РОЗДІЛ 1 ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРОРАДІОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ
|
|
Скачати 0.82 Mb.
|
1.3. Перетворювачі значень величинРозглянуті перетворювачі знайшли великого застосування в аналогових вимірювальних приладах як детекторні пристрої. За характером перетворення розрізняють перетворювачі середньо випрямлених, середньоквадратичних і пікових значень, а за типом використовуваних перетворюючих елементів найбільшого застосування знаходять напівпровідникові і термоелектричні. За впливом на схему постійної складової сигналу розрізняють перетворювачі з відкритим і закритим входами. Перетворювачі середньо випрямлених значень (лінійні) виконують функцію перетворення змінної напруги в постійну, пропорційну середньо випрямленому значенню. Вони здійснюють трансформацію миттєвих значень  в модуль  .Перетворювачі середньо випрямлених значень працюють за схемою двонапівперіодного або однонапівперіодного випрямлення (рис. 1.7, 1.8). Як випрямні елементи використовують напівпровідникові (германієві або кремнієві) діоди. Випрямляюча дія таких діодів визначається коефіцієнтом випрямлення:  , (1.17)де  і  — прямий і зворотний струми;  і  — прямий і зворотній опори діода.Порядок коєфіцієнтів випрямлення  . Рис.1.7 Двонапівперіодні перетворювачі середньо випрямлених значень: а, б – схеми; в – вольт - амперна характеристика; г – часова діаграма Проаналізуємо роботу перетворювача, зібраного за двонапівперіодною схемою (див. рис. 1.7). При додатній напівхвилі вимірюваної напруги  прямий струм проходить через діод  , резистор  і діод  . Якщо вважати діоди однаковими і зневажити зворотним струмом, то можна записати: (1.18)При від’ємній напівхвилі вимірюваної напруги прямий струм проходить через  , , .З резистора знімається вихідна напруга: .Таким чином, вимірювана напруга пропорційна середньо випрямленому струму, тобто відбудеться трансформація у модуль.У загальному випадку вольт - амперні характеристики використаних у схемі діодів (див. рис. 1.7,в) не строго лінійні, а виходить, нелінійне  і  буде нелінійно пов’язана з вимірюваною напругою, отже, перетворювач буде виконувати операції знаходження модуля з похибками. Для лінеаризації розглянутого перетворювача опір вибирають із умови  , тоді прямий струм можна вважати лінійно залежним від . Але зі збільшенням знижується чутливість перетворювача, тобто: чим більший, тим менший при тій же .На практиці часто використовують також перетворювачі, зібрані за схемою із двома діодами. У цьому випадку при додатному напівперіоді струм проходить через і  . а при від’ємному напівперіоді — через і  , тобто в даній схемі як навантажувальні опори вживаються резистори і .Крім розглянутих перетворювачів, зібраних за схемою двонапівперіодного випрямлення, використовують також перетворювачі однонапівперіодного випрямлення (див. рис. 1.8). У цьому випадку струм через вимірювальний прилад протікає тільки протягом одного напівперіоду вимірюваної напруги. Перетворювачі середньоквадратичних значень (квадратичні) виконують операцію квадратування вимірюваної напруги (операцію піднесення у квадрат). Таку операцію можуть виконувати детектори, що мають квадратичну вольт-амперну характеристику. У сучасних вольтметрах операція квадратування звичайно здійснюється за допомогою діодних апроксиматорів і термоелектричних перетворювачів. Діодні апроксиматори звичайно виконують на діодних ланцюжках, що забезпечують із достатнім ступенем наближення формування параболи [55]. Суть роботи таких перетворювачів полягає в тому, що гілка параболи  апроксимується ламаною лінією (рис. 1.9). Для одержання такої апроксимації необхідно мати набір елементів, що мають наступі властивості:
