Запитання

1. У чому полягає процес модуляції сигналів?

2. У чому полягає процес демодуляції сигналів?

3. Навести основні принципіальні схеми модуляторів?

4. Які ключові елементи використовуються при побудові модуляторів?

5. Які недоліки модуляторів з електромеханічними ключами?

6. Навести принципову схему модулятора на варикапах?

7. Навести схеми напівпровідникових випрямних перетворю-вачів середнього значення.

8. Як поділяються демодулятори?

9. Як будуються випрямлячі середнього значення?

10. Як визначається середній струм у випрямлячах середнього значення?

11. Який принцип роботи амплітудних випрямлячів?

12. Навести графіки випрямленого струму керованого випрямляча.

13. Навести схеми напівпровідникових керованих випрямлячів.

Лекція 10. Вимірювальні мости постійного і зміного струму

План

10. 1. Вимірювальні мости постійного струму

    2. Вимірювальні мости змінного струму

10. 1. Вимірювальні мости постійного струму

Мостовий метод є основним найбільш досконалим методом вимірювання параметрів електричних кіл. Він є одним з варіантів методу зрівноважувального перетворення.

На постійному струмі технічна реалізація мостового методу здійснюється у вигляді вимірювальних мостів постійного струму, які призначені для вимірювання опорів.

На даний час найбільш розповсюдженими є два варіанта мостів: одинарні і подвійні.

Найпростіша схема одинарного моста зображена на рис 10.1. Резистори R₁, R₂, R₃, R₄ (їх називають плечами моста) з'єднують в кільце.

Точки з'єднання опорів називають вершинами моста.

Рис.10.1. Найпростіша схема одинарного моста

До одних протилежних вершин (в діагональ живлення) вмикають джерело живлення GB, а до других (в індикаторну діагональ) – нуль-індикатор.

Різниця напруг між вершинами А і В вимірювального моста дорівнює нулю при умові, що:

R₁R₃=R₂R₄. (10.1)

Ця рівність визначає умову рівноваги моста.

Отже, рівновага моста не залежить від напруги джерела живлення та від опорів діагоналей моста, що забезпечує можливість взаємозаміни місць вмикання джерела струму та нуль-індикатора.

Якщо один з опорів плечей моста є невідомим, то його значення може бути визначене через опори інших трьох плечей, наприклад:

(10.2)

Плечі R_х і R₄, суміжні в мостовій схемі називають плечами порівняння (частіше цю назву використовують тільки до плеча R₄).

Два інших суміжних плеча, опори яких входять в рівняння у вигляді відношення R₂/R₃, також називають плечами відношення.

У широкодіапазонних одинарних мостах плече порівняння виготовляють у вигляді багатодекадного важільного магазину опору, що використовується для плавного ручного зрівноваження моста. Значення найменшої ступені молодшої декади, звичайно, дорівнює 0,1, 0,001 або 0,001 Ом. Необхідне відношення R₂/R₃ встановлюється або шляхом незалежної зміни кожного з них, якщо вони виконані, наприклад, у вигляді штепсельних магазинів опору (тоді звичайно R₂ і R₃ можуть мати 10, 100, 1000 та 10 000 Ом), або шляхом зміни відношень опорів цих плечей при незмінній сумі R_A+R_B.

Нижня границя вимірювання одинарних мостів за двозатискною схемою вмикання вимірюваного опору обмежується похибками, які вносяться опорами r₁ і r₂ з’єднувальних дротів та перехідних контактів і, звичайно, буває не нижче 50 Ом.

Використання чотиризатискної схеми вмикання (рис. 10.1,б) дає можливість розширити нижню границю вимірювання одинарних мостів до 0,5–0,001 Ом.

Дійсно опір з’єднувальних провідників r₃ і r₄ не впливає в цій схемі на результат вимірювання оскільки вони вмикаються в діагоналі моста послідовно з джерелом живлення і нуль-індикатором, а вплив опорів r₁ і r₂ значно зменшений через те, що вони додаються до опорів плечей моста, які вибирають значно більшими ніж R_x.

