Как работают выпрямительные приборы для измерения переменного тока. Какие схемы выпрямления используются в таких приборах. Каковы основные преимущества и недостатки выпрямительных измерительных приборов. Как обеспечивается высокая точность измерений с помощью выпрямительных приборов.
Принцип работы выпрямительных измерительных приборов
Выпрямительные измерительные приборы предназначены для измерения переменных токов и напряжений путем их преобразования в постоянный ток. Основными компонентами таких приборов являются:
- Выпрямительный преобразователь на основе полупроводниковых диодов
- Магнитоэлектрический измерительный механизм
- Отсчетное устройство (шкала)
Принцип действия основан на выпрямлении измеряемого переменного тока или напряжения с помощью диодного выпрямителя и последующем измерении выпрямленного тока магнитоэлектрическим механизмом. Это позволяет использовать преимущества магнитоэлектрических приборов (высокая чувствительность, малое потребление энергии) для измерений на переменном токе.
Основные схемы выпрямления в измерительных приборах
В выпрямительных измерительных приборах используются две основные схемы выпрямления:
1. Однополупериодная схема выпрямления
В этой схеме через измерительный механизм проходит только одна полуволна переменного тока. Вторая полуволна шунтируется диодом. Основные особенности:
- Простота конструкции
- Меньшая чувствительность по сравнению с двухполупериодной схемой
- Используется в основном в приборах для измерения малых токов и напряжений
2. Двухполупериодная мостовая схема выпрямления
В этой схеме выпрямленный ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода. Особенности:
- Более высокая чувствительность
- Лучшее использование измеряемого сигнала
- Меньшие пульсации выпрямленного тока
- Применяется в большинстве выпрямительных приборов
Преимущества выпрямительных измерительных приборов
Выпрямительные приборы обладают рядом важных достоинств по сравнению с другими типами приборов для измерения переменных токов и напряжений:
- Высокая чувствительность, позволяющая измерять малые токи и напряжения
- Малое собственное потребление энергии
- Широкий частотный диапазон измерений (до 100 МГц)
- Простота конструкции
- Возможность создания многопредельных комбинированных приборов
Благодаря этим преимуществам выпрямительные приборы нашли широкое применение в радиоэлектронике, связи, автоматике и других областях для измерения переменных токов и напряжений.
Особенности и ограничения выпрямительных приборов
При использовании выпрямительных измерительных приборов необходимо учитывать некоторые их особенности:
- Зависимость показаний от формы кривой измеряемого тока/напряжения
- Нелинейность шкалы в начальной части из-за свойств диодов
- Температурная погрешность из-за зависимости параметров диодов от температуры
- Частотная погрешность на высоких частотах из-за паразитных емкостей диодов
- Невысокая точность (обычно класс точности 1,5 — 2,5)
Для уменьшения влияния этих факторов в выпрямительных приборах применяются различные схемы температурной и частотной компенсации.
Обеспечение высокой точности измерений
Несмотря на ограничения, современные выпрямительные приборы позволяют обеспечить достаточно высокую точность измерений переменных токов и напряжений. Для этого применяются следующие методы:
- Использование прецизионных выпрямительных диодов с малым разбросом параметров
- Схемы температурной компенсации для уменьшения температурной погрешности
- Частотная коррекция для расширения рабочего диапазона частот
- Линеаризация шкалы с помощью дополнительных элементов
- Калибровка приборов по образцовым средствам измерений
Это позволяет создавать выпрямительные приборы с классом точности до 0,5 и рабочим диапазоном частот до 100 МГц.
Области применения выпрямительных измерительных приборов
Благодаря своим преимуществам выпрямительные приборы широко используются в различных областях техники:
- Радиоэлектроника и связь — для измерения высокочастотных сигналов
- Энергетика — для контроля параметров электрических сетей
- Автоматика и системы управления — для измерения сигналов датчиков
- Бытовая электроника — в мультиметрах и других измерительных приборах
- Метрология — в качестве рабочих средств измерений переменного тока
Выпрямительные приборы особенно эффективны при измерении малых переменных токов и напряжений, а также высокочастотных сигналов.
Перспективы развития выпрямительных измерительных приборов
Основными направлениями совершенствования выпрямительных приборов являются:
- Повышение точности измерений за счет применения новых схемотехнических решений
- Расширение частотного диапазона измерений
- Уменьшение влияния внешних факторов на результаты измерений
- Создание интеллектуальных приборов с цифровой обработкой сигналов
- Миниатюризация приборов на основе интегральных технологий
Это позволит и в дальнейшем успешно применять выпрямительные измерительные приборы для решения широкого круга измерительных задач.
Главная | Контакты | FAQ | ||
Магнитоэлектрические приборы пригодны для измерений в цепях постоянного тока. Расширение их возможностей достигается преобразованием переменного тока в постоянный. В этом случае удается использовать такие их свойства, как высокую чувствительность и точность, малое потребление энергии. Выпрямительные приборы могут строиться на применении пассивных и активных элементов. В данном параграфе рассматриваются приборы, основанные на использовании пассивных элементов (диодов). Рис. 5.13. Выпрямление тока Для преобразования переменного тока в постоянный используются одно- и двухполупериодные выпрямители. В схеме однополупериодного выпрямителя (рис. 5.13, а) через прибор проходит только положительная полуволна тока (рис. Более широкое распространение получила двухполупериодная схема выпрямления, различные варианты которой показаны на рис. 5.14, а – г. Рис. 5.14. Схемы выпрямителей
В мостовых схемах (рис. 5.14, в, г) два диода заменены резисторами. Это позволяет уменьшить температурную погрешность прибора, так как прямое и обратное сопротивления диодов сильно зависят от температуры. Уменьшение погрешности связано сокращением числа диодов, а также со стабилизирующим действием резисторов. Схема на рис. 5.14, г удобна для измерения больших токов, поскольку резисторы R1 и R2 выполняют роль шунтов. Недостатком схем (рис. 5.14, в, г) является необходимость применения более чувствительного механизма. Зависимость показаний прибора от тока может быть определена из следующих соображений. Согласно (5.1) мгновенное значение вращающего момента , где Если ток i(t), то для схемы однополупериодного выпрямителя имеем , а для двухполупериодного выпрямления , где . При равновесии и, следовательно, для однополупериодных и двухполупериодных приборов соответственно имеем ; Таким образом, выпрямительные приборы позволяют измерять среднее значение тока. Преимуществом выпрямительных приборов является высокая чувствительность, позволяющая измерять напряжения 0,2 – 0,3 В и токи 0,25 – Погрешность выпрямительного прибора определяется погрешностью измерительного механизма, погрешностью, вызванной температурной нестабильностью выпрямительных диодов. В большинстве случаев выпрямительные приборы выполняют комбинированными и многопредельными. В корпусе прибора помещают измерительный механизм, выпрямительные диоды, наборы шунтов и дополнительных резисторов. Путем коммутации этих элементов создаются схемы для измерения тока, напряжения, сопротивления.
ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры… Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом… Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все… Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем… Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: |
5.13, б, в), что определяется включением диода VD1 в соответствующей полярности. Диод VD2 образует цепь для прохождения отрицательной полуволны тока. Цепь VD2, R1 обеспечивает защиту диода VDI от пробоя, шунтируя его при отрицательной полуволне тока. Сопротивление резистора выбирается равным сопротивлению измерительного механизма. При этом сопротивление прибора будет одинаковым для любого направления тока.
5.14, б, в, г. Измерительный механизм включается в диагональ моста. Ток через него протекает в одном направлении, как показано на рис. 5.14, а – г стрелками. Преимуществом двухполупериодного выпрямителя является удвоенная величина тока, что нетрудно заметить из сравнения рис. 5.13, в и 5.14, д.
1.
7 Выпрямительные приборы. Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и токаМетрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
курсовая работа
Для измерения тока и напряжения в цепях повышенной частоты широко применяются выпрямительные приборы, состоящие из выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического микро- или миллиамперметра (рис. 1-10а). В качестве выпрямительных элементов используются полупроводниковые (германиевые или кремниевые) диоды, выпрямляющее действие которых определяется коэффициентом выпрямления. Действие приборов основано на преобразовании с помощью диодов измеряемого переменного тока или напряжения в пропорциональный последнему постоянный ток, регистрируемый чувствительным магнитоэлектрическим измерителем, отсчет, по шкале которого производится в значениях измеряемой величины.
Выпрямительные приборы работают по схемам одно- или двухполупериодного выпрямления. измеряемый ток любой формы вызывает отклонение подвижной части выпрямительного прибора, пропорциональное средневыпрямленному значению.
Шкалу выпрямительных приборов всегда градуируют в среднеквадратических значениях тока синусоидальной формы.
Рис.1.10 Выпрямительный прибор
Главными источниками погрешностей выпрямительных приборов являются: погрешность градуировки миллиамперметра; емкость диодов; изменение температуры окружающей среды; выход частоты за пределы рабочего диапазона; отклонение формы кривой измеряемого тока от синусоидальной.
Для измерения больших токов применяют приборы со схемой, представленной на рис. 1.11а. Здесь резисторы R являются шунтами для каждого полупериода тока. В многопредельных амперметрах набор таких шунтов помешают внутри корпус прибора и переключают наружным ручным переключателем. Выпрямительный вольтметр состоит из выпрямительного миллиамперметра и добавочного резистора Rд (рис. 1.11б). Добавочные резисторы располагают внутри корпуса многопредельного вольтметра и переключают их при изменении предела измерения.
Рис.1.11. Схемы выпрямительных приборов
Внутреннее сопротивление выпрямительного вольтметра на каждом пределе разное, поэтому его выражают в виде числа Ом, приходящегося на 1 В, например 6000 Ом/В, 10 000 Ом/В и т.
д.
Выпрямительные приборы обычно имеют класс точности не выше 2,5. Это объясняется тем, что различные экземпляры полупроводниковых диодов недостаточно однородны по своим характеристикам и параметрам, которые к тому же со временем несколько изменяются. Поэтому расчет выпрямительного прибора может быть произведен лишь приближенно, в процессе его наладки возникает необходимость в подборе диодов и подгонке электрических номиналов других элементов схемы.
Градуировочная характеристика прибора должна систематически проверяться и корректироваться, особенно при замене выпрямительных элементов. Вследствие зависимости прямого и обратного сопротивлений диодов от температуры приборы имеют заметную температурную погрешность, достигающую 3—4% на каждые 10 К отклонения температуры от 20° С. Способами температурной компенсации и теплоизоляции удается получить диапазон рабочих температур от .—30 до +(40—50)° С.
Достоинства: высокая чувствительность; малое потребление энергии.
Недостатки: низкая точность; малая перегрузочная способность; влияние формы тока.
Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения. Снабженные источником постоянного напряжения (малогабаритный аккумулятор или химический элемент), они могут также использоваться для измерения электрического сопротивления.
Логарифмические вольтметры представляют собой однопредельные приборы, позволяющие оперативно измерять или контролировать уровни напряжений или токов, изменяющиеся в процессе наблюдения в очень широких пределах (в десятки и сотни раз). Они находят применение при электроакустических измерениях, измерении напряженности поля, снятии характеристик фильтров и в ряде других случаев. Эти приборы должны обладать переменной чувствительностью, высокой при слабых входных сигналах и постепенно понижающейся с возрастанием уровня сигнала. Их шкалы при производстве отсчета в единицах измеряемого напряжения имели бы логарифмический характер, однако при выполнении отсчета в относительных единицах — децибелах они получаются почти равномерными.
Требуемый вид градуировочной характеристики прибора обычно достигается посредством логарифмического преобразования тока в цепи измерителя, например в результате шунтирования последнего специально подобранным полупроводниковым диодом, включенным в пропускном направлении.
