Выпрямительные приборы

Выпрямительные приборы представляют собой соединение одно- или двухполупериодного выпрямителя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Они применяются для измерения напряжения и силы тока в частотном диапазоне от звуковых частот до ВЧ и СВЧ. В однополупериодных схемах (рис. 3.11, а) ток i через магнитоэлектрический прибор, включенный последовательно с диодом Д₁, проходит только в положительный полупериод. В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода велико, ток протекает через диод Д₂, включенный параллельно прибору. Диод Д₂ защищает диод Д₁ от пробоя. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно с Д₂ включен резистор R, сопротивление которого равно сопротивлению магнитоэлектрического прибора.

Рис. 3.4. Схемы вольтметра среднего выпрямленного значения

и временные диаграммы: а – однополупериодное выпрямление;

б – двухполупериодное выпрямление

Значение вращающего момента измерительного магнитоэлектрического механизма при протекании по рамке пульсирующего выпрямленного тока

M_врt = BSwi.

Вследствие инерционности подвижной части измерительного механизма ее отклонение будет определяться средним значением вращающего момента, который для схем одно- и двухполупериодного выпрямления соответственно будет равен:

где Т – период; I_ср – среднее значение измеряемого тока.

Угол поворота подвижной части измерительного механизма для схем одно- и двухполупериодного выпрямления соответственно будет равен:

Отклонение подвижной части выпрямительного прибора пропорционально среднему значению измеряемого тока I_ср. При измерениях в цепях переменного тока шкалы приборов, как правило, градуируются в действующих (средних квадратических) значениях синусоидального тока частотой 50 Гц. Среднее и действующее значения переменного тока связаны между собой через коэффициент формы кривой тока.

k_ф = I/I_ср,

где I – действующее значение измеряемого тока.

Таким образом, при одном и том же действующем значении, но при разной форме измеряемого тока (при разных k_ф) угол поворота подвижной части будет разным, то есть показания выпрямительных приборов зависят от формы кривой измеряемого тока (а для вольтметров – напряжения).

К недостаткам выпрямительных приборов относятся:

- неравномерность начальной части шкалы (0 – 15 %), что связано с нелинейностью прямых вольт-амперных характеристик диодов;

- невысокий класс точности (чаще всего 1,5; 2,5), что обусловлено нестабильностью характеристик полупроводниковых диодов;

- подверженность влиянию температуры окружающей среды вследствие температурной зависимости вольт-амперных характеристик диодов (снижение влияния температуры обеспечивается специальными схемами термокомпенсации).

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление мощности и сравнительно широкий диапазон рабочих частот (до 100 кГц с применением точечных кремниевых диодов и схем частотной компенсации).

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения классов точности 1,5 и 2,5 с пределами измерения по току от 2 мА до 600 А, по напряжению – от 0,3 до 600 В.

По существовавшей до недавнего времени классификации в названии типа выпрямительных приборов использовалась буква Ц (например, Ц4352).