ولتکن ولتمتر (VTVM)

تعریف و مرور کلی از ولتمتر لوله خلاء (VTM)

ولتمتر لوله خلاء (VTM) به عنوان نوعی ولتمتر تعریف می‌شود که از لوله‌های خلاء برای تقویت جریان متناوب (AC) و مستقیم (DC) اندازه‌گیری شده استفاده می‌کند. استفاده از لوله‌های خلاء حساسیت ولتمتر را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و آن را قادر می‌سازد تا سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف را با دقت بسیار بالا تشخیص دهد.

ولتمترهای الکترونیکی، از جمله VTM، ابزارهای چند منظوره‌ای هستند که برای اندازه‌گیری جنبه‌های مختلف ولتاژ الکتریکی مانند ولتاژ مستقیم، ولتاژ ریشه میانگین مربع (RMS) و ولتاژ پیک در یک سیستم الکتریکی استفاده می‌شوند. لوله‌های خلاء مزایای متمایزی ارائه می‌دهند، از جمله زواید ورودی بالا، محدوده فرکانس گسترده و حساسیت استثنایی.

یکی از مزایای برجسته VTM، جریان کمی است که نسبت به انواع دیگر مترها مصرف می‌کند. در VTM، سیگنال اندازه‌گیری مستقیماً به لوله خلاء دستگاه تغذیه می‌شود. سپس لوله خلاء سیگنال را تقویت کرده و آن را به متر تغییر مسیر می‌دهد که مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده را نمایش می‌دهد.

نوع‌های ولتمتر لوله خلاء

ولتمتر لوله خلاء می‌تواند به نوع‌های زیر تقسیم‌بندی شود:

نوع دیود

ولتمتر لوله خلاء دیودی خواندن پیک

تک تریود

• نوع تریود متوازن

• نوع تقویت‌کننده مستقیم‌کننده

• نوع مستقیم‌کننده تقویت‌کننده

• ولتمتر دیودی ساده

مدار ولتمتر دیودی

مدار ولتمتر دیودی معمولاً شامل متر مغناطیس دائمی حرکتی سیمی (PMMC)، مقاومت بار و دیود لوله خلاء است. دیود لوله خلاء، وقتی در سری با مقاومتی قرار می‌گیرد، به تقویت قدرت سیگنال‌های الکتریکی ضعیف کمک می‌کند. بлагودار به وجود لوله خلاء، سیستم کلی بسیار حساس‌تر از یک ولتمتر استاندارد می‌شود.

برای اطمینان از خواندن دقیق ولتاژ از ولتمتر، مهم است که جریان و ولتاژ رابطه مستقیم تناسبی داشته باشند. این امر از طریق استفاده از مقاومت سری که به خطی‌سازی پاسخ متر کمک می‌کند، انجام می‌شود. نمودار مدار ولتمتر دیودی لوله خلاء در شکل زیر نشان داده شده است که نمایش تصویری از ترتیب مولفه‌ها و اصول عملیاتی آن را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌ها و محدودیت‌های ولتمتر دیودی لوله خلاء

در ولتمتر دیودی لوله خلاء، مقاومت مقاومت سری به طور قابل توجهی بیشتر از مقاومت دیود لوله خلاء است. بنابراین، مقاومت لوله می‌تواند مؤثر نادیده گرفته شود. این تنظیم اجازه می‌دهد تا رابطه خطی بین ولتاژ و جریان در مدار برقرار شود. وقتی تأمین ورودی اعمال می‌شود، باعث می‌شود که عقربه متر مغناطیس دائمی حرکتی سیمی (PMMC) تغییر مسیر دهد و موقعیت عقربه مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی ولتمتر دیودی لوله خلاء

مقاومت ورودی: مقاومت ورودی ولتمتر معادل مقدار مقاومت سری است. با این حال، مقاومت‌های ولتاژ بالا استفاده می‌شوند که در واقع حساسیت متر را کاهش می‌دهند. این رابطه بین مقاومت و حساسیت یک جنبه مهم طراحی و عملکرد متر است.

محدوده فرکانس: محدوده فرکانس ولتمتر دیودی مستقیماً تحت تأثیر مقدار مقاومت سری است. مقدار بالاتر مقاومت سری منجر به کاهش محدوده فرکانس متر می‌شود. این رابطه معکوس به این معنی است که تنظیم مقاومت سری می‌تواند محدوده فرکانسی که ولتمتر می‌تواند به صورت دقیق اندازه‌گیری کند را کنترل کند.

محدودیت‌های کاربردی: به دلیل مقاومت ورودی نسبتاً پایین و محدوده فرکانس محدود، ولتمتر لوله خلاء فقط در تعداد محدودی از کاربردها استفاده می‌شود. این محدودیت‌ها آن را برای سناریوهایی که اندازه‌گیری‌های حساسیت بالا در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها مورد نیاز است، کمتر مناسب می‌کنند.

ولتمتر دیودی لوله خلاء خواندن پیک

این نوع ولتمتر یک خازنه در طراحی مدار خود دارد. وقتی خازنه در سری با مقاومت قرار می‌گیرد، پیکربندی حاصل به ولتمتر لوله خلاء خواندن پیک سری معروف است. برعکس، در ولتمتر شونت جبرانی، خازنه به موازات مقاومت سری قرار می‌گیرد. این تنظیمات مختلف خازنه و مقاومت موجب ویژگی‌های عملکردی و توانایی‌های اندازه‌گیری متفاوت برای هر نوع ولتمتر خواندن پیک می‌شود و آن‌ها را قادر می‌سازد که در سناریوهای مختلف اندازه‌گیری الکتریکی که تعیین ولتاژ پیک مورد نیاز است، استفاده شوند.

عملکرد و تکامل ولتمترهای دیودی لوله خلاء خواندن پیک

اصل عملکرد ولتمترهای دیودی لوله خلاء خواندن پیک هر دو نوع سری و شونت بسیار مشابه است. در عمل، خازنه در مدار به ولتاژ پیک مثبت تغذیه AC شارژ می‌شود. سپس از طریق مقاومت شونت تخلیه می‌شود که باعث کاهش ولتاژ آن می‌شود. ولتاژ سپس توسط متر مغناطیس دائمی حرکتی سیمی (PMMC) که در سری با مقاومت است، مستقیم می‌شود. قابل توجه است که ولتاژ پیک سیگنال ورودی AC مستقیماً با ولتاژ خروجی مستقیم‌کننده تناسب دارد که امکان اندازه‌گیری دقیق مقادیر پیک را فراهم می‌کند.

تاریخیا، ولتمترهای لوله خلاء نقش مهمی در اندازه‌گیری ولتاژ الکتریکی داشتند. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی الکترونیکی، آن‌ها تا حد زیادی با جایگزین‌های مدرن‌تر جایگزین شده‌اند. امروزه، ولتمترهای ترانزیستوری (TVM) و ولتمترهای ترانزیستور میدانی (FETVM) انتخاب محبوب‌تر برای وظایف اندازه‌گیری ولتاژ هستند. این دستگاه‌های جدید ویژگی‌های عملکردی بهبود یافته‌ای مانند زواید ورودی بالاتر، پاسخ فرکانسی گسترده‌تر، ثبات بهتر و دقت بالاتر ارائه می‌دهند. آن‌ها همچنین معمولاً فشرده‌تر، کاراتر و قابل اعتمادتر هستند و بهتر با نیازهای مهندسی الکتریکی و الکترونیکی معاصر سازگار هستند.