Усім цим вимогам відповідають елементи: діод і два резистори (рис. 1.10,а). Дійсно, лінійність характеристики (рис. 1.10,б) у таких осередках забезпечується підбором опорів резистора  і прямого опору діода так, що  ; нахил характеристики (кут ) залежить від величини  ; початок характеристики визначаються зміщенням ; поданим на діод з дільника ( ):  . (1.19)Рис. 1.8. Однонапівперіодні перетворювачі середньовипрямлених значень: а-схема; б-вольт амперна характеристика; в- часова діаграма  Рис. 1.9. Характеристики діодних апроксимуючих елементів  Рис. 1.10. Діодні апроксимуючі елементи а – схема; б – характеристика Чим більше розглянутих елементів включено в загальну схему апроксиматора, тим вища якість наближення ламаної лінії до параболи. Перетворювачі пікових значень повинні забезпечувати напругу на своєму виході відповідно до пікового значення перетворюваного сигналу. Для такого перетворення необхідні елементи, що запам’ятовують пікове значення напруги. Таким елементом звичайно служить конденсатор, що заряджається через діод до пікового значення. Залежно від місця увімкнення конденсатора розрізняють пікові детектори. Якщо на піковий детектор з відкритим входом подається синусоїдальна напруга  , то конденсатор  . заряджається в полярності, показаній на рис. 1.11, по ланцюгу: джерело напруги із внутрішнім опором  відкритий діод з опором  конденсатор  джерело напруги. Постійна часу заряду конденсатора  . Якщо постійна часу мала і менше періоду досліджуваного сигналу , то в момент  діод буде закритий напругою швидко зарядженого конденсатора. Потім конденсатор почне розряджатися по ланцюгу: верхня обкладинка конденсаторарезистор нижня обкладинка конденсатора. Постійна часу розряду  Параметри схеми підбираються так, щоб  , тобто щоб за час від’ємної напівхвилі розряд конденсатора був незначним. Черговий заряд конденсатора при наступній додатній напівхвилі почнеться в момент  , коли вимірювана напруга  стане більша від напруги на . Через кілька періодів швидкого заряду і повільного розряду конденсатора на ньому встановиться постійна середня напруга  майже рівна амплітуді  . В установленому режимі  , тобто середнє значення на конденсаторі, підтримуване близьким до амплітудного значенням вимірюваної напруги, стане більшим напруги. Однак  завжди відрізняється від  на деяку величину, і на інтервалі  через діод проходять маленькі імпульси струму, що поповнюють заряд конденсатора. t Рис. 1.11. Перетворювач пікових значень з відкритим входом: а – схема; б, в – часові діаграми Частина періоду синусоїдального сигналу на інтервалі , тобто коли струм проходить через діод, оцінюється кутом відсікання  . Напруга тим ближча до  , чим менший кут відсікання (рис.1.11): . (1.20)У теорії ідеального детектора встановлена залежність між кутом відсікання і параметрами схеми [26]:  (1.21)Із співвідношень (1.20) і (1.21) видно, що рівність  , досягається при  , вона ніколи не може бути реалізованою, тому що  і  .Отже, методична похибка перетворення  буде тим меншою, чим менша  і більший  . Однак у реальних умовах значення опорів, а також ємність  вибирають із компромісних умов. Надмірне збільшення приводить до надмірного збільшення  і, як наслідок, до підвищення інерційності схеми, тобто при зменшенні напруги на вході напруга на конденсаторі довго залишається незмінною (до декількох секунд). Неприпустимо також використовувати конденсатор дуже великої ємкості, тому що це приводить до зростання  і .Таким чином, розглянутий детектор «запам’ятовує» максимально додатну напругу Якщо вимірювана напруга  , тобто є постійна складова  , вона також через діод надійде в ланцюг заряду конденсатора, що зарядиться до напруги ,де — амплітуда напівперіоду змінної складової.Якщо на вхід розглянутого перетворювача з відкритим входом подати імпульсну напругу (наприклад, періодичну послідовність прямокутних імпульсів), то і у цьому випадку  , якщо тривалість імпульсу  і  . Однак. якщо період проходження імпульсів буде великим і за час пауз між імпульсами конденсатор встигне значно розрядитися, то стале середнє значення на конденсаторі буде ще більше відрізнятися від  , тобто з’явиться додаткова похибка. Ця похибка буде проявлятися тим сильніше, чим більше шпаруватість послідовності імпульсів, обумовлена відношенням періоду проходження імпульсів  , до їх тривалості  : .