Выпрямительные приборы

Выпрямительные приборы широко применяются для измерения тока в звуковом диапазоне частот. Принцип работы таких приборов основан на использовании выпрямительных свойств полупроводникового диода. Постоянная составляющая выпрямленного диодом тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы.

Обычно используются выпрямители двух основных типов: однополупериодные и двухполупериодные. В однополупериодных схемах ток I_пр через микроамперметр, включенный последовательно с диодом V_l, пропускается только один полупериод переменного напряжения u(t). В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода V₁велико, ток протекает через диод V₂, включенный параллельно прибору. Диод V₂ защищает диод V₁ от пробоя. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, сопротивление которого равно сопротивлению цепи измерительного механизма (рис. 6.5, а). Подвижная часть магнитоэлектрического микроамперметра из-за ее инерционности при частотах выше 20 Гц не успевает следить за мгновенными значениями вращающего момента, поэтому реагирует на среднее значение момента.

Из уравнения шкалы магнитоэлектрического прибора также следует, что приборы выпрямительной системы измеряют среднее значение переменного тока, а не среднеквадратическое. Для однополупериодного выпрямителя (рис.6.5, б):

.

Рис. 6.5. Однополупериодная схема выпрямительного миллиамперметра (а) и токи, протекающие в нем (б)

Шкалу прибора, измеряющего переменный ток или напряжение, обычно градуируют в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала, поэтому среднее значение тока I_пр, протекающего через прибор, выражают через среднеквадратическое значение I синусоидального сигнала и коэффи­циент формы k_ф:

,

.

Если форма кривой тока несинусоидальная, то k_ф ≠ 1,11 и показания прибора неверны. Если коэффициент формы несинусоидального тока известен, можно определить новую постоянную прибора и с ее помощью производить правильные измерения этого несинусоидального тока.

В двухполупериодных схемах выпрямителя (рис. 6.6, а) ток I_пр, протекающий через микроамперметр, увеличивается вдвое по сравнению с током, протекающим в схеме на рис. 6.5, а. В положительный полупериод ток проходит через диод V₁, микроамперметр, диод V₃, в течение отрицательного полупериода — через диоды V₂, V₄ и микроамперметр. Таким образом, через микроамперметр ток I_пр проходит в одном и том же направлении в оба полупериода: .

Мостовая цепь с четырьмя диодами требует подбора диодов и специальной температурной компенсации, так как прямое и обратное сопротивления диода зависят от температуры окружающей среды. Практическое применение находят мостовые схемы с двумя диодами и двумя резисторами (рис. 6.6, б). Эта схема имеет меньшую чувствительность, так как измеритель И зашунтирован резисторами R₁ и R₂. Ток, протекающий через прибор, в этом случае равен: где R₁ = R₂ = R, а R_пр – сопротивление цепи измерителя.

Рис. 6.6. Двухполупериодные схемы выпрямительных миллиамперметров (а - в) и токи, протекающие в нем (г)

Если поменять местами диагонали моста, то получим схему последовательно моста (рис. 6.6, в), позволяющую измерять значительные токи, так как сопротивления R₁ и R₂ в этом случае шунтируют измеритель вместе с диодом, а не только измеритель, как в схеме параллельного моста (рис. 6.6, б).

Выпрямительные приборы для измерения токов широко применяются как ее составные элементы комбинированных приборов: тестеров, авометров, используемых дл измерения токов, напряжений, сопротивлений и других электрических величин.

При использовании соответствующего типа диода выпрямительные приборы для измерения токов могут применяться в диапазоне высоких и сверхвысоких частот. Германиевые и кремниевые диоды обеспечивают частотный диапазон измерения токов до 100 МГц.

Основными достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Недостатком этих приборов является их невысокая точность. Основными источниками погрешностей при этом являются изменение параметров диодов с течением времени, нелинейность шкалы, влияние внешней температуры.

Класс точности выпускаемых выпрямительных приборов 1,5 и 2,5; пределы измерения по току от 2 мА до 600 А, по напряжению от 0,3 до 600 В.