Современная электроника №6/2026

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 34 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 6 / 2026 В статье описан вольтметр, измеряющий действующее, U Д , и средневыпрямленное, U С , значения напряжений входного сигнала звукового диапазона частот, а также его частоту и вычисляющий коэффициент формы, К Ф =U Д /U С . Прибор основан на преобразователе действующего значения напряжения в постоянное (RMS-to-DC converter) AD637 повышенной точности, микроконтроллере (МК) EFM8LB12F32, высокоскоростных (до 20 В/мкс) и широкополосных (до 10 МГц) ОУ OPA1642, TPAD8605 и ОУ с «нулевым» смещением (Zero-Drift) OPA735. Для питания прибора используется аккумулятор 6LF22 форм- фактора «Крона» напряжением 9 В, ёмкостью 650 мА·ч, заряжаемый от любой зарядки для телефона через разъём USB Type C. Результаты измерений выводятся на 1,3″ цветной TTF дисплей с IPS-матрицей и разрешением 240×240 пикселей. Приводятся принципиальная схема, разводка и внешний вид платы прибора, конструкция, внешний вид, программные средства, результаты испытаний и настройка прибора. Алексей Кузьминов Введение Прежде всего, приведём некоторые известные соотношения, которые помогут понять принцип функциони- рования описываемого далее прибора. Действующее значение напряжения сигнала, UД, в общем случае принято рассчитывать по формуле где U Д1 , U Д2 , …, U ДN – действующие значе- ния соответствующих гармоник, вхо- дящих в состав сигнала. Средневыпрямленное значение напряжения сигнала, U C , также в общем случае принято рассчитывать по формуле где U C1 , U C2 , …, U CN – средневыпрямлен- ное значение каждой из гармоник, входящих в состав сигнала. Коэффициент формы сигнала, К Ф , принято рассчитывать по формуле Каждая из гармоник U(t), входящая в состав сигнала и имеющая свою частоту, представляет собой синусоиду (соответствующей частоты) с ампли- тудным значением U Амп . Для единич- ной частоты это обычная синусоида Действующее значение, U Д , такой синусоиды за полпериода (0–π) рав- но действующему значению за пери- од (0–2π) и рассчитывается по формуле Средневыпрямленное значение, U С , синусоиды (4) за полпериода (0–π) рав- но средневыпрямленному значению модуля (или абсолютного значения) синусоиды (|sin(t)|) за период (0–2π) и рассчитывается по формуле Для синусоидального сигнала чис- ловое значение коэффициента формы, K Ф , в соответствии с (3), может быть получено из формулы Резюмируя вышеизложенное, мож- но констатировать, что если сигнал синусоидальный, то Здесь необходимо заметить, что фор- мулы (5) и (6) работают только в одну сторону, или, другими словами, если сигнал синусоидальный, то U Д ≈ U Амп ×0,7071 и U С ≈ U Амп ×0,6366, а вот обратное неверно, т.е. если U Д ≈ U Амп ×0,7071 или U С ≈ U Амп ×0,6366, то сигнал необязательно синусоидаль- ный. Например, если сигнал представ- ляет собой прямоугольный меандр с постоянной составляющей, то мож- но найти такую постоянную состав- ляющую, для которой U Д ≈ U Амп ×0,7071. Другими словами, такое действующее значение сигнала в общем случае не означает, что сигнал синусоидален (такой меандр, естественно, не явля- ется синусоидой). А вот формула (7) работает в обе стороны, т.е. если сигнал синусоида- лен, то K Ф ≈ 1,11072, и если K Ф ≈ 1,11072, то сигнал синусоидален. Как можно заметить из (7), коэффициент формы не зависит ни от амплитуды сигнала, ни от его частоты. В связи с этим K Ф может быть использован как средство определения синусоидальности сигна- ла. Например, измерив U Д , U С , рассчи- тав K Ф = U Д / U С и сравнив K Ф со значени- ем 1,11072, можно сделать вывод о том, синусоидален сигнал или нет. Кстати, на этом принципе и работает описы- ваемый прибор (см. далее). В большинстве случаев требует- ся измерение действующего значе- ния переменного напряжения сете- вой частоты (50 Гц). Это может быть само сетевое напряжение (напри- Дополнительные материалы к этой статье можно скачать, перейдя по ссылке в QR‑коде