Tipo di apparecchio rettificatore
Definizione
Gli strumenti che utilizzano un elemento rettificatore per misurare la tensione e la corrente sono noti come strumenti rettificatori. L'elemento rettificatore converte la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC), che viene poi indicata da un misuratore sensibile a CC. Un dispositivo comunemente utilizzato come indicatore è lo strumento a magnete permanente e bobina mobile (PMMC).
Gli strumenti rettificatori presentano una maggiore sensibilità rispetto agli strumenti a bobina mobile ed elettrodinamometri, rendendoli adatti per le misurazioni di corrente e tensione. La disposizione del circuito di uno strumento rettificatore è mostrata nella figura sottostante, caratterizzata da quattro diodi che funzionano come elemento rettificatore.
La resistenza moltiplicatrice Rs viene utilizzata per limitare la corrente in modo che il suo valore non superi la valutazione dello strumento PMMC.
Elemento Rettificatore
Un elemento rettificatore converte la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC), assicurando un flusso di corrente unidirezionale attraverso lo strumento PMMC. I materiali comuni per gli elementi rettificatori includono ossido di rame, celle di selenio, diodi di germanio e diodi di silicio.
L'elemento rettificatore presenta una resistenza zero nello stato polarizzato in avanti e una resistenza infinita nello stato polarizzato all'indietro, una proprietà critica per la rettificazione.
Curva Caratteristica dell'Elemento Rettificatore
La curva caratteristica di un circuito rettificatore è mostrata nella figura sottostante. Idealmente, l'elemento rettificatore non ha caduta di tensione in avanti e blocca tutta la corrente in senso inverso.
Ma praticamente, ciò non è possibile. La vera curva caratteristica dell'elemento rettificatore è mostrata nella figura sottostante.
Circuito Rettificatore a Mezza Onda
La figura sottostante illustra un circuito rettificatore a mezza onda. L'elemento rettificatore è connesso in serie con la sorgente di tensione, la resistenza moltiplicatrice e lo strumento PMMC. Si assume che la resistenza in avanti del diodo sia trascurabile.
Quando una sorgente di tensione continua viene applicata al circuito, una corrente Im scorre attraverso di esso, con una magnitudine pari a V/(Rm + RS). Questa corrente causa una deflessione completa nello strumento.
Quando una tensione alternata viene applicata allo stesso circuito, l'elemento rettificatore converte la tensione alternata in una tensione continua unidirezionale, fornendo un'uscita rettificata attraverso lo strumento. Lo strumento PMMC si deflette in base al valore medio della corrente, che dipende dal valore medio della tensione della sorgente CA.
Valore Medio della Tensione
Il calcolo sopra indicato mostra che la sensibilità dello strumento per la CA è 0,45 volte la sensibilità alla corrente per la CC.
Strumento Rettificatore a Onda Completa
Il circuito di un rettificatore a onda completa è mostrato nella figura sottostante.
La tensione continua applicata al circuito causa la deflessione completa del misuratore PMMC. La tensione sinusoidale applicata al misuratore è espressa come
Per lo stesso valore di tensione, il valore medio della CA è 0,9 volte quello della CC. In altre parole, la sensibilità dello strumento con la CA è il 90% di quella con la CC.
La sensibilità di uno strumento rettificatore a onda completa è doppia rispetto a quella di uno strumento rettificatore a mezza onda.
Sensibilità dello Strumento Rettificatore
La sensibilità di uno strumento riflette come la quantità misurata varia dall'ingresso all'uscita, come ad esempio la sensibilità a CC di uno strumento rettificatore.
La sensibilità di uno strumento rettificatore a CA dipende dal tipo di elemento rettificatore utilizzato nel circuito.
Fattori che Influenzano le Prestazioni degli Strumenti Rettificatori
I seguenti fattori influenzano le prestazioni dello strumento quando viene utilizzato con la CA:
Effetti della Forma d'Onda
Gli strumenti rettificatori sono tarati in base al valore RMS (radice media quadratica) della tensione e della corrente. Il fattore di forma dei rettificatori a mezza onda e a onda completa è fisso per la scala tarata. Se viene applicata una forma d'onda con un fattore di forma diverso, si verificheranno errori di lettura dovuti alla discrepanza della forma d'onda.
Effetto del Cambiamento di Temperatura
La resistenza dell'elemento rettificatore varia con la temperatura, introducendo errori nelle misurazioni dello strumento.
Effetto delle Correnti ad Alta Frequenza
Gli strumenti rettificatori hanno caratteristiche di capacità imperfette, permettendo alle correnti ad alta frequenza di passare e influire sulle letture.
Diminuzione della Sensibilità
La sensibilità degli strumenti rettificatori per l'operazione a CA è inferiore a quella per l'operazione a CC.
Vantaggi degli Strumenti Rettificatori
Gamma di Frequenze Estesa: Operano da 20 Hz a gamme di frequenze elevate.
Basso Consumo di Corrente: Per i voltmetri, l'intervallo di corrente operativa è molto inferiore rispetto ad altri strumenti a CA.
Scale Uniformi: Forniscono scale uniformi su un ampio intervallo di misurazione.
Precisione Moderata: Raggiungono una precisione di ±5% in condizioni operative normali.
Applicazioni degli Strumenti Rettificatori
