Д

Детектор действующего значения (квадратичный детектор)

етектор действующего значения - преобразователь пере­менного напряжения в постоянное, пропорциональное квадрату действующего значения измеряемого напряжения, согласно . Значит, измерение действующего напряжения связано с выполне­нием трех операций: возведение в квадрат мгновенного значения сигнала, усреднение и извлечение корня из результата усреднения (последняя операция обычно осуществляется при градуировке шкалы вольтметра). Возведение в квадрат мгновенного значения, как правило, производят ячейкой с полупроводниковым элемен­том путем использования квадратичного участка его характери­стики; иногда этот участок создается искусственно.

В схеме, представленной на , первоначально диоды закрыты напряжениями смещения и при малых сигналах ток через миллиамперметр ра­вен . Затем последовательно все эти диоды открываются, и суммарный ток через миллиамперметр возрастает.

В результате суммарная вольтамперная характеристика при­ближается по форме к квадратичной кривой.

При конструировании приборов действующего значения воз­никает целый ряд трудностей, в том числе и с обеспечением ши­рокого частотного диапазона. Тем не менее, эти приборы являют­ся самыми востребованными, так как они позволяют измерять напряжение любой сложной формы.

Преобразователь средневыпрямленного значения - устройст­во, преобразующее переменное напряжение в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения согласно . В качестве преобразователей переменного напряже­ния в постоянное применяют выпрямительные (детекторные) или термоэлектрические приборы. Преобразованное напряжение из­меряют измерительным механизмом магнитоэлектрической сис­темы. Аналоговый электронный вольтметр средневыпрямленного значения имеет более высокую чувствительность и меньшее по­требление мощности от измерительной цепи.

Детекторные вольтметры являются простейшими линей­ными вольтметрами. Шкала выпрямительного прибора линейна и при любой форме кривой измеряемого тока (напряжения) откло­нение стрелки прибора пропорциональна среднему за период зна­чению согласно . Однако на практике шкалу выпрямительных приборов всегда градуируют в средних квадратичных значениях напряжения (тока) синусоидальной формы. Следовательно, в приборах с двухполупериодным выпрямителем все значения оцифрованных делений шкалы как бы умножены на коэффициент формы . Отсюда следует, что при измерении тока и на­пряжения несинусоидальной формы полученный отсчёт по шкале такого выпрямительного прибора сначала разделить на (по­лучить выпрямленное значение измеряемой величины), а затем умножить на коэффициент формы, соответствующей форме ре­ального сигнала . В приборах с однополупериодным вы­прямлением вместо подставляют .

Значения коэффициентов

Правильное измерение переменных напряжений различной формы имеют важное значение. Переменные напряжения харак­теризуются следующими значениями: амплитудным , сред­ним , средневыпрямленным , и среднеквадратичным (действующим) (см. выше).

Связь между амплитудным и среднеквадратичным значе­ниями напряжений устанавливается с помощью коэффициента амплитуды , а между среднеквадратичным и средневыпрямленным - с помощью коэффициента формы .

И

Рис. 4. Амплитудный детектор на ОУ

нтегральные амплитудные детекторы. Диодные (как и транзисторные) амплитудные детекторы при малых напряжениях вносят в измеряемый сигнал значительные нелинейные искаже­ния. Поэтому в последние годы в измерительных устройствах стали применять амплитудные детекторы на интегральных мик­росхемах - операционных усилителях (ОУ) .

Так как детектор выполнен по инвертирующей схеме (воз­можно и неинвертирующее включение), то при подаче положи­тельных полуволн напряжение на выходе ОУ будет отрица­тельным, при этом диод открыт, а диод закрыт. Выход ОУ через малое прямое сопротивление диода подключен ко входу, что создает глубокую отрицательную обратную связь. В результате напряжение на выходе ОУ равно напряжению на его входе и близко к нулю. Выходное напряжение детектора тоже равно нулю. При подаче отрицательной полуволны напряжение на выходе ОУ будет положительным, поэтому диод закрыт, а - открыт. При этом напряжение на выходах ОУ и детектора

.