Логарифмические вольтметры аналогично квадратичным вольтметрам часто выполняются на диодных цепочках. Исследуемый сигнал после его выпрямления подводится к измерительному блоку через делитель напряжения, одно из плеч которого является нелинейным. Это плечо обычно состоит из ряда параллельно включенных ветвей, содержащих по резистору и точечному диоду; к последнему подводится опорное напряжение определенного значения, которое изменяется с некоторым шагом от одной ветви к другой.
По мере роста измеряемого напряжения увеличивается число открытых диодов, что ведет к уменьшению коэффициента деления напряжения. Такие вольтметры имеют динамический диапазон измерений до 50 дБ и используются при снятии частотных и других характеристик радиоцепей.
Делись добром 😉
Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
1.2 Магнитоэлектрические приборы
Узел для создания вращающего момента состоит из сильного постоянного магнита и легкой подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток (рис. 1.3.а)…
Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
1.3 Электромагнитные приборы
Электромагнитные измерительные приборы с подвижным магнитом также основаны на магнитоэлектрическом принципе. Они могут быть использованы для измерений на постоянном токе, а с дополнительными преобразователями — и на переменном токе…
Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
1.4 Электродинамические приборы
Электродинамические измерительные приборы основаны на принципе взаимодействия токов. Они могут применяться для измерений, как на переменном, так и на постоянном токе…
Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
1.
5 Электростатические приборыЭлектростатические измерительные приборы могут быть использованы для измерений, как на постоянном, так и на переменном токе. Измерительный прибор состоит из конденсатора, электроды которого закреплены так, что имеется возможность…
Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока
1.6 Термоэлектрические приборы
При настройке и контроле режима антенных и других колебательных систем радиотехнических устройств возникает необходимость в измерении токов высоких частот…
Полупроводниковый прибор КД409А
4. Полупроводниковые диоды: выпрямительные, стабилитроны, туннельные, фотодиоды, светодиоды, варикапы. Конструкция, основные характеристики и параметры, условные обозначения
Полупроводниковым диодом называется прибор с двумя выводами и одним p-n переходом. Принцип работы полупроводникового диода основан на использовании односторонней проводимости, электрического пробоя и других свойств p-n перехода._30%D0%B2%D0%BC16%D0%B0.jpg)
..
Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов
1.1 Выпрямительные диоды
Выпрямительный полупроводниковый диод — это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n — перехода и имеют две области…
Расчет и проектирование диода Ганна
1.1.1 Выпрямительные диоды
Диоды, используемые в электрических устройствах для преобразования переменного тока в ток одной полярности, называют выпрямительными. Разновидностью выпрямительных диодов являются лавинные диоды…
Расчет и проектирование диода на основе кремния
1.3 Силовые полупроводниковые выпрямительные диоды
Силовой (мощные) полупроводниковый выпрямительный диод (далее просто диод) представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из двух граничащих между собой слоев полупроводника дырочного р- и электронного n-типов…
Расчет измерительных преобразователей.
Полупроводниковый диод
— выпрямительные диоды;
— импульсные диоды; — стабилитроны; — варикапы; — светодиоды; — тоннельные диоды и так далее…
Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод
Выпрямительные диоды
101-399 Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A) К или 2 Кремний 201-299 Диоды выпрямительные средней мощности (0…
Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод
6. Выпрямительные диоды
Общая характеристика выпрямительных диодов. Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания…
Структурированная кабельная система на 292 порта зданий гимназии
4.1 Приборы для тестирования
Испытания проводятся тестером-сертификатором СКС, который автоматический проводит серию тестов в виде генерации электрических сигналов заданных характеристик…
Установка звуковоспроизводящей аппаратуры в легковом автомобиле
2.
1 Звукообрабатывающие приборыВсе головные устройства (автомагнитолы) можно разделить на три типа: кассетные, CD-ресиверы и MD-ресиверы. Наиболее распространены кассетные ресиверы, и это объясняется тем, что кассета является наиболее привычным и удобным аудионосителем…
Устройства генерирования и канализации субмиллиметровых волн
1.2 Плазменные приборы
Ряд исследователей высказывал предположение, что для генерирования и усиления субмиллиметровых волн вместо обычной замедляющей системы ЛОВ может быть применен плазменный волновод. В изучение приборов, использующих электронно-ионную плазму…
Выпрямительные приборы — Студопедия
Поделись
Электромеханические приборы с преобразователями
Высокая чувствительность, точность и малое потребление энергии выгодно отличают магнитоэлектрические приборы от других электромеханических приборов. Ввиду этого стремятся использовать магнитоэлектрические приборы для измерений на переменном токе.
Эта задача решается путем преобразования переменного тока в постоянный с последующим его измерением с помощью магнитоэлектрического измерительного механизма.
В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используют выпрямительные и термоэлектрические преобразователи, а также преобразователи на электронных элементах (электронных лампах, транзисторах, интегральных микросхемах и т. п.). В соответствии с этим различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы.. Электронные приборы будут рассмотрены в разделе 4.5.
Выпрямительные приборы представляют собой соединение выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством.
В выпрямительных приборах используют одно- и двухполупе-риодные диодные схемы выпрямления. При использовании схемы однопо-лупериодного выпрямления (рис.4.13,а) через измерительный механизм проходит только одна полуволна переменного тока, а обратная — пропускается через диод Д2и резистор R.
Цепь из диода Д2и резистора R = RHиспользуют для выравнивания обеих полуволн тока в общей цепи, а также для защиты от пробоя диода Д1при обратной полуволне напряжения.
Рис.4.13. Схемы однополупериодного (а) и двухполупериодного выпрямления
При использовании схемы двухполупериодного выпрямления выпрямленный ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода и, следовательно, чувствительность этих схем выше, чем однополупериодных. На рис.4,б показана наиболее распространенная двухполупериодная схема выпрямления — мостовая.