Таким чином, показання вольтметра з відкритим входом будуть відповідати максимальному значенню підсумкової прикладеної напруги, що для приладу з піковим детектором варто вважати недоліком. Зазначений недолік усувається в схемах із закритим входом(рис. 1.12). У схемах пікових детекторів із закритим входом діод увімкнений паралельно резистору навантаження . При подачі на вхід гармонійної напруги  фізичний процес випрямлення тут буде таким, як у схемах з відкритим входом, є лише деяке розходження в ланцюгах заряду і розряду конденсатора. Якщо зневажити шунтувальною дією фільтра, тобто вважати, що вхідний опір ФНЧ багато більший опору резистора , то постійна часу заряду конденсатора  , а постійна розряду:  При дотриманні умов  і  і в схемі з відкритим входом, у сталому режимі середнє значення напруги на конденсаторі  приблизно дорівнює максимальному значенню вхідної напруги  .Основна відмінність даної схеми від схеми з відкритим входом полягає в тому, що вихідна напруга  детектора визначається як результат взаємодії вхідної напруги і напруги на конденсаторі: Ця напруга змінюється майже від 0 до  (див. рис. 1.12), тобто є пульсуючою.  б) Рис 1.12. Перетворювач пікових значень із закритим входом: а – схема; б – часова діаграма Для усунення цього негативного явища використовують ФНЧ, що пропускає тільки постійну складову  пульсуючої напруги, отже, прилад вимірює напругу  .Таким чином, при вимірювані напруг, що не містять постійної складової, детектори з відкритим і закритим входами дають однакові результати, тобто виміряна напруга досить близька до і покази обох вольтметрів пропорційні амплітуді вимірюваної напруги.Якщо напруга  яка надходить на вхід детектора із закритим входом, має постійну складову , тобто  , то конденсатор зарядиться додатково і напруга на його обкладинках збільшиться на  тобто  . Однак полярність додаткової постійної складової напруги на конденсаторі протилежна полярності складової детектора. Алгебраїчна сума цих двох напруг на дорівнює нулю, і вольтметр не буде реагувати на постійну складову вхідної напруги.Таким чином, у пікових детекторах із закритим входом вольтметр вимірює пікове значення напруги без постійної складової, тобто пікове значення перевищує постійну складову або, інакше кажучи, постійна складова на виході детектора із закритим входом дорівнює амплітудному значенню лише змінного сигналу на вході. Зроблений висновок справедливий і при вимірюванні піковим вольтметром із закритим входом імпульсних сигналів. Покажемо це на прикладі роботи пікового вольтметра із закритим входом при вимірюванні напруги періодичної послідовності додатних імпульсів. Вимірювана напруга містить постійну складову (рис. 1.13).Щодо рівня цієї постійної складової у вхідній напрузі можна відзначити додатний імпульс із амплітудою  і від’ємний з амплітудою  , тобто і в сумі дають  . Для цих імпульсів, відрахованих від рівня постійної складової, справедлива рівність .Аналізуючи рис. 1.13, можна зробити висновок: незважаючи на те, що фізично на вході вольтметра від’ємного імпульсу немає, імпульсний вольтметр з закритим входом, увімкнений на вимірюванні від’ємного імпульсу, буде давати показання. В окремому випадку, якщо тривалість імпульсу дорівнює половині періоду, показання вольтметра при увімкненні на вимірювання додатного і від’ємного імпульсів будуть однакові. Для вимірювання напруги послідовності імпульсів від’ємної полярності потрібно змінити полярність увімкнення діода. У цьому випадку конденсатор буде заряджатися через , а розряджатися через відкритий діод.Шляхом двох вимірювань імпульсної напруги (при прямому і зворотному увімкненні діода) можна знайти максимальне значення вимірюваних імпульсів з врахуванням постійної складової. Вона дорівнює сумі першого і другого показів вольтметра.  