1.2. Измерение импульсов напряжения

Измерение импульсов высокого напряжения можно осуществить с помощью простого (резистивного) делителя напряжения, состоящего из двух последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2, причём, как правило, R2 << R1 (рис.3.) Такой делитель характеризуют коэффициентом деления К, равным отношению напряжения – Uизм на сопротивлении R2, измеряемому с помощью осциллографа, к величине всего измеряемого напряжения – U.

К = Uизм / U = R2 / (R1 + R2) ; (1)

Рис.3. Делитель напряжения.

Величину истинного значения напряжения можно определить по формуле:

U  = U_изм / К; (2)

где U_изм - величина напряжения, измеренного на экране осциллографа.

Недостатком простого делителя напряжения является значительное искажение формы измеряемого импульса на высоких частотах за счёт паразитных ёмкостей и индуктивностей резисторов. Для уменьшения этого явления применяют малоиндуктивные резисторы и схемы с компенсацией паразитных индуктивностей и ёмкостей. Один из таких частотно - компенсированных делителей напряжения представлен на рис.4.

Рис.4. Схема высокоомного частотно - компенсированного делителя

Высоковольтное плечо делителя состоит из большого количества последовательно соединенных сопротивлений r₁ - r_n, (Rо = r_n) параллельно которым подсоединяются конденсаторы С. В низковольтном плече параллельно измерительному сопротивлению R' подключены две ёмкости C' и C'', одна из которых является переменной. Ёмкость высоковольтной части делителя С₀ включает ёмкости применяемых конденсаторов и паразитные ёмкости резисторов и элементов делителя относительно земли: C₀ = C / n + C_пар.

Сигнал с низковольтной части делителя поступает по кабелю на вход осциллографа. Ёмкость низковольтной части делителя состоит из ёмкости собственно делителя C' и C'', ёмкости кабеля C_к , паразитной ёмкости части делителя относительно земли C'_пар и входной ёмкости осциллографа C_вх. Эквивалентная схема делителя изображена на рис.5.

Рис.5. Эквивалентная схема частотно - компенсированного делителя

С учётом выше написанного суммарная ёмкость входа C'₀ равна:

C'₀ = C' + C'' + C_к + C'_пар + C_вх;

Поскольку активное входное сопротивление осциллографа обычно гораздо больше, чем сопротивление низковольтного плеча делителя R_вх >> R', то можно положить: R'₀ = R'.

Условие полной компенсации делителя представляет следующее выражение:

R₀·C₀  = R'₀·C'_0.

Такая компенсация делителя производится при его калибровке с помощью переменного конденсатора C''.

На практике делитель, изображённый по схеме рис.4, имеет следующие параметры: R₀ = 10 МОм, R'₀ = 10 кОм, C = 470пФ (U_мак = 5кВ), К = 1000.

На рис.6 изображена схема низкоомного делителя, который не требует компенсации паразитных ёмкостей.

Рис.6. Схема низкоомного делителя

Конденсатор C предназначен для развязки схемы по постоянному напряжению. Его ёмкость выбирается из условия:

C >> _и  / (R + R'),

где _и - длительность импульса; т.е. длительность импульса должна быть много меньше постоянной заряда конденсатора.

В применяемом для измерений делителе величины сопротивлений составляют: — R = 15 кОм; R' = 150 Ом (т.е. К = 100).

Из-за сравнительно малых сопротивлений R и R' он должен обладать меньшей восприимчивостью к ёмкостным наводкам, по сравнению с высокоомными делителями. Однако ёмкостной делитель способен измерять только переменное высоковольтное напряжение.