Выпрямительные свойства диодов характеризуют коэффициентом выпрямления
(4.22)
где Iпр и I0бР — токи, протекающие через диод в прямом и обратном направлении; Rnpи Rобр — соответственно прямое и обратное сопротивление диода. Значение kB зависит от приложенного к диоду напряжения, частоты протекающего тока и температуры окружающей среды.
Если измеряется переменный ток , то мгновенный вращающий момент измерительного механизма при протекании по его катушке пульсирующего выпрямленного тока
При использовании выпрямительного прибора в цепи переменного тока промышленной или более высокой частоты отклонение подвижной части измерительного механизма при однополупериодном выпрямлении определяется средним моментом
(4.23)
а при двухполупериодном выпрямлении
(4.24)
где Т — период; Iср — средний измеряемый ток.
Угол поворота подвижной части измерительного механизма при одно- и двухполупериодном выпрямлении соответственно
(4.25)
Из полученных выражений видно, что у выпрямительных приборов отклонение подвижной части пропорционально среднему измеряемому току.
При измерениях в цепях переменного тока обычно нужно знать действующий ток (напряжение). Учитывая, что действующий ток связан с равенством Icр = I/kф , где kф— коэффициент формы кривой тока,
(4.
26)
Таким образом, выпрямительный прибор может быть градуирован в действующих значениях тока (напряжения) только для заданной формы кривой (для синусоиды kфс=1,11). Если же форма кривой измеряемого тока (напряжения) отлична от заданной, в показаниях прибора появляется погрешность.
Если коэффициент формы kфизвестен, то действующий ток несинусоидальной формы, измеренный прибором, градуированным по синусоидальному току, может быть определен по формуле:
(4.27)
Зависимость коэффициента выпрямления диодов от температуры, приложенного напряжения и частоты протекающего тока, а также влияние формы кривой измеряемого тока приводит к значительным погрешностям выпрямительных амперметров и вольтметров. Снижение погрешностей обычно производится путем включения дополнительных элементов коррекции в цепи приборов.
Сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма, схемы выпрямления, шунта или добавочного резистора образует выпрямительный амперметр или вольтметр.
Выпрямительные приборы в большинстве случаев выполняют многопредельными и комбинированными. Этими приборами путем переключений элементов прибора с помощью переключателей можно измерять как постоянные, так и переменные токи и напряжения, а также измерять сопротивления по схеме омметра. Верхний предел измерений для выпрямительных приборов, выпускаемых отечественной промышленностью, составляет: тока — от 3 мА до 10 А, напряжения — от 75 мВ до 600 В (предел 75 мВ—только для постоянного напряжения), сопротивления — от 0,5 кОм до 5 МОм.
Из-за нелинейности вольт-амперных характеристик диодов при малых значениях переменных токов (напряжений) шкала в начальной части (0—15 %) неравномерная.
Выпрямительными приборами без частотной компенсации можно пользоваться для измерения токов и напряжений до частот 5000 – 10 000 Гц, в приборах с частотной компенсацией рабочий диапазон частот расширяется до 50 кГц. Точность выпрямительных приборов относительно невысока — класс точности обычно 1,5; 2,5.
Почему не следует смешивать устройства с двухполупериодным и полноволновым питанием
Почему не следует смешивать устройства с двухволновым и полуволновым питанием Твитнуть Июнь 2018 г. | Инновации в области комфорта, эффективности и безопасности. |
| Почему не следует смешивать двухволновые и полуволновые устройства Когда однополупериодные и двухполупериодные выпрямительные устройства питаются от одного и того же трансформатор и их общие точки постоянного тока соединены вместе, это создает короткое замыкание.  за половину цикла переменного тока в мостовом выпрямителе. | Harpartap Parmar, Старший менеджер по продукции Современные средства управления |
| Артикул |
| Интервью |
| Выпуски |
| Новые продукты |
| Отзывы |
| |
| Редакция |
| События |
| Спонсоры |
| Поиск по сайту |
| Информационные бюллетени |
| |
| Архив |
| Прошлые выпуски |
| Дом |
| Редакторы |
| ОБРАЗОВАНИЕ |
| |
| Обучение |
| Ссылки |
| Программное обеспечение |
| Подписаться |
| |
Много
устройства в сфере управления и HVAC питаются от 24 В переменного тока.
А
трансформатор используется для преобразования более высокого сетевого напряжения 120 или 240 В переменного тока
в нижний 24В для питания устройств. Суммарная мощность
устройства проверяются, чтобы определить подходящий трансформатор для работы. Но
еще одна важная деталь в основном упускается.
Напряжение питания 24 В переменного тока далее преобразуется в напряжение постоянного тока, необходимое для
схемы устройства. Каждое устройство имеет внутреннюю цепь питания, которая
делает это преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение, и все устройства не
созданы равными. В некоторых устройствах используется двухполупериодный выпрямительный мост (четыре
диоды), а в других используется однополупериодный выпрямитель (один диод). это
из-за этой разницы необходимо соблюдать особую осторожность, когда
подключение устройств с питанием от переменного тока к одному и тому же трансформатору. А
Устройство двухполупериодного выпрямителя преобразует синусоидальные волны переменного тока в постоянный.
в то время как устройство с однополупериодным выпрямителем преобразует только одно. Полная волна
устройства хороши для сильноточных устройств, в то время как однополупериодный выпрямитель
устройства хороши для слаботочных приложений и для совместного использования
трансформатор.
Когда однополупериодные и двухполупериодные выпрямительные устройства питаются от одного и того же трансформатор и их общие точки постоянного тока соединены вместе, это создает короткое замыкание. за половину цикла переменного тока в мостовом выпрямителе. Это может привести либо сгоревший предохранитель на приборе (если есть), либо сгоревший диод в цепи двухполупериодного выпрямителя или перегоревшего трансформатора.
Есть
также являются особыми соображениями при питании двухполупериодного выпрямителя.
устройства в зависимости от заземления вторичной обмотки трансформатора. Полная волна
устройство может либо иметь вторичную обмотку трансформатора на входе с заземлением
или выход на нагрузку постоянного тока заземлен.
