3.4.2 Преобразователи амплитудных значений

 

Пассивные преобразователи амплитудных значений (ПАЗ) диодно-конденсаторные выпрямительные схемы, в которых выпрямление сигнала предшествует усилению (выпрямитель-усилитель). Как правило, в этих структурах используются однополупериодные ПАЗ.

Схемы пассивных однополупериодных  ПАЗ представлены на рисунке 3.4.

На рисунке 3.5 (а)- эпюры напряжений на входе цепи, на конденсаторе C_p и диоде VD1.

Идеализированная ВАХ диода, эпюра напряжения на нём, эпюра тока через него приведены на рисунке 3.5 (б).

                              а)                                                                             б)

                                  

Условные обозначения:

а- схема пассивного ПАЗ с открытым входом;

б- схема пассивного ПАЗ с закрытым входом.

 

Рисунок 3.4 - Схемы пассивныхПАЗ

 

 

Условные обозначения:

а - эпюры напряжений на разрядной ёмкости и диоде;

б- эпюра тока через диод.

 

Рисунок 3.5 - Эпюры напряжений на разрядной ёмкости, диоде и тока через диод в схеме ПАЗ

 

Зарядка конденсатора происходит в положительный полупериод входного напряжения. Постоянная времени заряда τ заряда определяется значением ёмкости С и суммой сопротивления открытого диода и внутреннего сопротивления измеряемого объекта.

Разрядка конденсатора происходит при закрытом диоде с постоянной времени τ разряда, определяемой значением ёмкости и разрядным сопротивлением R.

Постоянные времени выбирают из соотношений:

τ_разр»τ_заряд;                                                                                                                                       (3.34)

τ_разр»1/f_min;                                                                                                                                      (3.35)

τ_заряд<1/f_max,                                                                                                                                    (3.36)

где f_max, f_min – максимальное и минимальное значения граничных частот прибора.Если в рассмотренной выпрямительной цепи выходное напряжение снимается с конденсатора, то такая схема называется схемой с открытым входом, если с диода, то схемой с закрытым входом.

Среднее значение выходного напряжения связано с амплитудой измеряемого напряжения соотношением (рисунок 3.5 (б))

 

U_ср=U_шcosθ,                                                                                                                 (3.37)

 

где   - угол отсечки.

В пиковых детекторах (рисунок 3.6) при работе в режиме с малыми углами отсечки справедливо равенство

.                                                                                                            (3.38)           

Если номинальным коэффициентом преобразования вычислительного устройства считать единицу, т.е. U_ср=U_m, то погрешность преобразования   равна

                                                                                            (3.39)

                                   а)                                                                   б)

 

Условные обозначения:

а– пиковый детектор;

б– эпюры напряжений на входе и выходе пикового детектора.

 

Рисунок 3.6 - Пиковый детектор и эпюры напряжений на его входе и выходе

 

На рисунке 3.7 представлена схема простейшего активного ПАЗ.

Преобразуемое переменное напряжение подается на неинвертирующий вход ОУ. Если  , то диод VD1 смещается в прямом направлении, подключая   к выходу ОУ. Конденсатор   заряжается  до амплитудного значения   с постоянной времени, определяемой емкостью   и малым выходным сопротивлением ОУ с единичной отрицательной обратной связью.

При уменьшении   диод смещается в обратном направлении, отключая   от выхода усилителя.

Скорость разряда определяется значением   и значением сопротивления, включенного параллельно конденсатору, главным образом, значением входного сопротивления устройства,  включенного на выход ПАЗ. Диод VD2 фиксирует выходное напряжение ОУ на уровне равном -  , что уменьшает время, необходимое для перехода от режима разряда конденсатора   к режиму заряда.

Погрешность преобразования определяется неидеальностью ОУ, конечным значением обратного сопротивления диодов и наличием тока утечки конденсатора  . Практически, активные ПАЗ не используются в широкополосных вольтметрах, основанных на структуре выпрямитель – усилитель, так как не обеспечивают высоких значений верхней граничной частоты полосы пропускания.

В основном,  активные ПАЗ применяются при создании преобразователей амплитудных значений импульсных сигналов, в качестве которых используются диодно-конденсаторные пиковые детекторы.

Рисунок 3.7 - Схема активного ПАЗ