11.Фазочувствительный выпрямитель. Общее положение. Основные свойства.

Фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ) – это устройство промышленной электроники, выходное напряжение которого зависит от разности фаз входного и управляющего напряжений. Соответственно, ФЧВ имеет информационный вход и вход управления. Как правило, ФЧВ предназначен для работы с переменными напряжениями синусоидальной формы. Функциональная схема ФЧВ представлена на рис.6.1, временные диаграммы, поясняющие работу ФЧВ, представлены на рис.6.2.

Рис.6.1. Функциональная схема ФЧВ

Пусть входное синусоидальное напряжение и управляющее типа меандр сдвинуты на угол φ. Положим, что при положительном напряжении ключ находится в положении 2. При этом входное напряжение передаётся на фильтр нижних частот ФНЧ без изменения. Когда напряжение имеет нулевой уровень ключ находится в положении 1 и входное напряжение передаётся на выход проинвертированным. Временные диаграммы (рис.6.2) поясняют эту ситуацию. Найдём среднее значение напряжения после фильтра нижних частот

Рис. 6.2. Временные диаграммы, поясняющие работу ФЧВ

Таким образом, выходное напряжение пропорционально косинусу угла фазового сдвига входного и управляющего напряжений. Когда фазовый сдвиг равен , то есть когда напряжения и квадратурны, выходное напряжение ФЧВ равно нулю, а когда напряжения синфазны, выходное напряжение максимально.

Основное назначение ФЧВ – это разделение квадратурных составляющих входного переменного напряжения. На выход проходят только те составляющие, которые синфазны с управляющим напряжением.

Следует заметить, что если во входном напряжении имеются чётные гармоники, то выходное напряжение не зависит от их наличия, так же как и от постоянной составляющей. Влияние нечётных гармонических составляющих ослабляется пропорционально их номеру.

Свойства ФЧВ:

1.Среднее значение постоянной составляющей равно нулю.

2. При наличии во входном сигнале четких гармоник выходное напряжение ФЧВ не изменяется.

3.Нечетные гармоники ослабляются пропорционально их номеру.

12.Фчв с последовательным ключом. Расчет погрешностей от остаточного сопротивления ключа.

Рис.6.3. ФЧВ с последовательным ключом

В этой схеме, когда таково, что ключ разомкнут, схема работает как инвертор . Когда ключ замкнут, входное напряжение подаётся дополнительно и на неинвертирующий вход, при этом коэффициент усиления схемы равен единице. Таким образом, в зависимости от напряжения схема имеет коэффициент усиления либо , либо .

Для оценки погрешности ФЧВ от несовершенства ключа будем полагать, что в замкнутом состоянии сопротивление ключа равно , а в разомкнутом . Соответственно, для различных положений ключа эквивалентная схема будет выглядеть так, как показано на рис.6.4.

Рис.6.4. Эквивалентные схемы ФЧВ для различных положений ключа

Найдём коэффициент усиления схемы, представленной на рис.6.4а:

,

.

Коэффициент усиления для идеальной схемы равен единице, тогда относительная погрешность ФЧВ равна:

.

Для снижения погрешности необходимо выбирать .

Коэффициент усиления схемы при разомкнутом ключе, характеризующемся сопротивлением , будет выглядеть следующим образом (вместо подставляем ):

.

Поскольку коэффициент усиления для идеальной схемы равен минус единице, то относительная погрешность равна:

.

В данном случае желательно иметь , то есть требования к величине резистора для каждого состояния ключа противоположные.

Например, пусть , . Для обеспечения погрешности в необходимо иметь с одной стороны, и – с другой. Таким образом, требования к значению резистора противоречивые: с одной стороны он должен быть больше, чем сопротивление замкнутого ключа , а с другой – много меньше, чем сопротивление разомкнутого ключа .