Прямоходный преобразователь | Принцип построения и работы
Приборы типа выпрямителя измеряют переменное напряжение и ток с помощью выпрямляющих элементов и приборов с постоянным магнитом и подвижной катушкой. Однако основная функция приборов типа выпрямителя - это работа в качестве вольтметра. Возникает вопрос, почему мы широко используем приборы типа выпрямителя в промышленном мире, хотя у нас есть различные другие вольтметры переменного тока, такие как электродинамические приборы, термоэлектрические приборы и т.д.? Ответ на этот вопрос очень прост и приведен ниже.
Стоимость электродинамических приборов значительно выше, чем стоимость приборов типа выпрямителя. Однако приборы типа выпрямителя столь же точны, как и электродинамические приборы. Поэтому приборы типа выпрямителя предпочитаются электродинамическим приборам.
Термоэлектрические приборы более хрупкие, чем приборы типа выпрямителя. Однако термоэлектрические приборы более широко используются на очень высоких частотах.
Прежде чем мы рассмотрим принципы построения и работу приборов типа выпрямителя, необходимо подробно обсудить характеристики напряжения и тока идеального и практического выпрямляющего элемента, называемого диодом.
Давайте сначала обсудим идеальные характеристики выпрямляющего элемента. Что такое идеальный выпрямляющий элемент? Выпрямляющий элемент - это такой, который предлагает нулевое сопротивление, если он запирается в прямом направлении, и бесконечное сопротивление, если он запирается в обратном направлении.
Это свойство используется для выпрямления напряжений (выпрямление означает преобразование переменного значения в постоянное, то есть AC в DC). Рассмотрим приведенную ниже схему.
На приведенной схеме идеальный диод подключен последовательно с источником напряжения и нагрузочным сопротивлением. Теперь, когда мы делаем диод запирающимся в прямом направлении, он проводит идеально, предлагая путь с нулевым электрическим сопротивлением. Таким образом, он ведет себя как замкнутый контур. Мы можем сделать диод запирающимся в прямом направлении, соединив положительный вывод батареи с анодом, а отрицательный вывод с катодом. Прямая характеристика выпрямляющего элемента или диода показана в характеристике напряжения-тока.
Теперь, когда мы применяем отрицательное напряжение, то есть соединяем отрицательный вывод батареи с анодным выводом диода и положительный вывод батареи с катодным выводом диода. Из-за запирания в обратном направлении он предлагает бесконечное электрическое сопротивление и, таким образом, ведет себя как разомкнутый контур. Полные характеристики напряжения-тока показаны ниже.
Рассмотрим снова ту же схему, но с тем отличием, что здесь мы используем практический выпрямляющий элемент вместо идеального. Практический выпрямляющий элемент имеет некоторое конечное прямое запирающее напряжение и высокое обратное запирающее напряжение. Мы применим ту же процедуру, чтобы получить характеристики напряжения-тока практического выпрямляющего элемента. Теперь, когда мы делаем практический выпрямляющий элемент запирающимся в прямом направлении, он не проводит до тех пор, пока приложенное напряжение не станет больше прямого пробивного напряжения или, как говорят, коленного напряжения. Когда приложенное напряжение становится больше коленного напряжения, диод или выпрямляющий элемент переходит в режим проводимости. Таким образом, он ведет себя как замкнутый контур, но из-за некоторого электрического сопротивления происходит падение напряжения на этом практическом диоде. Мы можем сделать выпрямляющий элемент запирающимся в прямом направлении, соединив положительный вывод батареи с анодом, а отрицательный вывод с катодом. Прямая характеристика практического выпрямляющего элемента или диода показана в характеристике напряжения-тока. Теперь, когда мы применяем отрицательное напряжение, то есть соединяем отрицательный вывод батареи с анодным выводом диода и положительный вывод батареи с катодным выводом выпрямляющего элемента. Из-за запирания в обратном направлении он предлагает конечное сопротивление и отрицательное напряжение до тех пор, пока приложенное напряжение не станет равным обратному пробивному напряжению, и, таким образом, он ведет себя как разомкнутый контур. Полные характеристики показаны ниже
Теперь приборы типа выпрямителя используют два типа выпрямительных цепей:
Цепи однополупериодного выпрямителя приборов типа выпрямителя
Рассмотрим цепь однополупериодного выпрямителя, приведенную ниже, в которой выпрямляющий элемент подключен последовательно с синусоидальным источником напряжения, прибором с постоянным магнитом и подвижной катушкой, а также резистором-мультипликатором.
Функция этого резистора-мультипликатора состоит в том, чтобы ограничить ток, потребляемый прибором с постоянным магнитом и подвижной катушкой. Очень важно ограничить ток, потребляемый прибором с постоянным магнитом и подвижной катушкой, так как если ток превысит допустимую величину, прибор может быть поврежден. Теперь давайте разделим нашу работу на две части. В первой части мы применяем постоянное напряжение к вышеуказанной цепи. В схеме мы предполагаем, что выпрямляющий элемент является идеальным.