Заземление как на входе, так и на
выход приведет к короткому замыканию на половину волны переменного тока, что приведет к повреждению
устройство и/или трансформатор. В зависимости от других обстоятельств, даже
Устройства двухполупериодного выпрямителя могут нуждаться в каждом отдельном
трансформаторы.
Здесь
это простое правило. При использовании устройства с двухполупериодным выпрямителем используйте
специальный трансформатор и не заземляйте трансформатор
вторичный. При использовании устройств с однополупериодным выпрямлением
трансформаторов возможно, но обратите внимание на верхнюю и нижнюю стороны (заземленные
сторона) полярность при подключении к трансформатору.
Это
рекомендуется следовать рекомендациям производителей устройств
для питания своих устройств. Contemporary Controls обеспечивает установку
руководства для своих продуктов, в которых указаны требования к питанию устройства
вместе с надлежащими инструкциями по подключению. Когда сомневаешься в
соединение устройств вместе, которые будут питаться от одного и того же
трансформатора, обратитесь к поставщику устройства.
Немного планирования и
предусмотрительность облегчит установку и сэкономит много
ухудшение, вызванное непригодным к использованию взорванным снаряжением.
нижний колонтитул
[Нажмите на баннер, чтобы узнать больше]
[Домашняя страница] [The Automator] [О нас] [Подписаться ] [Контакты Нас]
Active Rectifiers [Analog Devices Wiki]
Эта версия устарела более новой одобренной версией. Эта версия (05 марта 2019 12:34) была одобрена Антониу Миклаус. Доступна ранее одобренная версия (25 января 2019 13:44).
Содержание
Деятельность: Активные выпрямители
Цель:
Фон:
Материалы:
Адрес:
Настройка оборудования:
Процедура:
Вопросы:
Другие варианты использования этой схемы:
Цель:
Целью этой лабораторной работы является изучение цепей активного выпрямителя.
В частности, тот, который сочетает в себе операционный усилитель, низкопороговый P-канальный МОП-транзистор и обратную связь для синтеза одностороннего токового вентиля или выпрямителя с меньшим прямым падением, чем у обычного диода с PN-переходом.
Фон:
Источники питания, в которых используются обычные диоды для выпрямления переменного напряжения для получения постоянного напряжения, должны иметь дело с определенной неэффективностью. Стандартный диод или сверхбыстродействующий диод может иметь 1 В прямое напряжение или выше при номинальном токе. Это прямое падение диода включено последовательно с источником питания переменного тока, что снижает потенциальное выходное напряжение постоянного тока. Кроме того, это падение напряжения, умноженное на ток, подаваемый через диод, может привести к значительному рассеиванию мощности и выделению тепла.
Более низкое прямое напряжение диодов Шоттки является улучшением по сравнению со стандартным диодом.
Но диоды Шоттки также имеют встроенное фиксированное прямое напряжение. Более высокая эффективность может быть достигнута за счет активного переключения полевых МОП-транзисторов синхронно с формой входного сигнала переменного тока для имитации диодов, используя более низкие потери проводимости полевого транзистора. Активное выпрямление, также часто называемое синхронным выпрямлением, означает включение и выключение полевого транзистора в соответствующей точке формы волны переменного тока в соответствии с полярностью, поэтому он действует как выпрямитель, проводящий ток только в нужном направлении.
В отличие от переходного диода, потери проводимости зависят от сопротивления в открытом состоянии (R DS(ON) ) и тока. Выбор достаточно большого полевого транзистора с низким R DS(ON) уменьшает прямое падение напряжения до доли того, что может достичь любой диод. Следовательно, синхронный выпрямитель будет иметь гораздо меньшие потери, чем диод, что поможет повысить общий КПД.
Необходимость синхронизации сигнала затвора, используемого для включения и выключения полевого транзистора, усложняет конструкцию схемы по сравнению с выпрямителями на основе диодов. Эта сложность часто является лучшей альтернативой дополнительной сложности, вызванной необходимостью отводить тепло, выделяемое диодами. С постоянно растущими требованиями к эффективности зачастую нет лучшей альтернативы, чем использование синхронного выпрямления.
Материалы:
Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки
Перемычки
1 — Операционный усилитель AD8541 CMOS с шиной ввода/вывода
1 — PMOS-транзистор ZVP2110A (или эквивалент)
1 — конденсатор 4,7 мкФ
1 — конденсатор 220 мкФ
1 — резистор 10 Ом
1 — резистор 2,2 кОм
1 — резистор 47 кОм
1 — резистор 1 МОм
Направления:
Соберите простую схему однополупериодного выпрямителя, показанную на рис. 1, на макетной плате без пайки. Схема управления активным затвором, такая как показана на рисунке, использует операционный усилитель (AD8541) для обнаружения, когда форма входного сигнала переменного тока с выхода генератора сигналов произвольной формы более положительна, чем выходное напряжение, V OUT , и включаем транзистор PMOS, M 1 .
Схема обеспечивает активное выпрямление для таких низких напряжений переменного тока, как минимальное напряжение питания для операционного усилителя (2,7 В для AD8541) или пороговое напряжение затвора PMOS-устройства (обычно 1,5 В для ZVP2110A). При более низких входных напряжениях задний затвор полевого МОП-транзистора работает как обычный диодный выпрямитель.
Рис. 1 Активный однополупериодный выпрямитель с операционным усилителем с автономным питанием
Операционный усилитель включит PMOS-транзистор, когда В IN будет более положительным, чем В OUT в соответствии со следующим уравнением:
Где: (напряжения по земле)
V Вторник — это напряжение на ворот м 1
V в — входной ac voltage
47477.
v 47474. выходное напряжение на C 1 и R л
Вы можете связать входное и выходное напряжения со стоком-истоком PMOS, В DS , и напряжением затвор-исток, В GS , согласно следующему уравнению:
Мы можем объединить эти уравнения, чтобы связать привод затвора MOSFET с функцией напряжения сток-исток:
Если стоимость R 2 в 21 раз больше по стоимости, чем R 1 , (1MΩ/47KΩ), +75 мВ падение напряжения сток-исток M 1 , В DS , достаточно для включения PMOS транзистора с порогом напряжение -1,5 В . Большие отношения R 2 к R 1 можно использовать либо для снижения падения напряжения на входе, либо для размещения транзисторов с более высоким пороговым напряжением.
