2. Вопрос №54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений

Переменные во времени электрические сигналы характеризуются средним, средневыпрямленным, среднеквадратическим и пиковым значениями. В соответствии с этим и различают измерительные преобразователи.

2.2.1 Преобразователи амплитудных значений (амплитудный или пиковый детектор).

Подобные преобразователи наиболее широко используются вследствие простоты их схемного решения и широкополосности. Они являются самыми широкополосными из известных преобразователей напряжения переменного тока в постоянное напряжение.

Схемы амплитудных детекторов с открытым и закрытым входами приведены на рисунке 2.1., а и б соответственно.

Рисунок 2.1 – Схемы амплитудных детекторов с открытым (а) и

закрытым (б) входами

Принцип действия амплитудного детектора основан на быстром заряде конденсатора С до амплитудного значения измеряемого напряжения через диод с малым прямым сопротивлением и медленном разряде через сопротивление, включающее сопротивление источника R_ucm, сопротивление нагрузки детектора R и большое обратное сопротивление диода R⁰.

Амплитудный детектор с открытым входом работает следующим образом. От источника напряжения с сопротивлением R_ucm на вход преобразователя подаётся напряжение u(t):

u(t) = u₀ + u_m sinR t.

При u(t)>u_c диод открыт, и происходит заряд конденсатора. Время заряда т_з определяется следующим образом:

Т - (R_UCm + R )С при R >> R_UCm + R^ При u(t)<u_c диод закрывается, и начинается разряд конденсатора.

Если R << R_ucm + R", то время разряда т_р - RC .

В амплитудном детекторе с закрытым входом диод включён параллельно резистору нагрузки R. При положительной полуволне диод открывается, и заражается конденсатор С. Время заряда

Т = с (R_д + м_ист).

При и_с > и(*) диод закрывается, начинается разряд конденсатора. Время разряда

Т = С(R + Rист ).

Вольтметры, использующие амплитудные детекторы с закрытым входом измеряют амплитудное значение без постоянной составляющей. Изображенные на рисунке 13 преобразователи амплитудных значений пригодны для измерения положительных пиковых значений. Для измерения отрицательных пиковых значений необходимо поменять полярность включения диодов.

Амплитудные детекторы с закрытым и открытым входами применяются в универсальных и высокочастотных вольтметрах. Погрешность измерения увеличивается с уменьшением частоты. Верхнее значение рабочей частоты ограничено паразитными параметрами и выбирается значительно ниже резонансной частоты.

2.2.2 Преобразователи средневыпрямленных значений.

Схемы преобразователей средневыпрямленных значений можно разделить на две группы: однополупериодные и двухполупериодные схемы.

Схемы преобразователей средневыпрямленных значений представлены на рисунке 2.2., а и б.

Рисунок 2.2 – Схемы преобразователей средневыпрямленных значений

Однополупериодная схема обычно применяется в простейших измерительных приборах (тестерах). Ток через измеритель проходит во время положительного полупериода измеряемого напряжения (диод ПД Диод П₂ служит для защиты диода П от пробоя обратным напряжением.

В качестве двухполупериодного преобразователя чаще используется мостовая схема . Средний ток, протекающий через измеритель, в этом случае в два раза больше, чем в однополупериодной схеме, что повышает чувствительность вольтметра в два раза. Это вызвано тем, что ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течении обоих полупериодов переменного напряжения (направление тока в схеме соответствует проводящему направлению диодов).

Недостатками подобных преобразователей являются влияние нелинейности вольт- амперной характеристики диодов при измерении малых напряжений (нелинейность шкалы), влияние температурной зависимости параметров диодов и их нестабильность. Порог чувствительности вольтметров, построенных по приведённым выше схемам, не лучше 100 мВ.