Обозначим сопротивление мультипликатора R, а сопротивление прибора с постоянным магнитом и подвижной катушкой R1. Постоянное напряжение создает полную шкалу отклонения величины I=V/(R+R1), где V - среднеквадратическое значение напряжения. Теперь рассмотрим второй случай, в котором мы будем применять синусоидальное переменное напряжение к цепи v =Vm × sin(wt) и получим выходную форму сигнала, как показано. В положительной половине периода выпрямляющий элемент будет проводить, а в отрицательной половине периода он не будет проводить. Таким образом, мы получим импульсы напряжения на подвижной катушке, которые создают пульсирующий ток, следовательно, пульсирующий ток создаст пульсирующий момент.
Отклонение, которое будет соответствовать среднему значению напряжения. Давайте вычислим среднее значение электрического тока, чтобы вычислить среднее значение напряжения, нам нужно интегрировать мгновенное выражение напряжения от 0 до 2π. Таким образом, вычисленное среднее значение напряжения составляет 0.45V. Снова V - это среднеквадратическое значение тока. Таким образом, мы заключаем, что чувствительность к входному переменному току составляет 0.45 от чувствительности к постоянному току в случае однополупериодного выпрямителя.
Цепи двухполупериодного выпрямителя приборов типа выпрямителя
Рассмотрим цепь двухполупериодного выпрямителя, приведенную ниже.
Здесь мы использовали мостовую схему выпрямителя, как показано. Снова разделим нашу работу на две части. В первой части мы анализируем выход, применяя постоянное напряжение, а во второй части мы будем применять переменное напряжение к цепи. Серийный резистор-мультипликатор подключен последовательно с источником напряжения, который выполняет ту же функцию, как описано выше. Рассмотрим первый случай, когда мы применяем постоянное напряжение к цепи. Теперь значение полного отклонения тока в этом случае снова V/(R+R1), где V - это среднеквадратическое значение приложенного напряжения, R - сопротивление резистора-мультипликатора, а R1 - это электрическое сопротивление прибора. R и R1 обозначены на схеме. Теперь рассмотрим второй случай, в котором мы будем применять синусоидальное переменное напряжение к цепи, которое задается v = Vmsin(wt), где Vm - это пиковое значение приложенного напряжения. Если мы вычислим значение полного отклонения тока в этом случае, применяя аналогичную процедуру, то получим выражение для полного отклонения тока как .9V/(R+R1). Помните, чтобы получить среднее значение напряжения, мы должны интегрировать мгновенное выражение напряжения от нуля до π. Таким образом, сравнивая его с постоянным выходом, мы заключаем, что чувствительность к переменному входному напряжению составляет 0.9 от чувствительности к постоянному входному напряжению.
Выходная форма сигнала показана ниже. Теперь мы обсудим факторы, влияющие на работу приборов типа выпрямителя:
Приборы типа выпрямителя калибруются в терминах среднеквадратических значений синусоидальных волн напряжения и тока. Проблема в том, что входная форма сигнала может или не может иметь тот же коэффициент формы, на котором калибрована шкала этих приборов.
Может быть некоторая ошибка из-за выпрямительной цепи, так как мы не учли сопротивление моста выпрямителя в обоих случаях. Нелинейные характеристики моста могут исказить форму тока и напряжения.
Может быть изменение температуры, из-за которого изменяется электрическое сопротивление моста, поэтому, чтобы компенсировать такого рода ошибки, мы должны применять резистор-мультипликатор с высоким температурным коэффициентом.
Влияние емкости мостового выпрямителя: мостовой выпрямитель имеет неполное емкостное сопротивление, из-за чего он пропускает высокочастотные токи. Поэтому наблюдается уменьшение показаний.
Чувствительность приборов типа выпрямителя низкая в случае переменного входного напряжения.
Преимущества приборов типа выпрямителя
Следующие преимущества имеют приборы типа выпрямителя:
Точность приборов типа выпрямителя составляет около 5 процентов при нормальных условиях эксплуатации.
Диапазон рабочих частот можно расширить до высоких значений.
У них равномерная шкала на приборе.
У них низкие рабочие значения тока и напряжения.
Эффект загрузки вольтметра переменного тока в обоих случаях (то есть однополупериодного диодного выпрямителя и двухполупериодного диодного выпрямителя) выше, чем эффект загрузки вольтметров постоянного тока, так как чувствительность вольтметра, используемого в однополупериодном или двухполупериодном выпрямлении, меньше, чем чувствительность вольтметров постоянного тока.
Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если есть нарушение авторских прав, свяжитесь для удаления.