ОУ питается от выходного сглаживающего конденсатора С 1 , поэтому дополнительный источник питания не требуется. К ОУ, выбранному для этой схемы, предъявляются определенные требования. Усилитель должен иметь входы и выходы rail-to-rail и не демонстрировать инверсию фазы усиления при работе вблизи шин питания. Полоса пропускания операционного усилителя ограничивает частотную характеристику схемы. Для этого приложения часто выбирают операционные усилители с низким током питания из-за эффективности, что обычно приводит к низкой полосе пропускания и низкой скорости нарастания. При более высоких входных частотах переменного тока, возможно выше 500 Гц, усиление усилителя начнет снижаться. КМОП-операционный усилитель AD8541 с однополярным питанием соответствует всем этим требованиям и имеет малый ток питания всего 45 мкА.
Настройка оборудования:
AWG1 подключается как В IN и должен быть сконфигурирован как синусоида с амплитудой более 6 вольт от пика до пика, нулевым смещением и частотой 100 Гц.
Входы осциллографа используются для контроля различных точек схемы, таких как V IN , V OUT , напряжение на R S и, следовательно, ток через R S и затвор . М 1 .
Рис. 2. Активный однополупериодный выпрямитель с операционным усилителем с автономным питанием. Схема макетной платы.
Процедура:
Начните с использования конденсатора большой емкости 220 мкФ для C 1 . Конденсаторы емкостью 220 мкФ и 4,7 мкФ имеют полярность, поэтому обязательно правильно подключите положительные и отрицательные клеммы к цепи.
Используйте два входа осциллографа для контроля формы входного сигнала переменного тока при 90 247 В 90 248 90 253 IN 90 254 и формы выходного сигнала постоянного тока при 90 247 В АУТ . VOUT должно быть очень близко к пиковому значению V IN .
Теперь замените большой конденсатор на 220 мкФ на гораздо меньший конденсатор на 4,7 мкФ. Обратите внимание на изменение формы волны, наблюдаемой при В ВЫХОД . Когда В ВЫХ ближе всего по значению к В ВХ и сравните этот интервал входного цикла переменного тока с напряжением на затворе транзистора М 1 .
Рисунок 3 Vout и Vin на конденсаторе 220 мкФ
Рисунок 3 Vout и Vin на конденсаторе 4,7 мкФ
С каналом 2 осциллографа, подключенным через шунтирующий резистор 10 Ом R S , используйте функцию измерения, чтобы получить пиковое и среднее значение тока. Сравните среднее значение со значением постоянного тока в нагрузочном резисторе 2,2 кОм R L , рассчитанным на основе напряжения, измеренного на В OUT .
Повторите это измерение для конденсаторов емкостью 220 мкФ и 4,7 мкФ. Как пиковые и средние значения сравниваются между этими двумя значениями конденсатора?
Вопросы:
Измените размах амплитуды входного сигнала переменного тока. Каково минимальное пиковое значение входного переменного тока, когда транзистор PMOS все еще активно выпрямляет вход, т. е. В GS больше порогового напряжения и устройство включено? Чем определяется это минимальное напряжение?
Попробуйте разные частоты для входа переменного тока. Как частота влияет на пиковое значение и ширину импульса тока в R С ?
Попробуйте разные формы волны для входа переменного тока, отличные от синусоидальной волны, такие как треугольные, прямоугольные и трапециевидные волны. Как это меняет пиковый и средний ток, протекающий через R S ?
Другие варианты использования этой схемы:
Существуют и другие потенциальные возможности использования схемы, которая позволяет току течь только в одном направлении с очень низким падением напряжения на переключателе.
В зарядных устройствах, где источник входного питания может быть прерывистым, например, солнечная панель или генератор ветряной турбины, необходимо предотвратить разрядку аккумулятора, когда источник входного питания не генерирует достаточно высокого напряжения для зарядки аккумулятора. Обычно для этой цели используется простой диод Шоттки, но, как было указано в разделе «Основные сведения», это может привести к снижению эффективности. Если используется операционный усилитель с достаточно низким рабочим током питания, он часто может быть ниже обратного тока утечки в большом диоде Шоттки.
Ресурсы:
Файлы Fritzing: active_rectifier_bb
Файлы LTspice: active_rectifier_ltspice
Для дальнейшего чтения:
http://en.wikipedia.org/wiki/Active_rectification
Вернуться к содержанию лабораторной работы.
университет/курсы/электроника/электроника-лаборатория-32.
txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г. 22:07 (внешнее редактирование)
Объяснение общих основ, работы и требований
Обычно электронные устройства имеют схему выпрямителя, которая обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный в системах электропитания. Эта схема используется в устройствах малой мощности, таких как зарядные устройства, для выпрямления низкого напряжения, возникающего при выпрямлении.
Чтобы понять схему выпрямителя, мы должны узнать о процессе выпрямления. Выпрямление отвечает за преобразование отрицательных битов переменного тока из сети в положительные напряжения постоянного тока. При настройке идеальной системы вам нужен правильный выпрямитель. Поэтому понимание выпрямителя и конфигурации диодов будет важно для вас при настройке вашей системы.
(Электронные компоненты)
1. Что такое схема выпрямителя? Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, преобразующее переменный ток из сетевого напряжения в однонаправленный постоянный ток.
Это работает проще всего путем изменения напряжения переменного тока основного питания от электросетей на напряжение постоянного тока. Самое главное, многие устройства, на которые мы полагаемся, требуют постоянного тока.
