Преобразователи действующего значения.
Среднеквадратическое (действительное, эффективное) значение напряжения за период:
.
Как видно, измерение среднеквадратического значения напряжения связано с выполнением 3-х операций:
1) возведение напряжения переменного тока в квадрат;
2) усреднение;
3) извлечение квадратного корня из результата усреднения.
Следовательно, алгоритм формирования среднеквадратического значения напряжения можно записать:
.
На основании этого алгоритма функциональная схема алгоритма ПДЗ должна состоять из квадратирующего функционального преобразователя, усредняющего устройства, и функционального устройства, реализующего функцию извлечения квадратного корня. Операция извлечения квадратного корня может быть выполнена либо схемным путем, либо учтена при градуировке шкалы вольтметра.
Операция усреднения осуществляется путем включения во входную цепь ФНЧ и магнитоэлектрического ИП, который будет измерять постоянную составляющую тока или напряжения, будет пропорциональна квадрату среднеквадратического напряжения на выходе преобразователя.
Применяемые в ПДЗ квадратирующие преобразователи можно разделить на 2 группы:
1) устройства с преобразователем электрической энергии в тепловую энергию. Примером могут служить терморезистивные, термоэлектрические, термоэмиссионные.
2) преобразователи, выходное напряжение которых представляет собой квадратичную функцию от входного напряжения.
Преобразователь с терморезисторами выполнен в виде гибридной микросхемы, состоящей из 2-х резисторов, 2-х транзисторов и инвертирующего ОУ в цепи ОС.
Рис. 10
Переменное входное напряжение Uвх разогревает резистор R1, а опорное напряжение с выхода ОУ разогревает R2. В контуре управления включены по балансной схеме 2 воспринимающих тепло транзистора VT1 и VT2. Усилитель регулирует температуру R2 до равенства его температуре R1, т.е. до наступления баланса моста. Когда достигнуто равновесие значение напряжения постоянного тока Uвых пропорционально среднеквадратическому напряжению на входе.
Конструктивно гибридная микросхема построена след-м образом: входной резистор R1 и связанный с ним транзистор VT1 выполнены на общем кремниевом кристалле и смонтированы в одном корпусе с аналогичным кристаллом, соединяющем управляющий резистор R2.
Среди квадратирующих преобразователей второй группы широкое распространение получили преобразователи на полевых транзисторах, исполнение которых основано на квадратичной зависимости тока стока от напряжения затвор-исток.
.
IС.НАС - ток насыщения стока.
IСО – ток цепи стока транзистора, включенного по схеме с общим истоком при накоротко замкнутом с истоком затвора.
Если в формуле раскрыть скобки, то получим выражение, в которое входят члены с нулевой, первой и второй степенью напряжения затвор-исток. Первые два можно исключить схемным путем, в результате зависимость тока стока от напряжения затвор-исток будет квадратичной.
Для возведения в квадрат напряжения переменного тока можно использовать начальный участок ВАХ диода. Но часто ПДЗ реализуется с использованием логарифмических и анти логарифмических устройств.
Лекция 7
Универсальные вольтметры. Вольтметры постоянного тока. Вольтметры переменного тока. Анализ схем.