Преобразователи среднеквадратического значения переменного напряжения. Виды. Принцип действия.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 19Следующая ⇒

Детектор среднеквадратического значения (СКЗ) - это измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, пропорциональное квадрату СКЗ переменного напряжения. Измерение СКЗ напряжения связано с вьполнением квадрирования, усреднения и извлечением квадратного корня. Первые две осуществляются детектором. Операция извлечения корня должна осуществляться градуировкой аналогового измерительного прибора, подключаемого к выходу детектора СКЗ. Таким образом, детектор СКЗ должен иметь квадратичную функцию преобразования, а сам нелинейный элемент квадратичную вольтамперную характеристику.

Детектор СКЗ при этих условиях позволяет осуществлять преобразование в постоянное напряжение СКЗ переменных напряжений несинусоидальной формы, поскольку , где - СКЗ напряжения несинусоидальной формы, - СКЗ гармонических составляющих.

В качестве нелинейного элемента детектора, имеющего квадратичную вольтамперную характеристику (ВАХ), можно, например, использовать начальный участок ВАХ полупроводникового диода. Схема квадратичного преобразователя с диодной цепочкой показана на рис. 5.25.

Входное напряжение uвх подводится к широкополосному трансформатору . С помощью диодов и во вторичной обмотке осуществляется двухполупериодное выпрямление. Выпрямленное напряжение действует на цепь, состоящую из диодной цепочки , и резистора нагрузки . Падение напряжения на нагрузке через фильтр нижних частот подается на выход преобразователя.

Рис. 5.25 Схема квадратичного преобразователя

Выходное напряжение пропорционально среднему значению тока диодной ячейки. Диодная цепочка имеет близкую к параболической вольт-амперную характеристику. Делители напряжения подключены к общему стабилизированному источнику напряжения Е. Делители подобраны так, что смещения , подаваемые на диоды, удовлетворяют соотношению . Пока входное напряжение цепочки U не достигает (рис, 5.26), все диоды закрыты и начальная часть ВАХ является прямой линией с наклоном, зависящим от сопротивлений резисторов , и . Когда напряжение U превысит , откроется диод и параллельно подключится делитель , . Крутизна ВАХ на участке от до возрастает, ток в цепи; станет (рис. 5.26). Когда выполнится условие , и цепи преобразователя будет протекать ток . Крутизна ВАХ будет увеличиваться с ростом U. Выбирая соответствующим: образом сопротивления делителей, можно получить ВАХ в виде ломаной линии, приближающейся к квадратичной параболе. Таким образом, квадратичная характеристика синтезируется из начальных участков характеристик ряда диодных ячеек, что показано на рис. 5.26.

Коэффициент преобразования детектора по току , где I—среднее значение тока на выходе преобразователя, - СКЗ входного напряжения.

При использовании в преобразователе магнитоэлектрического прибора (включается вместо ) усреднение осуществляется прибором, а операция извлечения квадратного корня реализуется градуировкой шкалы. Тогда показания прибора будут

, (5.53)

где - коэффициент преобразования детектора СКЗ по отклонению. Погрешность преобразования таких преобразователей определяется нестабильностью ВАХ диодов, непостоянством сопротивлений резисторов и т. д. Она составляет .

Рис. 5.26 Характеристики диодных ячеек.

Частотный диапазон определяется свойствами трансформатора - индуктивностью (снизу) и паразитными параметрами диодной цепочки (сверху) и составляет интервал от нескольких герц до 1 МГц.

Детектор средневыпрямленного значения. Это измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению входного сигнала (среднему значению модуля). Вольтамперная характеристика такого детектора должна иметь линейный участок в пределах диапазона входных напряжений. Примером подобного преобразователя может служить двухполупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот. Усреднение может быть выполнено магнитоэлектрическим прибором. Наиболее распространенными являются мостовые схемы (рис. 5.27). В схеме рис. 5.27, а ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения. В положительный полупериод ток протекает по цепи: верхний входной зажим - диод - диагональ моста - диод - нижний входной зажим; в отрицательный: нижний зажим - диод - диагональ моста - диод - верхний зажим.

Направление тока соответствует проводящему направлению указанных диодов. Характеристики реальных диодов не имеют строго линейного участка, как это требуется условиями преобразования. Ток, протекающий через диод при положительном значении входного напряжения , где - сопротивление открытого диода, зависящее от приложенного напряжения, R - сопротивление нагрузки. Начальный участок характеристики близок к квадратичному. Поэтому будет иметь место погрешность, которая будет тем меньше, чем ближе к линейной будет характеристика диода.

Для улучшения линейности ВАХ в диагональ моста последовательно с резистором R включают такой резистор , сопротивление которого намного больше сопротивления открытого диода . В этом случае .

Рис. 5.27 Мостовые схемы.

Зависимость прямого тока от напряжения будет близка к линейной. Уменьшение чувствительности, которое будет при включении , можно компенсировать введением дополнительного усиления.

Схема рис. 5.27, б отличается от предыдущей тем, что вместо диодов и включены резисторы и . В положительный полупериод напряжения ток протекает через диод и резистор . Через резистор в этот полупериод ток не протекает, на его зажимах напряжение равно нулю. Поэтому, если в диагональ моста включить магнитоэлектрический вольтметр, он измеряет падение напряжения на . В отрицательный полупериод вольтметр, очевидно, измеряет падение напряжения на резисторе , поскольку через него и диод будет протекать ток.

Уравнение преобразования для рассмотренных схем, очевидно, можно выразить:

для схемы рис. 5.27, а при

, при имеем ;

для схемы рис. 5.27, б при ; ,

, при .

Погрешность преобразования обусловлена, главным образом, нелинейностью ВАХ диода и влиянием прямого сопротивления диода на ток, протекающий через выпрямительный мост.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