Термин «выпрямитель» связан с тем, что устройство выпрямляет направленный поток тока. Использование электронных фильтров для сглаживания выходного сигнала выпрямителя является растущей тенденцией. Следовательно, современные кремниевые полупроводниковые выпрямители привели к выходу выпрямителей на основе селена, механических выпрямителей, выпрямителей на основе оксида меди и ламповых выпрямителей.
Механические и ламповые выпрямители (используемые в электронно-лучевых трубках) были неэффективны из-за высокого внутреннего сопротивления. Однако выпрямители на основе оксида меди и селена имеют лучшую устойчивость к кратковременному напряжению, чем SCR (кремниевый управляемый выпрямитель). Это огромное преимущество перед кремниевыми диодами.
(Преобразователь переменного тока в постоянный с диодным мостом и конденсатором)
2.
Типы выпрямителей Однофазные и трехфазные выпрямители. Как в однофазных, так и в трехфазных выпрямителях они подвергаются однополупериодному и двухполупериодному выпрямлению.
Однофазные выпрямители имеют вход для однофазной сети переменного тока. Структуры очень простые. Им нужен один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы).
Для однофазного переменного тока возникает высокий коэффициент пульсаций. Это связано с тем, что его диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора. Кроме того, для выпрямления используется только одна фаза вторичной обмотки трансформатора.
С другой стороны, в трехфазных выпрямителях требуется три или шесть диодов. Уменьшение напряжения пульсаций происходит за счет подключения всех диодов к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Кроме того, это создает высокий коэффициент использования трансформатора.
Преимущества однофазного выпрямителя
- Подходит для простых конструкций
Преимущества трехфазного выпрямителя
- Во-первых, он наиболее предпочтителен при использовании больших систем
- Во-вторых, выдает большую мощность
- Кроме того, не требует дополнительных фильтрующих компонентов для снижения ВЧ
- Эффективен и имеет больше TUF
Недостатки однофазных выпрямителей
- Начнем с , он обеспечивает небольшое количество энергии.
- Более того, имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF)
(Диоды)
Однополупериодные и двухполупериодные выпрямителиВ однополупериодном выпрямлении выпрямитель полностью блокирует половину пульсирующего входного сигнала. Затем поставляет только одну половину в каждом полном цикле. Это означает, что половина источника питания переменного тока тратится впустую.
Для однополупериодного выпрямления требуется один диод для однофазного питания или три диода для трехфазного питания. Средний уровень выпрямленного напряжения составляет половину уровня входного напряжения. Однако положительное напряжение имеет тот же пиковый уровень входного напряжения переменного тока, что и входное напряжение.
Существует два способа проектирования однополупериодного выпрямителя. Например, в первой модели источник переменного тока подключается напрямую к отрицательной клемме выхода. В следующей конструкции источник переменного тока подключен непосредственно к положительной клемме выхода.
Преимущества
- Во-первых, он имеет выход высокого напряжения
- Кроме того, он дешев, так как использует только один диод для выпрямления мощности.
Наконец, не требует питающего трансформатора
Двухполупериодный выпрямительЭтот выпрямитель инвертирует потерянный или заблокированный отрицательный входной сигнал источника переменного тока. В результате улучшается среднее значение выходного сигнала. Он также удваивает частоту входного переменного напряжения, что не может выполнять полумостовой выпрямитель. И в полученной форме сигнала входные пики и выходные пики равны.
Два широко используемых метода проектирования двухполупериодных выпрямителей: схема трансформатора с отводом от средней точки и диодного моста. Он также работает как активный регулятор, пропуская большую часть тока в цепь нагрузки.
Преимущества- Сначала и в первую очередь имеет высокую эффективность выпрямления (81,2%)
- Второе, он имеет более низкий RF
Форм-фактор:
Форм-фактор — это отношение среднеквадратичного значения тока к выходному постоянному току.
FormFactor=RMS значение постоянного тока на выходе Форм-фактор тока= RMS значение постоянного тока на выходе.
Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя равен 1,11.
(Изображение схемы однополупериодного выпрямителя)
Мостовой выпрямитель Мостовой выпрямитель представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует основной вход переменного тока в постоянный на выходе. Мостовая схема представляет собой выпрямитель, используемый в источниках питания, которые подают постоянное напряжение для электрических устройств и электронных компонентов.
В простом мостовом выпрямителе обычно используется нагрузочный резистор. В результате это гарантирует, что ток, протекающий через него, будет одинаковым как в отрицательных, так и в положительных полупериодах. Мостовой выпрямитель является одной из наиболее распространенных частей электронных источников питания.
Схема мостового выпрямителя состоит из четырех расположенных рядом диодов, также известных как диодные мосты. Пиковое обратное напряжение — это максимальное зарегистрированное напряжение от диода при подключении с обратным смещением в отрицательный полупериод. Во время положительного полупериода в проводящем пятне находятся два диода. Оставшаяся пара находится в непроводящем положении мостового выпрямления. Записи на выходе выпрямителя происходят через нагрузочный резистор.
Преимущества мостового выпрямителя- Во-первых, он имеет более высокий КПД выпрямления (81,2%)
- Кроме того, он имеет пониженное напряжение пульсаций
- Не требует трансформатора при работе мостового выпрямителя
- Кроме того, имеет высокий TUF при взвешивании с выпрямителем с центральным отводом
- Наконец, он достигает высоких частот за счет простой фильтрации
- Во-первых, более высокая стоимость конструкции мостового выпрямителя, поскольку в нем используются четыре диода
- Имеет пониженное выходное напряжение из-за падения напряжения в системе.
- Опять же, конфигурация системы довольно сложна.
- Наконец, он испытывает большое внутреннее сопротивление при работе с более низкими напряжениями.
Мостовой выпрямитель в порядке. В первом цикле переменного тока диоды D2 и D4 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Положительное напряжение находится на аноде D2, в то время как катодный вывод D4 имеет отрицательное напряжение. Через эти два диода проходит первая половина сигнала. Во второй половине цикла диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Общий эффект заключается в том, что две половины переменного тока могут пройти. После этого отрицательная половина инвертируется и становится положительной.
