جنس راست کننده | اصل ساخت و عملكرد

وسیله نوع مستقیم‌کننده با استفاده از عناصر مستقیم‌کننده و اندازه‌گیری‌های نوع میل پرمانان، ولتاژ و جریان متناوب را اندازه‌گیری می‌کند. اما عملکرد اصلی وسایل نوع مستقیم‌کننده به عنوان ولت‌سنج است. حالا یک سوال در ذهن ما برمی‌آید که چرا در دنیای صنعتی از وسایل نوع مستقیم‌کننده به طور گسترده استفاده می‌شود، در حالی که ما انواع مختلفی از ولت‌سنج‌های AC مانند وسایل نوع الکترودینامومتری و ترموجفتی داریم؟ پاسخ به این سوال بسیار ساده است و به شرح زیر است.

1. هزینه وسایل نوع الکترودینامومتری بسیار بالاتر از وسایل نوع مستقیم‌کننده است. اما وسایل نوع مستقیم‌کننده به همان اندازه دقیق هستند که وسایل نوع الکترودینامومتری هستند. بنابراین وسایل نوع مستقیم‌کننده نسبت به وسایل نوع الکترودینامومتری ترجیح داده می‌شوند.

2. وسایل نوع ترموجفتی نسبت به وسایل نوع مستقیم‌کننده بسیار حساس‌تر هستند. اما وسایل نوع ترموجفتی در فرکانس‌های بسیار بالا بیشتر استفاده می‌شوند.

قبل از بررسی اصول ساخت و عملکرد وسایل نوع مستقیم‌کننده، نیاز است به طور دقیق درباره خصوصیات ولتاژ و جریان عناصر مستقیم‌کننده ایده‌آل و عملی به نام دیود بحث کنیم.
بیایید ابتدا خصوصیات ایده‌آل عناصر مستقیم‌کننده را بررسی کنیم. حالا چه چیزی یک عنصر مستقیم‌کننده ایده‌آل است؟ یک عنصر مستقیم‌کننده آن است که اگر به آن جریان مستقیم داده شود، مقاومت صفر ارائه می‌دهد و اگر به آن جریان معکوس داده شود، مقاومت بی‌نهایت ارائه می‌دهد.

این ویژگی برای مستقیم‌کردن ولتاژ (مستقیم‌کردن به معنای تبدیل یک کمیت متناوب به کمیت مستقیم یعنی AC به DC) استفاده می‌شود. نمودار مدار زیر را در نظر بگیرید.

در نمودار مدار داده شده، دیود ایده‌آل به صورت سری با منبع ولتاژ و مقاومت بار متصل شده است. حالا وقتی دیود را مستقیم‌کننده می‌کنیم، به طور کامل راهی با مقاومت صفر ارائه می‌دهد. بنابراین مانند مدار کوتاه شده عمل می‌کند. می‌توانیم دیود را مستقیم‌کننده کنیم با اتصال قطب مثبت باتری به آنود و قطب منفی به کاتود. خصوصیات مستقیم‌کننده یا دیود در خصوصیات ولتاژ و جریان نشان داده شده است.

حالا وقتی ولتاژ منفی اعمال می‌کنیم یعنی قطب منفی باتری را به ترمینال آنود دیود و قطب مثبت باتری را به ترمینال کاتود دیود متصل می‌کنیم. به دلیل جریان معکوس، مقاومت بی‌نهایت ارائه می‌دهد و بنابراین مانند مدار باز عمل می‌کند. خصوصیات کامل ولتاژ و جریان در زیر نشان داده شده است.