Щоб звести цей вплив до мінімуму, в деяких мостах опори плечей R₂ і R₄ зменшують завчасно на значення опорів r_K каліброваних з’єднувальних провідників, за допомогою яких вимірюваний опір під’єднується до моста.

Необхідно, зауважити, що такий спосіб не усуває вплив власних опорів виводів вимірюваних опорів.

Верхня границя вимірювання одинарного моста постійного струму, що не має захисту від впливу струмів витікання через опори ізоляції, складає 10⁵ Ом.

Суттєве зменшення струмів витікання і можливість розширення верхньої границі вимірювання до 10¹⁴-10¹⁵ Ом досягається шляхом розміщення вимірювальних декад плечей моста на загальному екрані (частіше це металічна панель самого приладу), який з'єднується при вимірюванні великих опорів з екранами вимірюваного опору, нуль-індикатора, а також джерела живлення. Екран моста електрично з'єднаний з однією з вершин

Рис. 10.2. Екран моста, що електрично з'єднаний з однією з вершин моста Б або В

моста Б або В (рис.10.2).

Рис. 10.3. Подвійні (шестиплечі) мости постійного струму

У мості за схемою рис.14.2,а, через опір ізоляції R_а, для зрівноваженого моста витікання струму не буде, тому що в цьому випадку вершини А і В, а також екран моста мають однакові потенціали.

Для незрівноваженого моста опір ізоляції R_а, шунтуючи гальванометр, може привести лише до зміни чутливості, якщо викорис­товується гальванометр з дуже високим внутрішнім опором.

У цій же схемі опори ізоляції R_r та R_б будуть шунтувати порівняно невеликі опори плечей моста і їх шунтуюча дія буде незначною.

У схемі рис.14.2,б, опір R_r, шунтує джерело живлення і не впливає на результат вимірювання, а опори R_а, та R_в також шунтують порівняно низькоомні опори плечей моста.

Для вимірювання опорів в діапазоні від 100 до 10^-7-10^-8 Ом використовують подвійні (шестиплечі) мости постійного струму (рис.14.3).

Для зрівноваження подвійного моста (U_АВ=0 або І_І=0) маємо:

I₁R₁=I₂R_X+I₃R₄; (10.3)

I₁R₂=I₂R_N+I₃R₃; (10.4)

I₃(R₃+R₄)=(I₂-I₃)r (10.5)

Розв'язавши ці рівняння відносно R_х отримаємо:

(10.6)

Член d при визначенні опору R_Х, звичайно, не враховують і користуються спрощеною формулою:

(10.7)

Для того, щоб d=0 необхідно забезпечити:

(10.8)

З цією метою опори плечей R₁ і R₄, а також R₂ і R₃ вибирають попарно рівними.

Однак, слід пам'ятати, що рівність R₁=R₄, а також R₂=R₃ можна забезпечити лише з певною точністю, яка залежить від точності підбору цих опорів. Тому при вимірюванні дуже малих опорів необхідно враховувати можливість впливу члена d на результат вимірювання і прийняти додаткові міри для усунення цього впливу.

Особливістю подвійних мостів є також те, що вони допускають вимірювання малих опорів при великому струмі навантаження, що істотно відрізняє їх від одинарних мостів.

Основні параметри і технічні вимоги до мостів постійного струму регламентуються [11]. Гранично допустиме значення основної похибки, виражене у відсотках значення вимірюваної величини нормується одно- або двочленною формулою.

(10.9)

де с і d – числові коефіцієнти, які характеризують похибку моста;

R_К – кінцеве значення опору даного діапазону вимірювання;

R_Х – вимірюваний опір.

Процес зрівноваження мостів постійного струму може бути автоматизований. Автоматичні мости знайшли широке використання для вимірювання неелектричних величин, попередньо перетворених в зміну електричного опору.

Основні технічні характеристики та методи і засоби повірки мостів постійного струму подані в розділі 9.