(мостовой выпрямитель)
Неуправляемые выпрямители и управляемые выпрямителиНеуправляемые выпрямители
Название неуправляемых выпрямителей относится к типу выпрямителя, который обеспечивает фиксированное выходное напряжение постоянного тока для определенного источника переменного тока.
В неуправляемых выпрямителях используются только диоды, и они могут быть любыми; двухполупериодный управляемый или двухполупериодный выпрямитель. Однако они менее эффективны, поскольку диоды могут быть либо включены, либо выключены.
Управляемые выпрямители
Эта схема преобразует переменный ток в постоянный с помощью тиристоров для управления подачей питания на нагрузку. Однополупериодный управляемый выпрямитель состоит из одного SCR (Silicon Controlled Rectifier). Они имеют ту же конструкцию, что и неуправляемые выпрямители, но вместо них используют SCR. Выпрямители с однополупериодным управлением ограничивают потери мощности, поскольку они обеспечивают постоянный контроль мощности.
3. Как работают схемы выпрямителей в электроникеПринцип работы выпрямительных цепей
Выпрямительные цепи работают просто путем преобразования источника переменного тока в источник постоянного тока. Он состоит из диодов, заблокированных по всей системе, чтобы создать прямое движение электронов для питания устройств.
Когда переменный ток проходит через цепь выпрямителя, диоды устраняют отрицательные колебания напряжения от источника переменного тока. Поэтому он оставляет только положительное напряжение. Простой диод позволяет току течь только в одном направлении, блокируя ток в обратном направлении.
На этом изображении показана кривая напряжения переменного тока от выпрямительного диода. Форма волны тока имеет чередующиеся интервалы между короткими повышениями напряжения, а также периоды отсутствия напряжения. Это постоянный ток, поскольку он имеет только положительное напряжение.
(Схема диодного моста)
4. Меры предосторожности при проектировании схемы выпрямителяСуществуют меры предосторожности, которые необходимо учитывать при проектировании схемы выпрямителя в любом электрическом устройстве. Чтобы внести ясность, мы обсудим наиболее важные меры предосторожности, которые повлияют на выбор конструкции выпрямителя.
Положительный полупериод Во время положительного полупериода напряжение на аноде и катоде положительное.
Это означает, что диод смещен в прямом направлении. Предположим, что схема подключена к идеальному диоду, а номинальная мощность постоянна. Пиковое напряжение равно Vm, называемому пиковым значением напряжения без падений напряжения.
Однако следует рассматривать падение напряжения на некоторых диодах как на кремниевом диоде с 0,7 В (падение напряжения). Он смещается в прямом направлении только тогда, когда приложенное входное напряжение превышает пороговое напряжение (0,7 В). Следовательно, цепь начинает проводить.
Пиковое напряжение = Vm – 0,7 В (падение напряжения)
Отрицательный полупериодС отрицательным полупериодом все иначе, поскольку напряжение на аноде и катоде отрицательное. Диод в цепи выпрямителя смещается в обратном направлении и действует как разомкнутый переключатель. Это приводит к отсутствию тока. Это приводит к нулевому показанию напряжения на выходе.
Более того, в отрицательный полупериод, даже с учетом используемого диода, напряжение на диоде отрицательное.
Это означает, что показания на выходе по-прежнему будут 0 В.
Напряжение в сети обычно имеет большую мощность. Частичная потеря мощности электрического потенциала тока при движении по цепи называется падением напряжения.
VD= ( 2*L*R*I) / 1000
Расчет тепла, рассеиваемого в выпрямителе:Обычно это тепло, потерянное в процессе выпрямления, когда падает напряжение и возникает сопротивление внутри диодов. Поэтому важно знать падение напряжения на конкретных диодах, используемых в схеме.
Pheat (Потери мощности) = Pmax (Максимальная выходная мощность системы) / Eff (КПД модуля выпрямителя) – Pmax (Максимальная выходная мощность системы.
Пиковое обратное напряжение:PIV относится к максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении. Следовательно, при превышении этого значения диоды могут выйти из строя. Пиковое обратное напряжение равно входному напряжению
Пиковое обратное напряжение (PIV) = 2Vs max = 2V smax
5.
Сглаживающий конденсатор Сглаживающий конденсатор — это система, которая сглаживает колебания подачи сигнала. В основном они применяются после выпрямителя или источника питания. Во время полупериодов создаются плавные переходы при зарядке и разрядке конденсатора. Процесс зарядки происходит, когда ток протекает через положительные полупериоды.
Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсаторомСглаживающий конденсатор помогает уменьшить неполные выходные пульсации на диодах. Таким образом, сглаживающий конденсатор подключается параллельно диодам для поддержания постоянного напряжения в цепи нагрузки.
Нагрузка приходится на выход двухполупериодного мостового выпрямителя. Затем конденсатор увеличивает выход постоянного тока. В результате сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выходной сигнал выпрямителя в более плавный выходной сигнал постоянного тока.
Напряжение пульсаций обратно пропорционально величине сглаживающего конденсатора.
Эти два значения связаны соотношением
В пульсация = I нагрузка /(fxC)
В качестве альтернативы можно использовать интегральную схему регулятора напряжения для постоянного источника питания.
Сглаживающий конденсатор 5 мкФЗаряд и емкость сглаживающего конденсатора 5 мкФ варьируются в зависимости от соединения в цепи. Эквивалентная емкость будет суммой всех конденсаторов, включенных в цепь для конденсатора при параллельном соединении.
Сглаживающий конденсатор 50 мкФАналогично, тот же принцип применяется здесь для сглаживающего конденсатора 50 мкФ. Напряжение при параллельном включении цепи одинаково для всех конденсаторов. Однако конденсатор 50 мкФ является более сильным сглаживающим конденсатором по сравнению с конденсатором 5 мкФ.
(Изображение конденсаторов)
6. Вывод В этой статье собран широкий спектр устройств, в которых используются схемы выпрямителей.