بیایید دوباره همان مدار را در نظر بگیریم اما تفاوت اینجا این است که ما از عنصر مستقیم‌کننده عملی به جای ایده‌آل استفاده می‌کنیم. عنصر مستقیم‌کننده عملی دارای ولتاژ بلاک‌کننده مستقیم محدود و ولتاژ بلاک‌کننده معکوس بالا است. ما همان روش را برای به دست آوردن خصوصیات ولتاژ و جریان عنصر مستقیم‌کننده عملی اعمال می‌کنیم. حالا وقتی عنصر مستقیم‌کننده عملی را مستقیم‌کننده می‌کنیم، تا زمانی که ولتاژ اعمال شده بزرگتر از ولتاژ شکست مستقیم یا ولتاژ کمره نباشد، رسانایی نمی‌کند. وقتی ولتاژ اعمال شده بزرگتر از ولتاژ کمره شود، دیود یا عنصر مستقیم‌کننده به حالت رسانایی می‌رسد. بنابراین مانند مدار کوتاه شده عمل می‌کند اما به دلیل وجود مقاومت الکتریکی، ولتاژ سقوط در این دیود عملی وجود دارد. می‌توانیم عنصر مستقیم‌کننده را مستقیم‌کننده کنیم با اتصال قطب مثبت باتری به آنود و قطب منفی به کاتود. خصوصیات مستقیم‌کننده عملی یا دیود در خصوصیات ولتاژ و جریان نشان داده شده است. حالا وقتی ولتاژ منفی اعمال می‌کنیم یعنی قطب منفی باتری را به ترمینال آنود دیود و قطب مثبت باتری را به ترمینال کاتود عنصر مستقیم‌کننده متصل می‌کنیم. به دلیل جریان معکوس، مقاومت محدود ارائه می‌دهد و ولتاژ منفی تا زمانی که ولتاژ اعمال شده برابر با ولتاژ شکست معکوس شود، مانند مدار باز عمل می‌کند. خصوصیات کامل در زیر نشان داده شده است

حالا وسایل نوع مستقیم‌کننده از دو نوع مدار مستقیم‌کننده استفاده می‌کنند:

مدارهای مستقیم‌کننده نیمه‌موج وسایل نوع مستقیم‌کننده

بیایید مدار مستقیم‌کننده نیمه‌موج زیر را در نظر بگیریم که در آن عنصر مستقیم‌کننده به صورت سری با منبع ولتاژ سینوسی، وسیله نوع میل پرمانان و مقاومت ضرب‌کننده متصل شده است.

وظیفه مقاومت ضرب‌کننده الکتریکی این است که جریان مصرف شده توسط وسیله نوع میل پرمانان را محدود کند. بسیار ضروری است که جریان مصرف شده توسط وسیله نوع میل پرمانان محدود شود زیرا اگر جریان بیش از حد مجاز PMMC شود، وسیله تخریب می‌شود. حالا ما عملیات خود را به دو بخش تقسیم می‌کنیم. در بخش اول، ولتاژ ثابت DC را به مدار فوق اعمال می‌کنیم. در نمودار مدار، ما عنصر مستقیم‌کننده را به عنوان یک عنصر ایده‌آل فرض می‌کنیم.

بیایید مقاومت ضرب‌کننده را R و مقاومت وسیله نوع میل پرمانان را R1 بنامیم. ولتاژ DC یک دستگاه سنجش تمام مقیاس با مقدار I=V/(R+R1) ایجاد می‌کند که V مقدار میانگین مربعی ولتاژ است. حالا بیایید بخش دوم را در نظر بگیریم، در این بخش ما ولتاژ سینوسی AC را به مدار v =Vm × sin(wt) اعمال می‌کنیم و موج خروجی مانند آنچه نشان داده شده است را دریافت می‌کنیم. در نیمه‌دوره مثبت عنصر مستقیم‌کننده رسانایی می‌کند و در نیمه‌دوره منفی رسانایی نمی‌کند. بنابراین ما یک پالس ولتاژ در وسیله میل پرمانان دریافت می‌کنیم که جریان پالسی ایجاد می‌کند و بنابراین گشتاور پالسی ایجاد می‌کند.

پرتی که ایجاد می‌شود متناسب با مقدار متوسط ولتاژ است. بنابراین بیایید مقدار متوسط جریان الکتریکی را محاسبه کنیم، برای محاسبه مقدار متوسط ولتاژ باید عبارت لحظه‌ای ولتاژ را از 0 تا 2 pi انتگرال بگیریم. بنابراین مقدار متوسط ولتاژ محاسبه شده 0.45V است. دوباره V مقدار میانگین مربعی جریان است. بنابراین ما نتیجه می‌گیریم که حساسیت ورودی AC 0.45 برابر حساسیت ورودی DC در مورد مستقیم‌کننده نیمه‌موج است.

مدارهای مستقیم‌کننده تمام‌موج وسایل نوع مستقیم‌کننده

بیایید مدار مستقیم‌کننده تمام‌موج زیر را در نظر بگیریم.

