Выпрямительные (детекторные) приборы

Принцип действияоснован на преобразовании переменного тока с помощью выпрямителей в постоянный с последующим его измерением с помощью приборов магнитоэлектрической системы. Условное обозначение на шкалах приборов:

- измерительный механизм магнитоэлектрической системы;

- с подвижной рамкой и выпрямителем;

- измерительный механизм магнитоэлектрической системы;

- с подвижным магнитом и выпрямителем;

Выпрямление осуществляетсяс помощью п/п диодов и основано на нелинейной зависимости тока, протекающего через диод от приложенного напряжения U. Эта зависимость описывается ВАХ диода.

В детекторных приборах чаще всего применяются медно-закисные, германиевые и реже кремниевые (высокое пороговое напряжение U ).

Пороговое напряжение - U_min подавае­мое на выпрямитель, при котором начина­ется выпрямление.

Медно-закисные вентили имеют наименьшее U_пор и состоят из химически чистой медной пластины, на которой с одной стороны путём термообработки (нагрев до 1020-1070 °С) образован слой закиси меди Сu₂О. Решающую роль в процессе выпрямления играет тонкий слой между Сu и Сu₂О, так называемый запирающий слой.

Выпрямляющее действие диода обу­словлено электронными, а не ионными про­цессами, т.е. выпрямители не изнашиваются.

Основной характеристикой диодаявляется коэффициент выпрямления.

при U = const

Коэффициент выпрямления может изменятся от 1 до ∞.

При К_в = 1 никакого выпрямления нет;

К_в = ∞ идеальное выпрямление;

К_в Сu₂О= 600 ... 1000; К_в Ge = 4000... 5000; К_в Si = 10... 10⁶.

Из теории работы п/п диодов известны следующие свойства:

1) К_в диода зависит от приложенного напряжения к диоду

2) К_в уменьшается с ростом t° - это связано с тем, что с ростом t° увеличивается I_обр, а I_пр - без изменения.

3) К_в уменьшается с ростом частоты приложенного U, что связано с тем, что

p-n-р переход имеет собственную ёмкость, включенную параллельно диоду С_Сu2O достигает 60 ; С_Ge не превышает 25 пФ.

Эти три свойства п/п диодов приводят к тому, что:

1) шкала прибора в начальной области при малых U оказывается неравномерная (начиная с 0,2-0,3 В для Сu₂О устанавливается прямолинейная зависимость между током и напряжением; начиная с 10-15% она почти равномерна).

2) в этих приборах возникает температурная погрешность (с изменением t° изменяется r_пр, r_обр, К_в), с увеличением t° К_в падает.

3) при изменении частоты возникает частотная погрешность.

• Из-за С удовлетворит работа выпрямителей ограничение ƒ

ƒ Сu₂О =2,5... 5,0 кГц

ƒ Gе = 50...75 кГц

• В выпрямительных приборах применяются схемы t° и частотной компенсации.

• С увеличением U на диод, К_в увеличивается до некоторого предела, после чего почти не изменяется. Напряжение на диоде не должно превышать пробивного.

U_пр= 9…12 B для Сu₂О

U_пр= 10…100 B для Si и Ge

• При уменьшении U на диод К_в уменьшается и при 50 mV – прекращается Сu₂О — 50 тV

Ge— 100 тV

Si— 150-200 mV

Схемы выпрямления

1. Однополупериодная

В цепи однополупериодного выпрямителя ток через измерительный меха-низм, включенный последовательно с VD1, протекает только в положительном полупериоде напряжения U(t). В отрицательном п/п, для которого сопротивление VD1 очень велико, ток протекает через VD2 защищая тем самым диод VD1 от пробоя. Сопротивление r_n = r_им делает входное сопротивление цепи в обоих направлениях одинаковым (одинаковый отбор тока).

Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма из-за своей инерционности при частотах от 20 Гц и выше не успевает следовать за мгновенным значением вращающего момента, поэтому реагирует на среднее зна­чение момента:

;

где: — значение тока, текущего через ИМ.

Однако: , тогда

Тогда: . Равновесие системы наступит, когда М_вр = М_пр

- уравнение шкалы для однополупериодного выпрямителя.

2. Двохполупериодная

В цепи двухполупериодного выпрямителя с четырьмя диодами ток I_пр увеличивается вдвое (течёт в одном направлении в оба полу­периода) по сравнению с током, протекаю­щим через ИМ однополупериодного выпря­мителя.

- уравнение шкалы для двухполупериодного выпрямителя.

В цепи однополупериодного выпрямителя почти все приложенное напряжение U(t) падает на VD1, поэтому при малых напряжениях работа диода осуществляется на линейном участке ВАХ и шкала прибора делается более линейной. В цепи же двухполупериодного выпрямителя U(t) распределяется на два диода и ИМ, что приводит к расширению нелинейного участка шкалы.

Из уравнений шкалы видно, что приборы измеряют среднее (средневыпрямленное) значение переменного тока и могут быть градуированы в этих зна­чениях. Однако, на практике чаще всего необходимо знать не среднее значение переменного тока, а действующее (среднеквадратичное) значение.

Переменный ток характеризуется четырьмя значениями параметров:

1) мгновенное значение i(t);

2) амплитудное значение I_m (max);

3) действующее (среднеквадратичное) I;

4) среднее (средневыпрямленное) I_ср.

Эти значения связаны между собой в понятиях коэффициентами амплитуды и коэффициентами форм.

; .

Отсюда уравнение шкалы, градуированной в действующих значениях переменного тока:

; .

Наиболее распространённой является синусоидальная форма сигнала: К_ф =1,11.

Шкала измерительного прибора градуируется в действующих значениях синусоидального тока. При измерении в цепях несинусоидального тока возникает погрешность, так как К_ƒнесинусоидального тока отличается от К_фсинусои­дального. Для того чтобы избавится от этой погрешности, необходимо знать К_ƒизмеряемого I или U. Делают так:

1. Находят среднее значение измеряемого тока или напряжения:

I_вп - показание выпрямительного прибора

2. действующее значение измеряемого тока или напряжения:

На основе измерительного механизма МЭ системы строятся как амперметры так и вольтметры. Для расширения пределов измерения амперметра применяются шунты. При этом прибор может мерить 0,003...10 А. Для расширения пределов измерения вольтметров применяются добавочные сопротивления (0,1... 600 В).

Классы точности сравнительно невысокие: 1,5; 2,5; 4,0.

Частотный диапазон: 20…10⁵ Гц.

Достоинства:

1. Высокая чувствительность (МЭ прибор);

2. Малое собственное потребление.

3. Широкий частотный диапазон I или U.

Недостатки:

1. Неравномерные шкалы при малых значениях измеряемой величины.

2. Невысокие классы точности, обусловленные нестабильностью параметров VD.

3. Малая перегрузочная способность.

4. Возникновение дополнительной погрешности, обусловленной отличием формы кривой от синусоидальной (имеет место, когда прибор проградуирован в действующих значениях). Измерительные приборы в качестве автономных не выпускаются, они выполняются в составе комбинированных АВОметров.

Дата добавления: 2014-07-11; просмотров: 856; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!