Выпрямительные приборы.

Эти приборы представляют собой соединение магнитоэлектрического измерительного механизма с выпрямителями на германиевых или кремниевых диодах.

В зависимости от схемы включения диодов и измерительного механизма производится одно- или двухполупериодное выпрямление переменного тока. В схемах первого типа (рис. 3.29, а) через измерительный механизм проходит только одна полуволна переменного тока, а обратная - пропускается через диод Д₂ и резистор R. Цепь из диода Д₂ и резистора R (R = R_и) в этой схеме используется для выравнивания сопротивления выпрямительной схемы в обе половины периода, а также защищает от пробоя диод Д₁, при обратной полуволне тока и при использовании этой схемы в вольтметре.

В схемах второго типа выпрямленный ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода, и, следовательно, чувствительность этих схем выше, чем у однополупериодных. На рис. 3.29, б показана наиболее распространенная двухполупериодная схема выпрямления – мостовая.

Рис. 3.29. Схемы включения измерительного механизма и диодов при однополупериодном (а) и двухполупериодном (б) выпрямлении

Вследствие инерционности подвижной части измерительного механизма ее отклонение будет определяться не мгновенным, а средним значением вращающего момента M_ср.

Электронные вольтметры.

Электронные вольтметры переменного тока представляют собой сочетание выпрямителя на полупроводниковых диодах, усилителя и магнитоэлектрического измерительного механизма.

Рис. 3.30. Структурные схемы электронных вольтметров переменного и постоянного тока (а), переменного тока (б) и постоянного тока (в).

Структурные схемы вольтметров переменного тока даны на рис. 3.30, а и б. Основными узлами схем являются выпрямитель В, усилитель переменного тока У, усилитель постоянного тока УПТ и магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ.

Структурная схема рис.3.30,а используется для универсальных электронных вольтметров переменного и постоянного тока. Нижний предел измерения таких вольтметров ограничивается порогом чувствительности выпрямителя и составляет обычно 0,1 - 0,2 В.

При использовании в выпрямителях высокочастотных диодов подобные электронные вольтметры работают в диапазоне от 20 - 30 Гц до 100 - 300 МГц.

Электронные вольтметры, выполненные по структурной схеме рис. 3.30, б, имеют большую чувствительность и точность, но меньший рабочий частотный диапазон, который ограничивается усилителем У. По этой схеме выполняются электронные милли- и микровольтметры переменного тока.

Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока (рис. 3.30, в) включает в себя усилитель постоянного тока, построенный по типу предварительного преобразования постоянного напряжения в переменное с помощью полупроводникового модулятора М, усиления сигнала усилителем переменного тока У с последующим выпрямлением выпрямителем В.

В зависимости от того, какое значение переменного напряжения измеряется электронным вольтметром, различают вольтметры среднего, действующего и амплитудного значения. Между амплитудным (максимальным)U_m, действующим U и средним U_ср значениями напряжения определенной формы кривой имеется связь через коэффициенты амплитуды k_a и формы k_ф:

k_a = U_m /U ; k_ф = U / U_ср.

Э лектронные вольтметры среднего значения напряжения строятся с использованием схем одно- или двухполупериодного выпрямления, в которых применяются полупроводниковые диоды, работающие на линейном участке характеристики. Поэтому выпрямители дают постоянную составляющую тока, пропорциональную среднему значению измеряемого переменного напряжения U(t), т. е.

В основном схемы выпрямителей среднего значения используются в высокочувствительных электронных вольтметрах с предварительным усилением сигнала (рис. 3.30, б). При градуировке шкалы вольтметра в действующих значениях напряжения в показаниях прибора появится погрешность за счет несинусоидальности измеряемого напряжения.

В вольтметрах действующего значения используют выпрямители с квадратичной вольтамперной характеристикой вида i = аu². При периодическом и, в частности, при синусоидальном входном напряжении u(t) постоянная составляющая выпрямленного тока двухполупериодного выпрямителя, т . е. среднее значение тока определяется действующим значением напряжения. Шкала прибора в этом случае получается квадратичной с градуировкой в действующих значениях напряжения. Полученная зависимость справедлива для симметричных периодических сигналов u(t) любой формы и без постоянной составляющей.