ما از یک مدار مستقیم‌کننده پل استفاده کرده‌ایم. دوباره عملیات خود را به دو بخش تقسیم می‌کنیم. در بخش اول، خروجی را با اعمال ولتاژ DC تحلیل می‌کنیم و در بخش دیگر ولتاژ AC را به مدار اعمال می‌کنیم. یک مقاومت ضرب‌کننده سری با منبع ولتاژ متصل شده است که همان وظیفه‌ای که بالا توضیح داده شد دارد. بیایید بخش اول را در نظر بگیریم که ولتاژ DC را به مدار اعمال می‌کنیم. حالا مقدار جریان سنجش تمام مقیاس در این مورد دوباره V/(R+R1) است، که V مقدار میانگین مربعی ولتاژ اعمال شده، R مقاومت ضرب‌کننده و R1 مقاومت الکتریکی وسیله است. R و R1 در نمودار مدار مشخص شده‌اند. حالا بیایید بخش دوم را در نظر بگیریم، در این بخش ما ولتاژ سینوسی AC را به مدار که v = Vmsin(wt) است که Vm مقدار قله ولتاژ اعمال شده است، اعمال می‌کنیم. دوباره اگر مقدار جریان سنجش تمام مقیاس در این مورد را با استفاده از همان روش محاسبه کنیم، یک عبارت جریان تمام مقیاس به صورت .9V/(R+R1) خواهیم داشت. به یاد داشته باشید که برای به دست آوردن مقدار متوسط ولتاژ باید عبارت لحظه‌ای ولتاژ را از صفر تا pi انتگرال بگیریم. بنابراین با مقایسه با خروجی DC نتیجه می‌گیریم که حساسیت با منبع ولتاژ AC 0.9 برابر حساسیت منبع ولتاژ DC است.

موج خروجی در زیر نشان داده شده است. حالا ما مواردی که عملکرد وسایل نوع مستقیم‌کننده را تحت تأثیر قرار می‌دهند را بررسی می‌کنیم:

1. وسایل نوع مستقیم‌کننده بر اساس مقادیر میانگین مربعی موج سینوسی ولتاژ و جریان تنظیم می‌شوند. مشکل این است که موج ورودی ممکن است یا نمی‌تواند همان عامل شکلی را که مقیاس این دستگاه‌ها با آن تنظیم شده‌اند داشته باشد.

2. ممکن است خطایی ناشی از مدار مستقیم‌کننده باشد زیرا ما مقاومت مدار پل مستقیم‌کننده را در هر دو مورد در نظر نگرفته‌ایم. خصوصیات غیرخطی پل ممکن است جریان و موج ولتاژ را تحریف کند.

3. می‌تواند تغییرات در دما باشد که مقاومت الکتریکی پل را تغییر می‌دهد. بنابراین برای جبران این نوع خطاها باید مقاومت ضرب‌کننده با ضریب دمایی بالا استفاده کنیم.

4. تأثیر ظرفیت مدار پل مستقیم‌کننده: مدار پل مستقیم‌کننده دارای ظرفیت ناقص است بنابراین به دلیل این مسئله جریان‌های با فرکانس بالا را دور می‌زند. بنابراین کاهش در خواندن وجود دارد.

5. حساسیت وسایل نوع مستقیم‌کننده در مورد ولتاژ ورودی AC پایین است.

مزایای وسایل نوع مستقیم‌کننده

مزایای وسایل نوع مستقیم‌کننده به شرح زیر است:

• دقیق‌بودن وسایل نوع مستقیم‌کننده حدود 5 درصد در شرایط عملیاتی معمولی است.

• محدوده فرکانس عملیات می‌تواند به مقادیر بالا گسترش یابد.

• آن‌ها دارای مقیاس یکنواخت روی متر هستند.

• آن‌ها دارای مقادیر کم جریان و ولتاژ عملیاتی هستند.

اثر بار وولت‌سنج مستقیم‌کننده AC در هر دو مورد (یعنی مستقیم‌کننده نیمه‌موج دیود و مستقیم‌کننده تمام‌موج دیود) نسبت به اثر بار وولت‌سنج‌های DC بیشتر است زیرا حساسیت وولت‌سنج‌ها در هر دو مورد مستقیم‌کننده نیمه‌موج یا تمام‌موج کمتر از حساسیت وولت‌سنج‌های DC است.