Instrument de tip rectificador
Definició
Els instruments que utilitzen un element rectificador per mesurar tensió i corrent s'anomenen instruments rectificadors. L'element rectificador converteix la corrent alternada (CA) en corrent contínua (CC), que després es indica mitjançant un comptador responent a CC. Normalment, es fa servir un instrument de bobina mòbil de magnet permanent (PMMC) com a dispositiu indicador.
Els instruments rectificadors presenten una sensibilitat superior en comparació amb els instruments de bobina mòbil i electrodinamòmetre, fent-los adequats per a les mesures de corrent i tensió. La disposició del circuit d'un instrument rectificador es mostra a la figura següent, amb quatre díodes que funcionen com a element rectificador.
La resistència multiplicadora Rs es fa servir per limitar la corrent de manera que el seu valor no superi la capacitat de l'instrument PMMC.
Element Rectificador
Un element rectificador converteix la corrent alternada (CA) en corrent contínua (CC), assegurant un flux de corrent unidireccional a través de l'instrument PMMC. Materials comuns per als elements rectificadors inclouen òxid de cobre, cèl·lules de seleni, díodes de germani i díodes de silici.
L'element rectificador presenta una resistència zero en l'estat polaritzat en avanç i una resistència infinita en l'estat polaritzat en retraïment, una propietat crítica per a la rectificació.
Corba Característica de l'Element Rectificador
La corba característica d'un circuit rectificador es mostra a la figura següent. Idealment, l'element rectificador no té caiguda de tensió en la direcció avanç i bloqueja tota la corrent en la direcció retraïment.
Però, pràcticament, això no és possible. La corba característica real de l'element rectificador es mostra a la figura següent.
Circuit Rectificador de Meia Onda
La figura següent il·lustra un circuit rectificador de meia onda. L'element rectificador està connectat en sèrie amb la font de tensió, la resistència multiplicadora i l'instrument de bobina mòbil de magnet permanent (PMMC). Es suposa que la resistència en avanç del díode és negligible.
Quan s'aplica una font de tensió CC al circuit, una corrent Im flueix a través d'ell, amb una magnitud igual a V/(Rm + RS). Aquesta corrent provoca una deflexió total a l'instrument.
Quan s'aplica una tensió CA al mateix circuit, l'element rectificador converteix la tensió CA en una tensió CC unidireccional, produint una sortida rectificada a través de l'instrument. L'instrument PMMC es deflexiona basant-se en el valor mitjà de la corrent, que depèn del valor mitjà de la tensió de la font CA.
Valor Mitjà de la Tensió
El càlcul anterior indica que la sensibilitat de l'instrument per a CA és 0,45 vegades la sensibilitat de corrent per a CC.
Instrument Rectificador de Full Onda
El circuit d'un rectificador de full onda es mostra a la figura següent.
La tensió CC aplicada al circuit provoca la deflexió total del comptador PMMC. La tensió sinusoidal aplicada al comptador s'expressa com
Per al mateix valor de tensió, el valor mitjà de la CA és 0,9 vegades el de la CC. En altres paraules, la sensibilitat de l'instrument amb CA és el 90% de la de la CC.
La sensibilitat d'un instrument rectificador de full onda és el doble que la d'un instrument rectificador de meia onda.
Sensibilitat de l'Instrument Rectificador
La sensibilitat d'un instrument reflecteix com varia la quantitat mesurada de l'entrada a la sortida, com la sensibilitat CC d'un instrument rectificador.
La sensibilitat d'un instrument rectificador de CA depèn del tipus d'element rectificador utilitzat al circuit.
Factors que Afecten el Rendiment dels Instruments Rectificadors
Els factors següents impacten el rendiment de l'instrument quan s'utilitza amb CA:
Efectes de la Forma d'Onda
Els instruments rectificadors es calibren basant-se en el valor RMS (root-mean-square) de la tensió i la corrent. El factor de forma dels instruments rectificadors de meia onda i de full onda és fix per a l'escala calibrada. Si s'aplica una forma d'ona amb un factor de forma diferent, es produeixen errors de lectura deguts a la desigualtat de la forma d'ona.
Efecte del Canvi de Temperatura
La resistència de l'element rectificador varia amb la temperatura, introduint errors en les mesures de l'instrument.
Efecte de les Corrents d'Alta Frequència
Els instruments rectificadors tenen característiques de capacitance imperfectes, permetent que les corrents d'alta frequència passin a través i afectin les lectures.
Disminució de la Sensibilitat
La sensibilitat dels instruments rectificadors per a l'operació de CA és inferior a la de la operació de CC.
Avantatges dels Instruments Rectificadors
Ampliació de la Faixa de Frequències: Opera des de 20 Hz fins a faixes d'alta freqüència.
Baix Consum de Corrent: Per als voltmetres, la faixa de corrent d'operació és molt més baixa que la d'altres instruments de CA.
Escales Uniforms: Proporciona escales uniforms en un ampli rang de mesura.
Precisió Moderada: Aconsegueix una precisió de ±5% en condicions normals d'operació.
Aplicacions dels Instruments Rectificadors