Рис.1.13. Часові діаграми, які пояснюють роботу типового детектора із закритим входом При використанні пікового перетворювача із закритим входом для вимірювання імпульсних періодичних послідовностей необхідно враховувати особливості, зв’язані не тільки з впливом постійної складової, але і зі шпаруватістю сигналу. Тут повинна виконуватися умова   ,  . У противному випадку, коли  порівнянна з  , виникає додаткова похибка.Термоелектричні перетворювачі. Дія термоелектричних перетворювачів заснована на властивостях термопертворюючих елементів. Практичне застосування знаходять перетворювачі на термопарах і терморезисторах. Перетворювач на термопарах (рис. 1.14) це - нагрівач 1, по якому протікає вимірюваний струм, і зв’язану з ним термопару 2. До вільних кінців термопари звичайно вмикається магнітоелектричний вимірювач. Принцип дії перетворювача заснований на виникненні термо ЕДС у місці з’єднання двох різнорідних провідників при їх нагріванні. Виникаюча на вільних кінцях термопари термо ЕДС пропорційна різниці температур:  , (1.22)де – коефіцієнт пропорційності, що залежить від матеріалу і конструкції термопари;  – температура в місці з’єднання термопари з нагрівачем і у вільному просторі відповідно.У сталому стані  постійна і визначається розсіюванням на нагрівачі потужністю. Тоді справедливе рівняння , (1.23)де  – коефіцієнт тепловіддачі.З рівності (1.22) і (1.23), виключивши  , одержуємо: , (1.24)де  – коефіцієнт пропорційності;– опір нагрівача;  – середньоквадратичне значення перетвореного струму. Рис.1.14. Термоелектричний перетворювач на термопарах Розглянуті термоперетворювачі можуть використовуватися в широкому діапазоні частот. Перетворена при цьому величина не залежить від форми кривої досліджуваного сигналу. Однак термоперетворювачі мають підвищену чутливість до перевантажень, теплову інерційність, значне власне споживання потужності і залежністю термо ЕДС від температури навколишнього середовища. Перетворювачі на терморезисторах в основному застосовують у приладах для вимірювання потужності в області високих частот, перетворювальними елементами в цьому випадку є термістори. Перетворювачі на терморезисторах виконують, як правило, за мостовою схемою. Їх принцип дії ґрунтується на розбалансуванні моста при вимірі власного опору терморезистора. |
Схожі:
|
Питання щодо підготовки до здачі екзамену з дисципліни "РАДІОВИМІРЮВАННЯ"... Вимірювання коефіцієнта амплітудної модуляції амплітудномодульованного (AM) сигналу |
Пам'ятка на весняні канікули! Основні правила безпеки при використанні побутових нагрівальних, електричних і газових приладів |
|
Комплексне кваліфікаційне завдання №1 з професії 7242. 1 „Контролер... Ви працюєте контролером радіоелектронної апаратури і приладів III розряду. Вам пропонується |
ПЛАН ВСТУП РОЗДІЛ І. Сутність і основні поняття валютного законодавства... Валютне законодавство України базується на принципах, які є вихідними нормативно-керівними положеннями основи механізму державного... |
|
ЗМІСТ ВСТУП 3 РОЗДІЛ І ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА УКРАЇНСЬКОГО КОНСТИТУЦІОНАЛІЗМУ РОЗДІЛ ІІ ОСНОВНІ ЕТАПИ СТАНОВЛЕННЯ УКРАЇНСЬКОГО КОНСТИТУЦІОНАЛІЗМУ ДО ЗДОБУТТЯ НЕЗАЛЕЖНОСТІ УКРАЇНИ 32 |
ЗМ ІСТ ВСТУП РОЗДІЛ ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДІЛОВОЇ ТЕРМІНОЛОГІЧНОЇ ЛЕКСИКИ РОЗДІЛ ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДІЛОВОЇ ТЕРМІНОЛОГІЧНОЇ ЛЕКСИКИ |
|
Тема уроку: "Знайомство з програмою MS Excel" Повторити основні елементи програм, призначених для роботи з OS Windows 2000/ХР |
СУТНІСТЬ ТА ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ГРОШОВО-КРЕДИТНОЇ СИСТЕМИ Грошова система — це встановлена державою форма організації грошового обігу в країні |
|
Елементи графічної грамоти Основні лінії на ескізах, кресленнях: контурна, розмірна і лінія згину, їх призначення. Позначення місць нанесення клею. Ознайомлення... |
ТЕМА: Операційні системи Windows. Робота з вікнами програм та діалоговими вікнами МЕТА: засвоїти основні методи роботи з типовими вікнами програм та діалоговими вікнами; набути навички переміщення вікон, зміни розміру... |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua