مدرن‌تر جایگزین شده‌اند. امروزه، وولتمترهای ترانزیستوری (TVM) و وولتمترهای اثر میدانی (FETVM) انتخاب مطلوب برای وظایف اندازه‌گیری ولتاژ شده‌اند. این دستگاه‌های جدید ویژگی‌های عملکردی بهبود یافته‌ای از جمله مقاومت ورودی بالاتر، پاسخ فرکانس گسترده‌تر، ثبات بهتر و دقت بیشتر را ارائه می‌دهند. آنها همچنین معمولاً فشرده‌تر، کاراتر و قابل اعتمادتر هستند که آنها را برای نیازهای مهندسی الکتریکی و الکترونیک معاصر مناسب‌تر می‌کند.
